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JP6710411B2 - Ultrasonic vibration device - Google Patents

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JP6710411B2 JP2016092109A JP2016092109A JP6710411B2 JP 6710411 B2 JP6710411 B2 JP 6710411B2 JP 2016092109 A JP2016092109 A JP 2016092109A JP 2016092109 A JP2016092109 A JP 2016092109A JP 6710411 B2 JP6710411 B2 JP 6710411B2
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崇 上山
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Description

本発明は、超音波振動を発生する超音波振動子を備えた超音波振動装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic vibration device including an ultrasonic vibrator that generates ultrasonic vibrations.

超音波振動装置として、下記特許文献1,2に示されるような、ボルト締めランジュバン型振動子(Bolt−Clamped Langevin Type Transducer,BLT)を具備するものが知られている。
BLTは、積層方向にそれぞれ分極処理された圧電素子が電極板を介して積層されて構成される圧電要素が、金属ブロックで挟み込まれ、ボルト等の締結具により一体に締結されたものであり、高出力振動ないし超音波振動が可能なものである。
特許文献1のBLTは、積層方向の振動(軸振動)を発生し、特許文献2のBLTは、積層方向と交わる方向の振動(たわみ振動)を発生する。
2. Description of the Related Art As an ultrasonic vibration device, a device including a bolted Langevin type transducer (BLT-Clamped Langevin Type Transducer, BLT) as shown in Patent Documents 1 and 2 below is known.
The BLT is a piezoelectric element that is formed by stacking piezoelectric elements that are polarized in the stacking direction via an electrode plate, sandwiched between metal blocks, and integrally fastened with a fastener such as a bolt. It is capable of high-power vibration or ultrasonic vibration.
The BLT of Patent Document 1 generates vibration in the stacking direction (axial vibration), and the BLT of Patent Document 2 generates vibration in a direction intersecting with the stacking direction (flexural vibration).

特許文献1の超音波振動装置は、医療用で凝固や切開等に利用される超音波処置具であり、体外から患部に届くような長尺のプローブを有していて、そのプローブ(ツール)がBLTにより軸振動される。
特許文献2の超音波振動装置は、バイトがBLTによりたわみ振動される切削装置であるが、近年、バイトの他、食品等を切断するナイフ状やメス状の刃物といった薄いツールが良く用いられている。
これらの細いあるいは薄いツールは、径や厚みに比較して軸方向(長手方向)の寸法が大きい、高アスペクト比の形状となっている。
かように、超音波振動が高アスペクト比形状のツールに所定の発振周波数で与えられる場合、駆動のため付与する超音波振動とは異なる方向や異なる発振周波数の振動(不要な振動)が生起することがある。この不要な振動は、付与する振動の発振周波数と一致した場合(付与する振動と不要な振動の共振のモードが一致する場合)に加え、発振周波数の整数分の1の周波数と一致したとき(不要な振動の共振のモードが付与する振動の低次のモードと一致するとき)にも生起する。
The ultrasonic vibration device of Patent Document 1 is an ultrasonic treatment tool used for medical purposes such as coagulation and incision, and has a long probe that can reach an affected area from outside the body, and the probe (tool) is used. Is oscillated by BLT.
The ultrasonic vibration device of Patent Document 2 is a cutting device in which a cutting tool is flexibly vibrated by BLT. In recent years, thin tools such as knife-shaped or knife-shaped cutting tools for cutting foods are often used in addition to the cutting tool. There is.
These thin or thin tools have a shape with a high aspect ratio in which the dimension in the axial direction (longitudinal direction) is larger than the diameter and the thickness.
As described above, when ultrasonic vibration is applied to a tool having a high aspect ratio at a predetermined oscillation frequency, vibration (direction of unnecessary vibration) different from the ultrasonic vibration applied for driving occurs. Sometimes. When the unnecessary vibration matches the oscillation frequency of the applied vibration (when the applied vibration and the resonance mode of the unnecessary vibration match), when the unnecessary vibration coincides with a frequency that is an integer fraction of the oscillation frequency ( When the resonance mode of unnecessary vibration matches the low-order mode of vibration given), it also occurs.

従来、不要な振動を抑制するために、付与する振動の方向以外の方向に振動しないような重量バランスとしたり、剛性を高くして変形を押さえたりしている。
しかし、重量バランスや剛性の向上には限界があり、特に高アスペクト比形状のツールではその限界が比較的に低い。その限界を超えてしまい、不要な振動が生起してしまうと、不要な振動がツールの振動方向等を変化させて加工の質に影響を与える可能性があり、更には不要な振動が可聴域での振動となって騒音が生起する可能性があり、又不要な振動がツール等に甚大な応力を生起してツールが破損する可能性があって、悪影響が及ぶ可能性が生じてしまう。
又、特に高アスペクト比形状のツールでは、たわみ振動に係る低次のモードが比較的に多数存在することとなる。例えば、両端自由の3次の共振モード(2波長分の共振)でたわみ振動させる場合には、低次のモードとして、2次(1.5波長分の共振)や、1次(1波長分の共振)のモードが含まれていることになる。
更に、ツールを交換可能とする場合、ツールや振動子の部材等は、不要な振動の抑制のために重量バランスや剛性等について厳密な管理が必要になる。
加えて、振動子やツール等の共振周波数は、温度によって変化することがあり、例えば駆動により温度が上昇した場合に、不要な振動が生起し始めることがある。
又、特に特許文献2のものの場合、たわみ振動するバイトの刃先切込量が増加するにつれて切削抵抗が増大し、切削抵抗が閾値を超えると、駆動用の本来の振動周波数におけるたわみ振動に、所望しない周波数における不要な振動が重畳される現象が本出願の発明者によって確認されており、その不要な振動によって、刃先の振動方向が変化して振動痕が加工面に現れる等、加工の質に影響を与えることが確認されている。
Conventionally, in order to suppress unnecessary vibration, a weight balance that does not vibrate in a direction other than the direction of applied vibration is used, or rigidity is increased to suppress deformation.
However, there is a limit to the improvement of weight balance and rigidity, and the limit is relatively low particularly in a tool having a high aspect ratio shape. If the limit is exceeded and unwanted vibrations occur, the unwanted vibrations may change the vibration direction of the tool and affect the quality of machining. There is a possibility that noise will occur as a result of vibration in the tool, and unnecessary vibration may cause a great stress on the tool or the like to damage the tool, which may have an adverse effect.
Further, particularly in a tool having a high aspect ratio shape, a relatively large number of low-order modes related to flexural vibration exist. For example, when flexural vibration is performed in a third-order resonance mode (resonance for two wavelengths) with free ends, as a low-order mode, a second-order (resonance for 1.5 wavelengths) or a first-order (resonance for one wavelength) Resonance) mode is included.
Further, when the tool is replaceable, it is necessary to strictly control the weight balance, rigidity and the like of the tool and the members of the vibrator in order to suppress unnecessary vibration.
In addition, the resonance frequency of the vibrator, tool, etc. may change depending on the temperature, and, for example, when the temperature rises due to driving, unnecessary vibration may start to occur.
Further, particularly in the case of Patent Document 2, the cutting resistance increases as the cutting depth of the cutting edge of the bending vibrating tool increases, and when the cutting resistance exceeds a threshold value, the bending vibration at the original vibration frequency for driving is desired. It has been confirmed by the inventor of the present application that unnecessary vibrations are superimposed at frequencies that do not occur, and the unnecessary vibrations change the vibration direction of the cutting edge and cause vibration marks to appear on the machined surface. It has been confirmed to have an impact.

他方、BLTではなくアクチュエータによりたわみ振動する板状体について振動を抑制する振動抑制装置としては、下記特許文献3のものが知られている。
この振動抑制装置では、板状体に接着される圧電素子に、インダクタと抵抗の直列回路から成るシャント回路が接続され、拘束状態においてコンデンサと等価と考えられる圧電素子とシャント回路で共振回路が構成されている。そして、圧電素子の静電容量に合わせてインダクタのインダクタンスが設定され、板状体の共振周波数に共振回路の周波数が合わせられることによって、板状体の特定の共振周波数に係る振動エネルギーは、圧電素子によって電気エネルギーに変換され、シャント回路を介して熱エネルギーとして消散される。よって、特定の共振周波数における振動が抑制されることとなる。
On the other hand, as a vibration suppression device that suppresses vibrations of a plate-shaped body that flexurally vibrates not by the BLT but by an actuator, the device of Patent Document 3 below is known.
In this vibration suppression device, a shunt circuit consisting of a series circuit of an inductor and a resistor is connected to a piezoelectric element that is adhered to a plate, and a resonant circuit is composed of the piezoelectric element and the shunt circuit that are considered to be equivalent to a capacitor in a restrained state. Has been done. Then, the inductance of the inductor is set according to the electrostatic capacity of the piezoelectric element, and the frequency of the resonant circuit is matched with the resonance frequency of the plate body, so that the vibration energy related to the specific resonance frequency of the plate body is It is converted into electric energy by the element and dissipated as heat energy through the shunt circuit. Therefore, the vibration at the specific resonance frequency is suppressed.

特許第5124437号公報Japanese Patent No. 5124437 特公平6−49242号公報Japanese Patent Publication No. 6-49242 特許第4810646号公報Japanese Patent No. 4810646

BLTを具備することで大出力で超音波振動可能となった超音波振動装置において、ツール駆動用の所望する超音波振動以外の不要な振動を抑制するために、装置に圧電素子が接着され、圧電素子にシャント回路が接続されたとしても、不要な振動を抑制できない可能性がある。
即ち、超音波振動装置に接着された圧電素子は、超音波振動により高温となり、接着状態を維持できず装置から離脱してしまう可能性があり、特に大出力の場合に顕著になるものと考えられる。例えば、周波数20kHz(キロヘルツ)、振幅10μm(マイクロメートル)で超音波振動する部位においては、加速度は約160000m/sec(メートル毎秒毎秒)となり、重力加速度に換算すると16000G以上となる程度の甚大な加速度となるのであって、かような加速度に耐えて接着状態を維持する可能性は、相当に低いものと考えられる。
又、圧電素子の接着によりBLTや超音波振動装置の重量バランスや剛性に影響を与えるから、圧電素子を単に接着するだけでは、別の不要な振動の生起を招来し、結局不要な振動を抑制することにならない可能性がある。
本発明は、超音波振動を発生する振動子(BLT)を具備しながら、不要なたわみ振動を抑制可能である超音波振動装置を提供することを目的とする。
In an ultrasonic vibrating device capable of ultrasonic vibrating with a large output by including a BLT, a piezoelectric element is bonded to the device in order to suppress unnecessary vibration other than desired ultrasonic vibration for driving a tool, Even if the shunt circuit is connected to the piezoelectric element, it may not be possible to suppress unnecessary vibration.
That is, it is considered that the piezoelectric element bonded to the ultrasonic vibration device becomes high in temperature due to ultrasonic vibration, and the bonded state may not be maintained and the device may be separated from the device. Be done. For example, in a portion that ultrasonically vibrates at a frequency of 20 kHz (kilohertz) and an amplitude of 10 μm (micrometer), the acceleration is about 160000 m/sec 2 (meters per second per second), which is a gravitational acceleration of 16000 G or more. It is acceleration, and it is considered that the possibility of withstanding such acceleration and maintaining the bonded state is considerably low.
In addition, since the bonding of the piezoelectric element affects the weight balance and rigidity of the BLT and the ultrasonic vibration device, simply bonding the piezoelectric element causes another unnecessary vibration and eventually suppresses the unnecessary vibration. May not be done.
It is an object of the present invention to provide an ultrasonic vibration device that can suppress unnecessary flexural vibration while including a vibrator (BLT) that generates ultrasonic vibration.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、1個以上の第1圧電素子を含む第1圧電素子ユニットと、1個以上の第2圧電素子を含む第2圧電素子ユニットと、前記第1圧電素子ユニット及び前記第2圧電素子ユニットを挟む一対の導体ブロックと、前記第1圧電素子ユニット及び前記第2圧電素子ユニット並びに一対の前記導体ブロックを締結する締結具と、を有する振動子と、前記振動子に連結されるツールと、前記第2圧電素子ユニットに接続されるシャント回路と、を備えており、前記第2圧電素子ユニットに接続されるシャント回路を有する振動子と、前記振動子に連結されるツールを備えており、前記第1圧電素子ユニットは、駆動電圧が印加されることで、前記振動子における所定の振動を発生し、前記シャント回路は、その所定の振動以外のたわみ振動において前記第2圧電素子ユニットが示す静電容量に対して電気的に共振するように設定されていることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、上記発明において、前記シャント回路は、インダクタと抵抗の直列回路を含むことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、1個以上の第1圧電素子を含む第1圧電素子ユニットと、1個以上の第2圧電素子を含む第2圧電素子ユニットと、前記第1圧電素子ユニット及び前記第2圧電素子ユニットを挟む一対の導体ブロックと、前記第1圧電素子ユニット及び前記第2圧電素子ユニット並びに一対の前記導体ブロックを締結する締結具と、を有する振動子と、前記振動子に連結されるツールと、を備えており、前記第1圧電素子ユニットは、駆動電圧が印加されることで、前記振動子における所定の振動を発生し、前記駆動電圧は、その所定の振動以外のたわみ振動において前記第2圧電素子に生起する電圧に応じて調節されることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、上記発明において、前記第2圧電素子は、前記振動子の中心軸と交わる方向において、片寄せられ、あるいは分割されていることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、上記発明において、前記第2圧電素子は、前記振動子の中心軸と交わる方向であって互いに異なる複数の方向において、片寄せられ、あるいは分割されていることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、上記発明において、前記第1圧電素子は、前記振動子の中心軸と交わる方向において、片寄せられ、あるいは分割されていることを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、上記発明において、前記第1圧電素子及び第2圧電素子は、分極処理されており、それらの分極方向が前記振動子の中心軸と平行な方向となっていることを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項8に記載の発明は、複数の圧電素子を含む圧電素子ユニットと、前記圧電素子ユニットを挟む一対の導体ブロックと、前記圧電素子ユニット及び一対の前記導体ブロックを締結する締結具と、を有する振動子と、前記振動子に連結されるツールと、を備えており、複数の前記圧電素子は、前記振動子の中心軸と交わる方向において分かれるように配置されており、複数の前記圧電素子にそれぞれ駆動電流が流されることで、前記振動子における所定の振動を発生し、少なくとも一つの前記駆動電流は、その所定の振動以外のたわみ振動によって複数の前記圧電素子においてそれぞれ変化した電流の差分に応じて調節されることを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、上記発明において、複数の前記圧電素子は、分極処理されており、それらの分極方向が前記振動子の中心軸と平行な方向となっていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a first piezoelectric element unit including one or more first piezoelectric elements, and a second piezoelectric element unit including one or more second piezoelectric elements. A pair of conductor blocks sandwiching the first piezoelectric element unit and the second piezoelectric element unit, and a fastener for fastening the first piezoelectric element unit, the second piezoelectric element unit, and the pair of conductor blocks. A vibrator having a vibrator, a tool connected to the vibrator, and a shunt circuit connected to the second piezoelectric element unit, and having a shunt circuit connected to the second piezoelectric element unit. , A tool connected to the vibrator, the first piezoelectric element unit generates a predetermined vibration in the vibrator when a drive voltage is applied, and the shunt circuit is configured to generate a predetermined vibration. It is characterized in that it is set so as to electrically resonate with the electrostatic capacitance indicated by the second piezoelectric element unit in flexural vibration other than vibration.
According to a second aspect of the present invention, in the above invention, the shunt circuit includes a series circuit of an inductor and a resistor.
In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is a first piezoelectric element unit including one or more first piezoelectric elements, and a second piezoelectric element unit including one or more second piezoelectric elements. A pair of conductor blocks sandwiching the first piezoelectric element unit and the second piezoelectric element unit, and a fastener for fastening the first piezoelectric element unit, the second piezoelectric element unit, and the pair of conductor blocks. The vibrator includes a vibrator and a tool connected to the vibrator, and the first piezoelectric element unit generates a predetermined vibration in the vibrator when a drive voltage is applied to the first piezoelectric element unit. Is adjusted according to the voltage generated in the second piezoelectric element in flexural vibration other than the predetermined vibration.
According to a fourth aspect of the present invention, in the above invention, the second piezoelectric element is biased or divided in a direction intersecting with a central axis of the vibrator.
According to a fifth aspect of the present invention, in the above-mentioned invention, the second piezoelectric element is biased or divided in a plurality of directions that intersect with the central axis of the vibrator and are different from each other. It is a feature.
According to a sixth aspect of the invention, in the above invention, the first piezoelectric element is biased or divided in a direction intersecting with a central axis of the vibrator.
According to a seventh aspect of the invention, in the above invention, the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are polarized, and the polarization directions thereof are parallel to the central axis of the vibrator. It is characterized by that.
In order to achieve the above object, the invention according to claim 8 is a piezoelectric element unit including a plurality of piezoelectric elements, a pair of conductor blocks sandwiching the piezoelectric element unit, the piezoelectric element unit and a pair of the conductor blocks. And a tool connected to the vibrator. The plurality of piezoelectric elements are arranged so as to be separated in a direction intersecting with a central axis of the vibrator. By causing a drive current to flow through each of the plurality of piezoelectric elements, a predetermined vibration is generated in the vibrator, and at least one of the drive currents is generated by flexural vibration other than the predetermined vibration. It is characterized in that it is adjusted according to the difference of the currents that have changed in each element.
According to a ninth aspect of the present invention, in the above-mentioned invention, the plurality of piezoelectric elements are polarized, and the polarization directions thereof are parallel to the central axis of the vibrator. It is a thing.

本発明によれば、超音波振動を発生する振動子(BLT)を具備しながら、不要なたわみ振動を抑制可能である超音波振動装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic vibration device capable of suppressing unnecessary flexural vibration while including a vibrator (BLT) that generates ultrasonic vibration.

本発明の第1形態に係る超音波振動切断装置の模式的な斜視図である。It is a typical perspective view of the ultrasonic vibration cutting device concerning a 1st form of the present invention. 図1の装置に係る振動子の(a)左側面模式図,(b)(a)のK−K断面模式図である。It is the (a) left side schematic diagram of the vibrator|oscillator which concerns on the apparatus of FIG. 1, and (b) (a) KK sectional schematic diagram. 本発明の第2形態に係る超音波振動切断装置の模式的な左側面図である。It is a typical left side view of the ultrasonic vibration cutting device concerning the 2nd form of the present invention. 本発明の第3形態に係る超音波振動切断装置の模式的な斜視図である。It is a typical perspective view of the ultrasonic vibration cutting device concerning the 3rd form of the present invention. 図4の装置に係る振動子の左側面模式図である。5 is a schematic left side view of a vibrator according to the device of FIG. 4. FIG. 本発明の第4形態に係る超音波振動切断装置の模式的な左側面図である。It is a typical left side view of the ultrasonic vibration cutting device concerning the 4th form of the present invention. 本発明の第5形態に係る超音波振動切断装置の模式図である。It is a schematic diagram of the ultrasonic vibration cutting device which concerns on the 5th form of this invention. 本発明の第6形態に係る超音波振動切断装置の模式図である。It is a schematic diagram of the ultrasonic vibration cutting device which concerns on the 6th form of this invention. 図8の装置において基本波の軸振動に対してその2分の1の周波数でたわみ振動が生起した場合のシミュレーションに係る、各種の電流波形に関するグラフである。9 is a graph relating to various current waveforms, which is related to a simulation in the case where flexural vibration occurs at a frequency that is half the axial vibration of the fundamental wave in the device of FIG. 8.

以下、本発明に係る実施の形態が、適宜図面に基づいて説明される。尚、本発明は、下記の実施の形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The present invention is not limited to the embodiments described below.

[第1形態]
図1は、本発明の第1形態に係る超音波振動装置の一例である食品用の超音波振動切断装置1の模式的な斜視図である。
超音波振動切断装置1は、振動子2と、ツールの一種である刃物4と、振動子2のホルダー6を備えている。
[First form]
FIG. 1 is a schematic perspective view of an ultrasonic vibration cutting device 1 for food, which is an example of the ultrasonic vibration device according to the first embodiment of the present invention.
The ultrasonic vibration cutting device 1 includes a vibrator 2, a blade 4 which is a kind of tool, and a holder 6 for the vibrator 2.

図2にも示される振動子2は、BLTであり、所望する振動(目的とする振動)を発生するための第1圧電素子ユニットとしての振動発生用圧電素子ユニット10と、所望しない振動(目的としない振動)を抑制するための第2圧電素子ユニットとしての防振用圧電素子ユニット12と、3枚の電極板14〜16と、薄円筒状の絶縁筒18と、振動振幅拡大用の先細の金属材20と、厚円筒状の金属ブロック22と、締結具としてのボルト24を備えている。
尚、振動子2において、金属材20側を前側として金属ブロック22側が後側とされ、又後述の電極板16の接続部38が配置される側が左側とされているが、作業状態等に応じ、前後上下左右は様々に変更可能である。
振動子2において、振動発生用圧電素子ユニット10、防振用圧電素子ユニット12、電極板14〜16、絶縁筒18、金属材20、金属ブロック22、ボルト24は、中心軸が前後方向を向いて同軸となる状態で配置されている。尚、図1において、電極板14〜16や回路は省略されている。又、回路部分を除く各図において、配線は省略されている。
The vibrator 2 also shown in FIG. 2 is a BLT, and includes a vibration-generating piezoelectric element unit 10 as a first piezoelectric element unit for generating a desired vibration (a desired vibration) and an undesired vibration (a desired vibration). Vibration-preventing piezoelectric element unit 12 as a second piezoelectric element unit for suppressing vibration), three electrode plates 14 to 16, a thin insulating cylinder 18, and a taper for increasing vibration amplitude. The metal member 20, the metal block 22 having a thick cylindrical shape, and the bolt 24 as a fastener.
In the vibrator 2, the metal block 20 side is the front side, the metal block 22 side is the rear side, and the side on which the connecting portion 38 of the electrode plate 16 described later is arranged is the left side. The front, rear, top, bottom, left and right can be changed in various ways.
In the vibrator 2, the vibration-generating piezoelectric element unit 10, the vibration-proof piezoelectric element unit 12, the electrode plates 14 to 16, the insulating cylinder 18, the metal material 20, the metal block 22, and the bolt 24 have central axes directed in the front-rear direction. Are arranged coaxially. Note that, in FIG. 1, the electrode plates 14 to 16 and circuits are omitted. Wiring is omitted in each drawing except the circuit portion.

振動発生用圧電素子ユニット10は、軸方向(振動子長手方向)の超音波振動を発生可能であり、軸振動の発生に係る公知の構成を有している。
超音波振動(超音波領域の周波数における振動)は、概ね、16kHz以上とされても良いし、20kHz以上とされても良い。尚、16kHzを下回る振動で駆動される振動子を含む振動装置について、本発明が適用されても良い。
The vibration generating piezoelectric element unit 10 can generate ultrasonic vibration in the axial direction (longitudinal direction of the vibrator), and has a known configuration related to the generation of the axial vibration.
The ultrasonic vibration (vibration at a frequency in the ultrasonic range) may be approximately 16 kHz or higher, or may be 20 kHz or higher. The present invention may be applied to a vibrating device including a vibrator driven by a vibration of less than 16 kHz.

振動発生用圧電素子ユニット10は、それぞれ円盤状である2個の駆動用圧電素子30,30を含んでいる。第1圧電素子としての各駆動用圧電素子30の残留分極の分極方向は、振動子2の中心軸と平行な方向(肉厚方向)となっている。尚、振動発生用圧電素子ユニットに含まれる駆動用圧電素子の数は、1個でも良いし、3個以上でも良いが、構成のし易さの観点から好ましくは偶数個とされる。
駆動用圧電素子30,30は、肉厚方向である中心軸を同軸として肉厚方向に並べられており、それらの間には、環状の電極板14が挟まれている。電極板14は、径方向外方に突出する接続部32を備えている。
The vibration generating piezoelectric element unit 10 includes two driving piezoelectric elements 30, 30 each having a disk shape. The polarization direction of the remanent polarization of each driving piezoelectric element 30 as the first piezoelectric element is parallel to the central axis of the vibrator 2 (thickness direction). The number of driving piezoelectric elements included in the vibration generating piezoelectric element unit may be one or three or more, but is preferably an even number from the viewpoint of ease of configuration.
The driving piezoelectric elements 30, 30 are arranged in the thickness direction with the central axis, which is the thickness direction, being coaxial, and the annular electrode plate 14 is sandwiched between them. The electrode plate 14 includes a connecting portion 32 that projects radially outward.

防振用圧電素子ユニット12は、それぞれU字状(半円環状)の板状部材である4個の防振用圧電素子34,34・・を含んでいる。第2圧電素子としての各防振用圧電素子34の分極方向は、振動子2の中心軸と平行な方向(肉厚方向)となっている。
これら防振用圧電素子34,34・・のうちの2個は、振動発生用圧電素子ユニット10に近い側において、左右方向の間隔を有する環状となるように、上下に配置されている(2分割された環状圧電素子)。これらの防振用圧電素子34,34は、均等に分割されていると言える。これらの防振用圧電素子34,34の分極方向は、互いに逆方向とされており、ここでは上の半割の防振用圧電素子34の分極方向が前方とされ、下の半割の防振用圧電素子34の分極方向が後方とされている。これらの防振用圧電素子34,34の前面と、振動発生用圧電素子ユニット10の後部の駆動用圧電素子30の後面の間には、環状の電極板15が挟まれている。電極板15は、径方向外方に突出する接続部36を備えている。
又、これらの防振用圧電素子34,34・・の後側において、別の一対の防振用圧電素子34,34は、同様に間隔を有する環状となるように配置されている(2分割された環状圧電素子)。これらの防振用圧電素子34,34の分極方向は、互いに逆方向とされており、ここでは上の防振用圧電素子34の分極方向が後方とされ、下の防振用圧電素子34の分極方向が前方とされている。
更に、振動発生用圧電素子ユニット10に隣接する防振用圧電素子34,34と、その後側の防振用圧電素子34,34の間には、環状の電極板16が挟まれている。電極板16は、径方向外方に突出する接続部38を備えている。尚、防振用圧電素子ユニット12に、電極板15や他の電極板の少なくとも何れかが含まれるものと考えても良い。
よって、上の2個の防振用圧電素子34,34の分極方向は、電極板16を挟んで互いに離れる方向となり、下の2個の防振用圧電素子34,34の分極方向は、電極板16を挟んで互いに向かい合う方向となる。
又、絶縁体で形成された絶縁筒18が、駆動用圧電素子30,30及び二対の防振用圧電素子34,34・・の内孔に通されている。絶縁筒18の内孔には、ボルト24が進入可能である。
The vibration isolation piezoelectric element unit 12 includes four vibration isolation piezoelectric elements 34, 34... Which are U-shaped (semi-annular) plate-shaped members. The polarization direction of each vibration isolation piezoelectric element 34 as the second piezoelectric element is parallel to the central axis of the vibrator 2 (thickness direction).
Two of these vibration-proof piezoelectric elements 34, 34... Are arranged vertically on the side close to the vibration-generating piezoelectric element unit 10 so as to form an annular shape having a space in the left-right direction (2 Split annular piezoelectric element). It can be said that these vibration isolation piezoelectric elements 34, 34 are evenly divided. The polarization directions of the anti-vibration piezoelectric elements 34, 34 are opposite to each other. Here, the polarization direction of the upper half of the anti-vibration piezoelectric element 34 is the front direction, and the polarization direction of the lower half of the anti-vibration elements 34, 34 is 34. The polarization direction of the vibrating piezoelectric element 34 is backward. An annular electrode plate 15 is sandwiched between the front surfaces of the vibration isolation piezoelectric elements 34, 34 and the rear surface of the driving piezoelectric element 30 in the rear portion of the vibration generating piezoelectric element unit 10. The electrode plate 15 includes a connecting portion 36 that projects outward in the radial direction.
Further, on the rear side of these vibration-proofing piezoelectric elements 34, 34, another pair of vibration-proofing piezoelectric elements 34, 34 are arranged so as to form a ring having a similar interval (divided into two). Annular piezoelectric element). The polarization directions of the vibration isolation piezoelectric elements 34, 34 are opposite to each other. Here, the polarization direction of the upper vibration isolation piezoelectric element 34 is the backward direction, and the polarization direction of the lower vibration isolation piezoelectric element 34 is opposite. The polarization direction is forward.
Further, an annular electrode plate 16 is sandwiched between the vibration-proof piezoelectric elements 34, 34 adjacent to the vibration-generating piezoelectric element unit 10 and the rear-side vibration-proof piezoelectric elements 34, 34. The electrode plate 16 includes a connecting portion 38 that projects outward in the radial direction. It should be noted that it may be considered that the vibration isolation piezoelectric element unit 12 includes at least one of the electrode plate 15 and another electrode plate.
Therefore, the polarization directions of the upper two vibration isolation piezoelectric elements 34, 34 are separated from each other with the electrode plate 16 interposed therebetween, and the polarization directions of the lower two vibration isolation piezoelectric elements 34, 34 are The plates 16 are sandwiched in between and face each other.
The insulating cylinder 18 made of an insulating material is passed through the inner holes of the driving piezoelectric elements 30 and 30 and the two pairs of vibration damping piezoelectric elements 34. The bolt 24 can enter the inner hole of the insulating cylinder 18.

導体ブロックとしての金属材20は、前端部に近づくにつれて細くなる(中心軸に直交する断面の面積が次第に小さくなる)テーパ形状を有するように形成される。テーパ形状の種類としては、コニカルホーン形状や、エクスポネンシャルホーン形状、ステップホーン形状が例示される。金属材20の前端部には、刃物4を連結するための雌ネジ穴であるツール取付部40が形成されている。ツール取付部40は、金属材20の前面から後方へ空けられている。他方、金属材20の後端部には、ボルト24が入るボルト穴42が形成されている。ボルト穴42は、金属材20の後面から前方へ空けられている。
もう一つの導体ブロックとしての金属ブロック22の内孔には、ボルト24が進入可能である。
The metal material 20 as the conductor block is formed to have a taper shape that becomes thinner as it approaches the front end portion (the area of the cross section orthogonal to the central axis gradually decreases). Examples of the type of taper shape include a conical horn shape, an exponential horn shape, and a step horn shape. A tool attachment portion 40, which is a female screw hole for connecting the blade 4, is formed at the front end of the metal material 20. The tool attachment portion 40 is opened rearward from the front surface of the metal material 20. On the other hand, a bolt hole 42 into which the bolt 24 is inserted is formed at the rear end of the metal material 20. The bolt hole 42 is opened forward from the rear surface of the metal material 20.
A bolt 24 can be inserted into the inner hole of the metal block 22 serving as another conductor block.

そして、駆動用圧電素子30,30及び二対の防振用圧電素子34,34・・は、電極板14〜16を順次介在させ、更に共通の絶縁筒18を含んだ状態で、金属材20と金属ブロック22に挟み込まれている。これらは、金属ブロック22の後方から、その内孔や絶縁筒18の内孔、更にはボルト穴42に入るボルト24により、締結されている。
かような締結により、駆動用圧電素子30,30及び二対の防振用圧電素子34,34・・は十分な強度で拘束され、超音波振動によっても拘束状態を維持する。
前の駆動用圧電素子30の前面は、金属材20の後面に接触してアースされ、後の防振用圧電素子34,34の後面は、金属ブロック22の前面に接触してアースされる。
The driving piezoelectric elements 30 and 30 and the two pairs of anti-vibration piezoelectric elements 34, 34,..., Including the common insulating cylinder 18 in addition to the electrode plates 14 to 16 in order, the metal member 20. And is sandwiched between metal blocks 22. These are fastened from the rear of the metal block 22 by the inner hole of the metal block 22, the inner hole of the insulating cylinder 18, and the bolt 24 that enters the bolt hole 42.
By such fastening, the driving piezoelectric elements 30, 30 and the two pairs of vibration damping piezoelectric elements 34, 34... Are restrained with sufficient strength, and the restrained state is maintained even by ultrasonic vibration.
The front surface of the front driving piezoelectric element 30 contacts the rear surface of the metal material 20 and is grounded, and the rear surface of the rear vibration damping piezoelectric elements 34, 34 contacts the front surface of the metal block 22 and is grounded.

又、電極板14,15には、軸振動発生用の公知の駆動電圧印加回路(駆動電圧印加手段,図示略)が接続されている。
ここでは、電極板15の接続部36にアースが接続され、電極板14の接続部32に所定の交流電圧が印加される。アースは、例えば金属材20又は金属ブロック22に接続することでなされる。電極板14に交流電圧が印加されると、駆動用圧電素子30,30は軸振動(振動子2の中心軸と平行な方向の振動)を発生する。振動子2は、その形状(長さや径の大きさないしその分布等)や重量配分等の構造により、軸振動及びたわみ振動についてそれぞれ所定の共振周波数を有しており、駆動用圧電素子30,30に対する所定の交流電圧の印加により、振動子2に1次の共振モードにおける軸振動が発生する。1次の共振モードにおける軸振動は、両端開放で振幅最大となり、振幅最小(ゼロ)となる節(ノード)が1箇所、振動子2上に存在する。又、駆動用圧電素子30,30によって積極的にたわみ振動を発生させることはしないが、振動子2は、1次の共振モードにおける軸振動の節の部分に設けられたフランジ部26において、ホルダー6に支持されている。
A well-known drive voltage applying circuit (drive voltage applying means, not shown) for generating shaft vibration is connected to the electrode plates 14 and 15.
Here, the ground is connected to the connecting portion 36 of the electrode plate 15, and a predetermined AC voltage is applied to the connecting portion 32 of the electrode plate 14. Grounding is performed by connecting to the metal material 20 or the metal block 22, for example. When an AC voltage is applied to the electrode plate 14, the driving piezoelectric elements 30, 30 generate axial vibration (vibration in a direction parallel to the central axis of the vibrator 2). The vibrator 2 has a predetermined resonance frequency for each of axial vibration and flexural vibration due to its shape (whether the length or diameter is not large or its distribution or the like) or the structure of weight distribution, and the driving piezoelectric element 30, When a predetermined AC voltage is applied to 30, the oscillator 2 causes axial vibration in the first resonance mode. The axial vibration in the first-order resonance mode has a maximum amplitude when both ends are open, and one node (node) having the minimum amplitude (zero) exists on the vibrator 2. Although the flexural vibration is not positively generated by the driving piezoelectric elements 30 and 30, the vibrator 2 does not have the holder in the flange portion 26 provided at the node of the shaft vibration in the primary resonance mode. It is supported by 6.

更に、電極板16には、接続部38を介して、シャント回路50が接続されている。シャント回路50は、インダクタ52と抵抗54が、直列に接続されて成る。シャント回路50における、電極板16と逆側の回路端は、アースされている。
インダクタ52のインダクタンスLは、3次の共振モードに係るたわみ振動において、拘束状態の防振用圧電素子34,34・・(防振用圧電素子ユニット12)が呈する静電容量Cと電気的に共振する大きさとされている。
又、抵抗54の抵抗値Rは、3次のたわみ振動における内部インピーダンスと同じ値とされる。
Further, a shunt circuit 50 is connected to the electrode plate 16 via a connecting portion 38. The shunt circuit 50 is composed of an inductor 52 and a resistor 54 connected in series. The circuit end of the shunt circuit 50 opposite to the electrode plate 16 is grounded.
The inductance L of the inductor 52 is electrically connected to the electrostatic capacitance C exhibited by the vibration-proof piezoelectric elements 34, 34... (Vibration-proof piezoelectric element unit 12) in the restrained state in the flexural vibration related to the third resonance mode. It is supposed to resonate.
Further, the resistance value R of the resistor 54 is set to the same value as the internal impedance in the third-order flexural vibration.

駆動電圧印加回路やシャント回路50は、図示されない超音波発振装置に内蔵されており、コード60を介して、振動発生用圧電素子ユニット10あるいは防振用圧電素子ユニット12と電気的に接続されている。
尚、これらの回路の少なくとも一方は、振動子2やホルダー6に内蔵されるようにしても良い。
The drive voltage applying circuit and the shunt circuit 50 are built in an ultrasonic oscillator (not shown) and electrically connected to the vibration generating piezoelectric element unit 10 or the vibration isolating piezoelectric element unit 12 via the cord 60. There is.
At least one of these circuits may be built in the vibrator 2 or the holder 6.

超音波振動切断装置1の動作例は、次の通りである。
即ち、振動発生用圧電素子ユニット10に所定の交流電圧を与えると、振動子2が軸振動して、金属材20のツール取付部40に連結された刃物4が軸方向に超音波振動する。作業者は、超音波軸振動された刃物4により、ケーキ等の食品について、切断抵抗が低減され、切れ味に優れた状態で、押し潰したり、破片を飛び散らせたりすることなく、綺麗に切断することができる。
又、作業中、振動子2にたわみ振動が生起することがあり、かようなたわみ振動は、刃物4の駆動用の軸振動に重畳し、刃物4の振動方向等を変化させ、切断の質に影響を与えるので、所望されない不要な振動である。超音波振動切断装置1では、所望されない3次の共振モードにおけるたわみ振動が生起し始めたとしても、そのエネルギーを、防振用圧電素子ユニット12によって電気エネルギーに変え、更にはシャント回路50によって熱エネルギーに変えて、消散させる。
シャント回路50は、3次のたわみ振動において防振用圧電素子ユニット12が示す静電容量Cに合わせて共振するように調節されたインダクタンスLを有するインダクタ52を備えており、3次のたわみ振動のエネルギーを熱エネルギーに変え、他の振動のエネルギーを熱エネルギーに変えない。
又、シャント回路50において、抵抗54の抵抗値Rが3次のたわみ振動における内部インピーダンスと同じ値とされているから、最も効率良く電気エネルギーを熱エネルギーに変換して消散させることができる。
The operation example of the ultrasonic vibration cutting device 1 is as follows.
That is, when a predetermined AC voltage is applied to the vibration generating piezoelectric element unit 10, the vibrator 2 axially vibrates, and the blade 4 connected to the tool mounting portion 40 of the metal material 20 ultrasonically vibrates in the axial direction. The operator cuts the food such as cake by the ultrasonically vibrated blade 4 in a state in which the cutting resistance is reduced and the cutting performance is excellent, without crushing or scattering fragments. be able to.
Further, during the work, a flexural vibration may occur in the vibrator 2, and such a flexural vibration is superimposed on the shaft vibration for driving the cutting tool 4 to change the vibration direction of the cutting tool 4 and the like, thereby cutting quality. Is an unwanted vibration that affects the noise. In the ultrasonic vibration cutting device 1, even if flexural vibration in an undesired third-order resonance mode begins to occur, the energy is converted into electric energy by the vibration isolation piezoelectric element unit 12, and further the shunt circuit 50 heats it. Turn it into energy and dissipate it.
The shunt circuit 50 includes an inductor 52 having an inductance L adjusted so as to resonate in accordance with the capacitance C indicated by the vibration-proof piezoelectric element unit 12 in the third-order flexural vibration. The energy of is converted into heat energy, and the energy of other vibrations is not converted into heat energy.
Further, in the shunt circuit 50, since the resistance value R of the resistor 54 is set to the same value as the internal impedance in the third-order flexural vibration, the electric energy can be most efficiently converted into heat energy and dissipated.

第1形態の超音波振動切断装置1は、2個の駆動用圧電素子30,30を含む振動発生用圧電素子ユニット10と、4個(2対)の防振用圧電素子34,34・・を含む防振用圧電素子ユニット12と、振動発生用圧電素子ユニット10及び防振用圧電素子ユニット12を挟む金属材20及び金属ブロック22と、振動発生用圧電素子ユニット10及び防振用圧電素子ユニット12並びに金属材20及び金属ブロック22を締結するボルト24と、を有する振動子2と、振動子2に連結される刃物4と、防振用圧電素子ユニット12に接続されるシャント回路50と、を備えており、振動発生用圧電素子ユニット10(駆動用圧電素子30,30)は、駆動電圧が印加されることで、振動子2における軸振動を発生し、シャント回路50は、その軸振動以外の3次のたわみ振動において防振用圧電素子ユニット12が示す静電容量Cに対して電気的に共振するように設定されている。
よって、3次の共振モードにおけるたわみ振動のエネルギーのみを、防振用圧電素子ユニット12によって電気エネルギーとして取り出し、シャント回路50によって熱エネルギーに変換して発散させることができ、その結果3次の共振モードにおける不要なたわみ振動が抑制される。ここで、駆動用圧電素子30,30が金属ブロックにより挟み込まれて締結具により締結されており高出力(高周波数及び大振幅の少なくとも何れか等)の超音波振動の発生が可能であるBLTに係る振動子2においても、防振用圧電素子34,34・・が共に挟み込まれることで振動子2から離脱することなく確実に不要な振動が抑制される。又、防振用圧電素子34,34・・を始めとする防振用の各種部材は、振動子2の中心軸(前後方向)を中心として対称的に配置し易く、防振用部材を組み込んだ後の状態においても重量バランスに優れる。従って、不要な振動が目的の軸振動に影響を与える事態が防止され、又防振用部材の組み込みにより重量バランスに影響を与える事態が防止されることとなり、通常のツールによる切断の質が極めて良好になるのは勿論、アスペクト比の高いツール(刃物4等)による切断の質も極めて良好になる。
The ultrasonic vibration cutting device 1 according to the first embodiment includes a vibration generating piezoelectric element unit 10 including two driving piezoelectric elements 30 and 30, and four (2 pairs) vibration damping piezoelectric elements 34, 34... Anti-vibration piezoelectric element unit 12, a metal material 20 and a metal block 22 that sandwich the vibration generation piezoelectric element unit 10 and the vibration isolation piezoelectric element unit 12, the vibration generation piezoelectric element unit 10 and the vibration isolation piezoelectric element A vibrator 2 having a unit 12 and bolts 24 for fastening the metal material 20 and the metal block 22, a blade 4 connected to the vibrator 2, and a shunt circuit 50 connected to the vibration isolation piezoelectric element unit 12. , The vibration generating piezoelectric element unit 10 (driving piezoelectric elements 30 and 30) generates axial vibration in the vibrator 2 when a driving voltage is applied, and the shunt circuit 50 has the axial vibration. It is set to electrically resonate with the electrostatic capacitance C indicated by the vibration-proof piezoelectric element unit 12 in the third flexural vibration other than the vibration.
Therefore, only the flexural vibration energy in the third-order resonance mode can be taken out as electric energy by the vibration isolation piezoelectric element unit 12, converted into thermal energy by the shunt circuit 50, and diverged, resulting in the third-order resonance. Unnecessary flexural vibration in the mode is suppressed. Here, in the BLT in which the driving piezoelectric elements 30 and 30 are sandwiched by the metal blocks and fastened by the fastener, it is possible to generate ultrasonic vibration of high output (at least one of high frequency and large amplitude). In the vibrator 2 as well, the vibration-proof piezoelectric elements 34, 34,... Are sandwiched together, so that unnecessary vibration is reliably suppressed without being separated from the vibrator 2. Further, various vibration-isolating members such as the vibration-isolating piezoelectric elements 34, 34... Are easily arranged symmetrically about the central axis (front-back direction) of the vibrator 2, and the vibration-isolating members are incorporated. The weight balance is excellent even in the post-heating state. Therefore, unnecessary vibrations can be prevented from affecting the target shaft vibrations, and the installation of vibration damping members can prevent the situation from affecting the weight balance. Of course, the quality is excellent, and the quality of cutting by a tool having a high aspect ratio (the blade 4 or the like) is also very good.

加えて、シャント回路50は、インダクタ52と抵抗54の直列回路を含むから、電気エネルギーから熱エネルギーへの変換ないしエネルギーの発散を簡便に行える。
更に、防振用圧電素子34,34・・は、振動子2の中心軸と交わる方向(上下方向)において分割されている(上下に分かれている)。よって、防振用圧電素子34,34・・がたわみ振動の抑制に合致したものとなる。
又、駆動用圧電素子30,30及び防振用圧電素子34,34・・は、分極処理されており、それらの分極方向が振動子2の中心軸と平行な方向(前後方向)となっている。よって、所望する振動の付与や不要な振動の抑制のための構成がシンプルになる。
In addition, since the shunt circuit 50 includes the series circuit of the inductor 52 and the resistor 54, it is possible to easily convert electric energy into heat energy or to dissipate energy.
Further, the vibration-proof piezoelectric elements 34, 34,... Are divided (divided into upper and lower parts) in a direction (vertical direction) intersecting with the central axis of the vibrator 2. Therefore, the vibration-proof piezoelectric elements 34, 34,... Conform to the suppression of flexural vibration.
The driving piezoelectric elements 30, 30 and the vibration isolation piezoelectric elements 34, 34... Are polarized, and their polarization directions are parallel to the central axis of the vibrator 2 (front-back direction). There is. Therefore, the configuration for applying desired vibration and suppressing unnecessary vibration becomes simple.

第1形態においては、次のような変更例が存在する。
防振用圧電素子ユニットについて、前側の2個の防振用圧電素子が省略されたり、後側の2個の防振用圧電素子が省略されたり、上側の2個の防振用圧電素子が省略されたり、下側の2個の防振用圧電素子が省略されたり、防振用圧電素子の数が1以上の任意の数に増減されたり、分極方向が上下や左右で入れ替えられたりする等、その構成は様々に変更されて良い。上側若しくは下側の2個の圧電素子が省略された場合、防振用圧電素子は振動子の中心軸と交わる方向(上下方向)において、片寄せられていることになり、この場合、省略された圧電素子と同様な大きさないし重量のスペーサ(金属材あるいは金属ブロックと一体でも別体でも良い)が省略された側に設けられることが好ましい。電極板についても、更に分割する等、様々に変更することができる。又、2分割された圧電素子は、円環状の圧電素子本体における、互いに離れた上部と下部にのみ分極処理されたもの、即ち分極処理された上部と、分極処理されていない中央部(間隙に相当する部分)と、分極処理された下部を有する円環状のものとされても良い。
締結具に関し、防振用圧電素子ユニットを締結するボルトと、振動発生用圧電素子ユニットを締結するボルトが設けられても良い。
シャント回路は、別の構成とされて良く、インダクタンスは2次以下あるいは4次以上のたわみ振動中に示される静電容量と共振するものに設定されても良いし、抵抗値は第1形態とは別の値とされても良い。
目的とする振動(所定の振動)は、2次以上の軸振動とされても良く、1次や2次等の複数の振動状態の何れかに切替可能とされても良い。目的とする振動として、軸振動にたわみ振動を重畳した楕円振動(円振動を含む)が採用されても良い。
電極板として、接続部が省略されたものが採用されても良く、又圧電素子の面に導体を塗布して形成されたものが採用されて、その塗布された導体にコード等が接続されても良い。
振動発生用圧電素子ユニットと防振用圧電素子ユニットの間に、導体のスペーサが配置されて、これらのユニットが互いに離隔されるようにしても良い。各圧電素子ユニット内にスペーサが配置されても良い。
第1形態は、食品用の超音波切断装置に代えて、他のワークを超音波切断する装置や、切断以外の加工を超音波振動するツールによってワークに対して行う装置、あるいは医療用を始めとする他の用途の超音波振動装置に適用されても良い。
The following modifications exist in the first embodiment.
Regarding the vibration isolation piezoelectric element unit, the front two vibration isolation piezoelectric elements are omitted, the rear two vibration isolation piezoelectric elements are omitted, and the upper two vibration isolation piezoelectric elements are omitted. It may be omitted, two lower vibration isolation piezoelectric elements may be omitted, the number of vibration isolation piezoelectric elements may be increased or decreased to an arbitrary number of 1 or more, and the polarization directions may be switched up and down or left and right. Etc., the configuration may be variously changed. If the two piezoelectric elements on the upper side or the lower side are omitted, the vibration-proof piezoelectric elements are biased in the direction intersecting with the central axis of the vibrator (vertical direction), and in this case, they are omitted. Also, it is preferable to provide the spacer on the side where the spacer (which may be integral with or separate from the metal material or the metal block) which does not have the same size or weight as the piezoelectric element is omitted. The electrode plate can also be variously modified, such as being further divided. Further, the piezoelectric element divided into two parts is one in which only the upper part and the lower part which are separated from each other in the ring-shaped piezoelectric element main body are polarized, that is, the polarized upper part and the non-polarized central part (in the gap It may be an annular shape having a corresponding portion) and a polarized lower portion.
Regarding the fastener, a bolt for fastening the vibration-proof piezoelectric element unit and a bolt for fastening the vibration-generating piezoelectric element unit may be provided.
The shunt circuit may be configured differently, and the inductance may be set so as to resonate with the capacitance shown during the flexural vibration of the second or lower order or the fourth or higher order, and the resistance value may be the same as that of the first embodiment. May be another value.
The target vibration (predetermined vibration) may be shaft vibration of secondary or higher order, or may be switchable to any one of a plurality of vibration states such as primary or secondary. Elliptic vibration (including circular vibration) in which flexural vibration is superimposed on axial vibration may be adopted as the target vibration.
As the electrode plate, one in which the connecting portion is omitted may be adopted, or one formed by applying a conductor to the surface of the piezoelectric element is adopted, and a cord or the like is connected to the applied conductor. Is also good.
A spacer of a conductor may be arranged between the vibration generating piezoelectric element unit and the vibration isolating piezoelectric element unit so that these units are separated from each other. A spacer may be arranged in each piezoelectric element unit.
In the first embodiment, instead of the ultrasonic cutting device for food, a device for ultrasonically cutting another work, a device for performing a process other than cutting on a work by a tool that vibrates ultrasonically, or a medical device is used. It may be applied to an ultrasonic vibration device for other uses.

[第2形態]
図3は、本発明の第2形態に係る食品用の超音波振動切断装置に含まれる、振動子202の模式的な左側面図である。
第2形態は、防振用圧電素子ユニットに係る電極板の設置数及び形状並びにシャント回路の設置数及び設定を除き、第1形態と同様に成る。第1形態と同様に成る部材等には同じ符号が付されて適宜説明が省略される。
[Second form]
FIG. 3 is a schematic left side view of the vibrator 202 included in the ultrasonic vibration cutting device for food according to the second embodiment of the present invention.
The second mode is the same as the first mode, except for the number and shape of the electrode plates and the number and settings of the shunt circuits in the vibration damping piezoelectric element unit. The same members and the like as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be appropriately omitted.

第2形態では、防振用圧電素子ユニット212に係る電極板216,216が2個設けられている。各電極板216は、1個の防振用圧電素子34の一面に合うように半円環状に形成されており、径方向に突出する接続部238を備えている。
電極板216,216は、左右方向の間隔を有する環状となるように、上下に配置されている(2分割された環状電極板)。電極板216,216は、上側又は下側における一対の防振用圧電素子34,34に、互いの半円環状の面を合わせた状態で挟まれている。
そして、上側の電極板216に第1のシャント回路250が接続され、下側の電極板216に第2のシャント回路260が接続される。
第1のシャント回路250は、直列接続されたインダクタ252と抵抗254を有している。シャント回路250における、電極板216と逆側の回路端は、アースされている。
インダクタ252のインダクタンスL2は、2次の共振モードに係るたわみ振動において、拘束状態の上側の防振用圧電素子34,34が呈する静電容量C2と電気的に共振する大きさとされている。
又、抵抗254の抵抗値R2は、2次のたわみ振動における内部インピーダンスと同じ値とされる。
第2のシャント回路260は、直列接続されたインダクタ262と抵抗264を有している。シャント回路260における、電極板216と逆側の回路端は、アースされている。
インダクタ262のインダクタンスL3は、3次の共振モードに係るたわみ振動において、拘束状態の下側の防振用圧電素子34,34が呈する静電容量C3と電気的に共振する大きさとされている。
又、抵抗264の抵抗値R3は、3次のたわみ振動における内部インピーダンスと同じ値とされる。
In the second embodiment, two electrode plates 216 and 216 related to the vibration-proof piezoelectric element unit 212 are provided. Each electrode plate 216 is formed in a semi-annular shape so as to fit on one surface of one vibration-proof piezoelectric element 34, and has a connecting portion 238 protruding in the radial direction.
The electrode plates 216 and 216 are arranged vertically (annular electrode plates divided into two) so as to form an annular shape having a space in the left-right direction. The electrode plates 216 and 216 are sandwiched between the pair of upper or lower anti-vibration piezoelectric elements 34 and 34 with their semi-annular surfaces aligned.
Then, the first shunt circuit 250 is connected to the upper electrode plate 216, and the second shunt circuit 260 is connected to the lower electrode plate 216.
The first shunt circuit 250 has an inductor 252 and a resistor 254 connected in series. The circuit end of the shunt circuit 250 opposite to the electrode plate 216 is grounded.
The inductance L2 of the inductor 252 is sized to electrically resonate with the electrostatic capacitance C2 exhibited by the upper vibration-damping piezoelectric elements 34, 34 in the restrained state in the flexural vibration in the secondary resonance mode.
The resistance value R2 of the resistor 254 is set to the same value as the internal impedance in the secondary flexural vibration.
The second shunt circuit 260 has an inductor 262 and a resistor 264 connected in series. The circuit end of the shunt circuit 260 opposite to the electrode plate 216 is grounded.
The inductance L3 of the inductor 262 is sized to electrically resonate with the electrostatic capacitance C3 exhibited by the vibration damping piezoelectric elements 34, 34 on the lower side in the restrained state in the flexural vibration in the third resonance mode.
Further, the resistance value R3 of the resistor 264 is set to the same value as the internal impedance in the third-order flexural vibration.

第2形態の超音波振動切断装置では、目的としない2次の共振モードにおけるたわみ振動が生起し始めたとしても、そのエネルギーを、上側の一対の防振用圧電素子34,34と第1のシャント回路250により、電気エネルギーに変え、更には熱エネルギーに変えて、消散させる。
第1のシャント回路250は、2次のたわみ振動において上側の一対の防振用圧電素子34,34が示す静電容量C2に合わせて共振するように調節されたインダクタンスL2を有するインダクタ252を備えており、2次のたわみ振動のエネルギーを熱エネルギーに変え、他の振動のエネルギーを熱エネルギーに変えない。
又、目的としない3次の共振モードにおけるたわみ振動が生起し始めたとしても、そのエネルギーを、下側の一対の防振用圧電素子34,34と第2のシャント回路260により、電気エネルギーに変え、更には熱エネルギーに変えて、消散させる。
第2のシャント回路260は、3次のたわみ振動において下側の一対の防振用圧電素子34,34が示す静電容量C3に合わせて調節されたインダクタンスL3を有するインダクタ262を備えており、3次のたわみ振動のエネルギーを熱エネルギーに変え、他の振動のエネルギーを熱エネルギーに変えない。
又、第2のシャント回路260において、抵抗264の抵抗値R3が3次のたわみ振動における内部インピーダンスと同じ値とされているから、3次のたわみ振動についても最も効率良く電気エネルギーを熱エネルギーに変換して消散させることができる。
かように、第2形態の超音波振動切断装置では、主に振動モードの次数について異なる2種類の不要な振動を抑制することが可能である。
In the ultrasonic vibration cutting device according to the second embodiment, even if flexural vibration in an undesired secondary resonance mode starts to occur, the energy is transferred to the upper pair of vibration isolation piezoelectric elements 34, 34 and the first vibration isolation device. By the shunt circuit 250, it is converted into electric energy, and further converted into heat energy to be dissipated.
The first shunt circuit 250 includes an inductor 252 having an inductance L2 adjusted to resonate in accordance with the capacitance C2 indicated by the pair of vibration damping piezoelectric elements 34, 34 on the upper side in the secondary flexural vibration. Therefore, the energy of the secondary flexural vibration is changed to thermal energy, and the energy of other vibrations is not changed to thermal energy.
Further, even if flexural vibration in an undesired third-order resonance mode begins to occur, its energy is converted into electrical energy by the pair of lower vibration isolation piezoelectric elements 34, 34 and the second shunt circuit 260. It is converted into heat energy and then dissipated.
The second shunt circuit 260 includes an inductor 262 having an inductance L3 adjusted according to the electrostatic capacitance C3 indicated by the pair of vibration damping piezoelectric elements 34, 34 on the lower side in the third flexural vibration, The energy of the third flexural vibration is converted into heat energy, and the energy of other vibrations is not converted into heat energy.
Further, in the second shunt circuit 260, the resistance value R3 of the resistor 264 is set to the same value as the internal impedance in the third-order flexural vibration, so that the electrical energy can be most efficiently converted into thermal energy in the third-order flexural vibration. Can be converted and dissipated.
As described above, in the ultrasonic vibration cutting device according to the second embodiment, it is possible to suppress two types of unnecessary vibration that differ mainly in the order of the vibration mode.

第2形態においては、第1形態と同様の変更例が適宜存在する他、次のような変更例が存在する。
第1と第2のシャント回路におけるインダクタンスの調整等により、抑制する不要なたわみ振動の種類は様々に変更されても良い。例えば、1次と2次のたわみ振動が抑制されるようにしても良いし、4次のたわみ振動と5次のたわみ振動が抑制されるようにしても良い。
防振用圧電素子の数が周方向において増加され(分割数が増やされ)、それに対応してシャント回路の数が増加されることにより、3種類以上の不要なたわみ振動が抑制されるようにしても良い。
In the second mode, the same modification examples as in the first mode are appropriately present, and the following modification examples are also present.
The types of unnecessary flexural vibrations to be suppressed may be variously changed by adjusting the inductances in the first and second shunt circuits. For example, the first-order and second-order flexural vibrations may be suppressed, or the fourth-order flexural vibrations and the fifth-order flexural vibrations may be suppressed.
By increasing the number of vibration-proof piezoelectric elements in the circumferential direction (increasing the number of divisions) and correspondingly increasing the number of shunt circuits, it is possible to suppress three or more unnecessary flexural vibrations. May be.

[第3形態]
図4は、本発明の第3形態に係る食品用の超音波振動切断装置に含まれる、振動子302の模式的な斜視図であり、図5は、振動子302の模式的な左側面図である。尚、図4において、各種の電極板や回路は省略されている。
第3形態は、防振用圧電素子ユニットの構成並びにシャント回路の設置数を除き、第1形態と同様に成る。第1形態と同様に成る部材等には同じ符号が付されて適宜説明が省略される。
[Third mode]
FIG. 4 is a schematic perspective view of the vibrator 302 included in the ultrasonic vibration cutting device for food according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic left side view of the vibrator 302. Is. In FIG. 4, various electrode plates and circuits are omitted.
The third mode is the same as the first mode except for the configuration of the vibration-proof piezoelectric element unit and the number of shunt circuits installed. The same members and the like as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be appropriately omitted.

第3形態では、防振用圧電素子ユニット312は、8個の防振用圧電素子34,34・・を備えている。そのうち4個の防振用圧電素子34,34・・や電極板16は、第1形態の防振用圧電素子ユニット12ないしこれに挟まれる電極板16と同じ構成を具備している。又、他の4個の防振用圧電素子34,34・・についても、電極板16と同じ電極板316を挟んで同様に配置される。
そして、振動発生用圧電素子ユニット10の後側において、電極板15を介して隣接するように、電極板316を挟む4個の防振用圧電素子34,34・・が配置され、更にその後側において、電極板317を介して隣接するように、電極板16を挟む4個の防振用圧電素子34,34・・が配置される。電極板316を挟む二対(4個)の防振用圧電素子34,34・・における間隙の方向は上下方向であり、これらの防振用圧電素子34,34・・は、振動子2の中心軸と平行な方向(前後方向)と交わる方向である左右方向において、分割されている。又、電極板16を挟む二対(4個)の防振用圧電素子34,34・・における間隙の方向は左右方向であり、これらの防振用圧電素子34,34・・は、振動子2の中心軸と平行な方向(前後方向)と交わる方向である上下方向において、分割されている。
振動発生用圧電素子ユニット10、及び8個の防振用圧電素子34,34・・を備えた防振用圧電素子ユニット312は、金属材20及び金属ブロック22により挟み込まれて、ボルト24により締結され、振動子302からの離脱が防止される。
In the third mode, the vibration isolation piezoelectric element unit 312 includes eight vibration isolation piezoelectric elements 34, 34,. The four vibration-damping piezoelectric elements 34, 34,... And the electrode plate 16 have the same structure as the vibration-damping piezoelectric element unit 12 of the first embodiment or the electrode plate 16 sandwiched therebetween. Further, the other four vibration-damping piezoelectric elements 34, 34,... Are similarly arranged with the same electrode plate 316 as the electrode plate 16 interposed therebetween.
Then, on the rear side of the vibration generating piezoelectric element unit 10, four vibration damping piezoelectric elements 34, 34 sandwiching the electrode plate 316 are arranged so as to be adjacent to each other with the electrode plate 15 interposed therebetween. In, the four vibration-damping piezoelectric elements 34, 34 sandwiching the electrode plate 16 are arranged so as to be adjacent to each other via the electrode plate 317. The directions of the gaps in the two pairs (four) of the vibration isolation piezoelectric elements 34, 34,... Between which the electrode plate 316 is sandwiched are the vertical directions, and these vibration isolation piezoelectric elements 34, 34. It is divided in the left-right direction, which is the direction intersecting the direction parallel to the central axis (front-back direction). Further, the directions of the gaps in the two pairs (four) of the vibration isolation piezoelectric elements 34, 34,... Between which the electrode plate 16 is sandwiched are the left and right directions, and these vibration isolation piezoelectric elements 34, 34. It is divided in the up-down direction, which is the direction intersecting the direction parallel to the central axis of 2 (front-back direction).
The vibration-generating piezoelectric element unit 10 and the vibration-damping piezoelectric element unit 312 including the eight vibration-damping piezoelectric elements 34, 34 are sandwiched by the metal material 20 and the metal block 22, and fastened by the bolts 24. Therefore, separation from the vibrator 302 is prevented.

電極板316は、径方向外側に突出する接続部338を有しており、電極板317は、径方向外側に突出する接続部335を有している。
電極板317は、接続部335を介して、電極板15と同様にアースされている。
電極板316には、接続部338を介して、シャント回路50と同様に成るシャント回路350が接続されている。シャント回路350のインダクタ352のインダクタンスLはシャント回路50のインダクタ52と同じであり、シャント回路350の抵抗354の抵抗値Rはシャント回路50の抵抗54と同じである。
The electrode plate 316 has a connecting portion 338 protruding outward in the radial direction, and the electrode plate 317 has a connecting portion 335 protruding outward in the radial direction.
The electrode plate 317 is grounded like the electrode plate 15 via the connection portion 335.
A shunt circuit 350 similar to the shunt circuit 50 is connected to the electrode plate 316 via a connection portion 338. The inductance L of the inductor 352 of the shunt circuit 350 is the same as the inductor 52 of the shunt circuit 50, and the resistance value R of the resistor 354 of the shunt circuit 350 is the same as the resistor 54 of the shunt circuit 50.

第3形態の超音波振動切断装置では、目的としない3次の共振モードにおけるたわみ振動が振動子302において主に上下方向で生起し始めたとしても、そのエネルギーを、主に電極板16を挟む二対の防振用圧電素子34,34・・とシャント回路50により、電気エネルギーに変え、更には熱エネルギーに変えて、消散させる。
又、目的としない3次の共振モードにおけるたわみ振動が主に左右方向で生起し始めたとしても、そのエネルギーを、主に電極板316を挟む二対の防振用圧電素子34,34・・と第2のシャント回路350により、電気エネルギーに変え、更には熱エネルギーに変えて、消散させる。
かように、第3形態の超音波振動切断装置では、防振用圧電素子34,34・・は、振動子2の中心軸と交わる方向であって互いに異なる複数の方向即ち上下方向と左右方向において分割されていることから、主に振動方向について異なる2種類の不要な振動を抑制することが可能である。
In the ultrasonic vibration cutting device according to the third embodiment, even if flexural vibration in an undesired third-order resonance mode begins to occur mainly in the vertical direction in the vibrator 302, the energy is mainly sandwiched between the electrode plates 16. The two pairs of anti-vibration piezoelectric elements 34, 34,... And the shunt circuit 50 convert the electric energy into heat energy and further dissipate the heat energy.
Further, even if flexural vibration in an undesired third-order resonance mode starts to occur mainly in the left-right direction, the energy is mainly absorbed by the two pairs of vibration-proof piezoelectric elements 34, 34,... Which sandwich the electrode plate 316. With the second shunt circuit 350, it is converted into electric energy and further into heat energy to be dissipated.
As described above, in the ultrasonic vibration cutting device according to the third embodiment, the vibration isolation piezoelectric elements 34, 34... Are in a plurality of directions that intersect with the central axis of the vibrator 2 and are different from each other, that is, in the vertical direction and the horizontal direction. Since it is divided in, it is possible to suppress two types of unnecessary vibrations that differ mainly in the vibration direction.

第3形態においては、第1形態や第2形態と同様の変更例が適宜存在する。
特に、第3形態においても、第1と第2のシャント回路におけるインダクタンスの調整等により、抑制する不要な振動の種類は様々に変更されても良い。例えば、2次の左右方向のたわみ振動と2次の上下方向のたわみ振動が抑制されるようにしても良いし、4次の左右方向のたわみ振動と4次の上下方向のたわみ振動が抑制されるようにしても良いし、2次の左右方向のたわみ振動と3次の上下方向のたわみ振動が抑制されるようにしても良い。
又、振動子の中心軸と交わる方向であって、上下方向や左右方向とは異なる斜めの方向において分割された圧電素子が設けられるようにして、更にその斜めの方向の不要なたわみ振動が抑制されるようにしても良い。
In the third mode, there are appropriately modified examples similar to the first mode and the second mode.
In particular, also in the third mode, the types of unnecessary vibrations to be suppressed may be variously changed by adjusting the inductance in the first and second shunt circuits. For example, the secondary flexural vibration in the horizontal direction and the secondary flexural vibration in the vertical direction may be suppressed, or the quaternary flexural vibration in the lateral direction and the quaternary flexural vibration in the vertical direction are suppressed. Alternatively, the secondary flexural vibration in the horizontal direction and the tertiary flexural vibration in the vertical direction may be suppressed.
In addition, by providing piezoelectric elements that are divided in a direction that intersects the central axis of the vibrator and that is different from the vertical direction and the horizontal direction, unnecessary flexural vibration in that diagonal direction is further suppressed. It may be done.

[第4形態]
図6は、本発明の第3形態に係る食品用の超音波振動切断装置に含まれる、振動子402の模式的な左側面図である。
第4形態は、振動発生用圧電素子ユニットの構成及びシャント回路の設定を除き、第1形態と同様に成る。第1形態と同様に成る部材等には同じ符号が付されて適宜説明が省略される。
[Fourth form]
FIG. 6 is a schematic left side view of the vibrator 402 included in the ultrasonic vibration cutting device for food according to the third embodiment of the present invention.
The fourth mode is the same as the first mode except the configuration of the vibration generating piezoelectric element unit and the setting of the shunt circuit. The same members and the like as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be appropriately omitted.

第4形態の振動子402の振動発生用圧電素子ユニット410は、たわみ方向の超音波振動を発生可能であり、たわみ振動の発生に係る公知の構成(上記特許文献2参照)を有している。
振動発生用圧電素子ユニット410は、それぞれ半円環状である4個の駆動用圧電素子430,430・・を含んでいる。各駆動用圧電素子430の分極方向は、肉厚方向に向いており、振動子402の中心軸と平行な方向に向いている。
これら駆動用圧電素子430,430・・のうちの2個は、金属材20に近い側において、左右方向の間隔を有する環状となるように、上下方向に分割されている。これらの駆動用圧電素子430,430の前面は金属材20に共通に接しており、各後面は半円環状の電極板414,414に接している。各電極板414は、外方に突出する接続部432,432を有している。
又、電極板414,414の後側において、別の一対の駆動用圧電素子430,430は、同様に間隔を有する環状となるよう、上下方向において分割されている。これらの電極板414,414の後面は、アースされた環状の電極板15に接している。
振動発生用圧電素子ユニット410は、駆動用圧電素子430,430・・の分極方向に応じ、たわみ振動発生用の公知の駆動電圧印加回路(駆動電圧印加手段,図示略)により駆動される。駆動電圧印加回路は、各電極板414の接続部432において接続されており、振動子2において3次の共振モードに係るたわみ振動(目的の振動)が発生するような駆動電圧を印加する。例えば、上側の駆動用圧電素子430,430の分極方向がそれぞれ電極板414に向かうことで互いに向かい合い、下側の駆動用圧電素子430,430の分極方向がそれぞれ電極板414とは逆側に向かうことで互いに離れるものとなっている場合、同位相の駆動電圧が印加されれば、目的のたわみ振動が発生する。あるいは、上側と下側の駆動用圧電素子430,430の分極方向が互いに合致する場合、逆位相の駆動電圧が印加されれば、目的のたわみ振動が発生する。
The vibration-generating piezoelectric element unit 410 of the vibrator 402 of the fourth mode is capable of generating ultrasonic vibrations in the flexural direction, and has a known configuration relating to the flexural vibration (see Patent Document 2 above). ..
The vibration generating piezoelectric element unit 410 includes four driving piezoelectric elements 430, 430,... The polarization direction of each driving piezoelectric element 430 is in the thickness direction, and is parallel to the central axis of the oscillator 402.
Two of the driving piezoelectric elements 430, 430,... Are divided in the vertical direction so as to form an annular shape having a space in the horizontal direction on the side close to the metal material 20. The front surfaces of these driving piezoelectric elements 430, 430 are in common contact with the metal material 20, and the rear surfaces thereof are in contact with the semi-annular electrode plates 414, 414. Each electrode plate 414 has connecting portions 432 and 432 protruding outward.
Further, on the rear side of the electrode plates 414, 414, another pair of driving piezoelectric elements 430, 430 is divided in the vertical direction so as to form a ring having a similar spacing. The rear surfaces of these electrode plates 414 and 414 are in contact with the grounded annular electrode plate 15.
The vibration generating piezoelectric element unit 410 is driven by a known driving voltage applying circuit (driving voltage applying means, not shown) for generating flexural vibration according to the polarization direction of the driving piezoelectric elements 430, 430. The drive voltage application circuit is connected at the connection portion 432 of each electrode plate 414, and applies a drive voltage that causes flexural vibration (target vibration) associated with the third-order resonance mode in the vibrator 2. For example, the polarization directions of the upper driving piezoelectric elements 430 and 430 face each other by moving toward the electrode plate 414, and the polarization directions of the lower driving piezoelectric elements 430 and 430 respectively face the opposite side of the electrode plate 414. Therefore, when they are separated from each other, the desired flexural vibration is generated if the drive voltages of the same phase are applied. Alternatively, when the polarization directions of the upper and lower driving piezoelectric elements 430, 430 are matched with each other, if a driving voltage of opposite phase is applied, a desired flexural vibration occurs.

そして、第4形態の振動子402の防振用圧電素子ユニット12は、電極板15の後側において、第1形態と同様に配置される。
電極板16には、シャント回路450が接続されている。
シャント回路450は、直列接続されたインダクタ452及び抵抗454を含む。インダクタ452のインダクタンスL4は、2次の共振モードに係るたわみ振動において、拘束状態の防振用圧電素子34,34・・が呈する静電容量C4と電気的に共振する大きさとされている。
又、抵抗454の抵抗値R4は、2次のたわみ振動における内部インピーダンスと同じ値とされる。
Then, the vibration-proof piezoelectric element unit 12 of the vibrator 402 of the fourth mode is arranged on the rear side of the electrode plate 15 in the same manner as in the first mode.
A shunt circuit 450 is connected to the electrode plate 16.
The shunt circuit 450 includes an inductor 452 and a resistor 454 connected in series. The inductance L4 of the inductor 452 is sized to electrically resonate with the electrostatic capacitance C4 exhibited by the vibration-damping piezoelectric elements 34, 34... In the restrained state in the flexural vibration in the secondary resonance mode.
Further, the resistance value R4 of the resistor 454 is set to the same value as the internal impedance in the secondary flexural vibration.

第4形態の超音波振動切断装置では、目的とする3次の共振モードにおけるたわみ振動の発生中に、目的としない2次の共振モードにおけるたわみ振動が生起し始めたとしても、そのエネルギーを、防振用圧電素子ユニット12とシャント回路450により、電気エネルギーに変え、更には熱エネルギーに変えて、消散させる。
シャント回路450は、2次のたわみ振動において防振用圧電素子ユニット12が示す静電容量C4に合わせて共振するように調節されたインダクタンスL4を有するインダクタ452を備えており、2次のたわみ振動のエネルギーを熱エネルギーに変え、他の振動のエネルギーを熱エネルギーに変えない。
かように、第4形態の超音波振動切断装置では、所定の周波数(3次の共振モードの周波数)におけるたわみ振動を目的とする振動子402において、その周波数以外の特定の周波数(3次より低次である2次の共振モードの周波数)におけるたわみ振動(目的としないたわみ振動)を抑制することが可能である。
又、駆動用圧電素子430,430・・は、振動子402の中心軸と交わる方向(上下方向)において分割されているから、所望する振動がたわみ振動である場合に適した構成となる。
In the ultrasonic vibration cutting device according to the fourth aspect, even if flexural vibration in an undesired secondary resonance mode begins to occur during flexural vibration in the intended tertiary resonance mode, the energy is With the vibration-proof piezoelectric element unit 12 and the shunt circuit 450, the energy is converted into electric energy and further converted into heat energy to be dissipated.
The shunt circuit 450 includes an inductor 452 having an inductance L4 adjusted to resonate in accordance with the electrostatic capacitance C4 indicated by the vibration-proof piezoelectric element unit 12 in the secondary flexural vibration, and the secondary flexural vibration. The energy of is converted into heat energy, and the energy of other vibrations is not converted into heat energy.
As described above, in the ultrasonic vibration cutting device according to the fourth embodiment, in the vibrator 402 intended for flexural vibration at a predetermined frequency (third-order resonance mode frequency), a specific frequency (from the third-order It is possible to suppress flexural vibration (undesired flexural vibration) in a low-order secondary resonance mode frequency).
Further, since the driving piezoelectric elements 430, 430,... Are divided in the direction (vertical direction) intersecting the central axis of the vibrator 402, the configuration is suitable when the desired vibration is flexural vibration.

第4形態においては、第1形態ないし第3形態の少なくとも何れかと同様の変更例が適宜存在する他、次のような変更例が存在する。
目的とするたわみ振動が4次のたわみ振動とされ、不要なたわみ振動が3次のたわみ振動とされたり、目的とするたわみ振動が2次のたわみ振動とされ、不要なたわみ振動が3次のたわみ振動とされたりする等、駆動や防振に係る共振モードの組合せは様々に変更されて良い。目的とするたわみ振動の共振モード(次数)が切替可能とされても良い。
振動発生用圧電素子ユニットがたわみ振動に係る駆動用圧電素子と軸振動に係る駆動用圧電素子を備えるようにして、ツールが楕円振動(円振動を含む)を行うものとされても良い。
In the fourth mode, the same modifications as at least one of the first to third modes are appropriately present, and the following modifications are also present.
The desired flexural vibration is the fourth-order flexural vibration, the unwanted flexural vibration is the third-order flexural vibration, or the desired flexural vibration is the second-order flexural vibration, and the unwanted flexural vibration is the third-order flexural vibration. The combination of resonance modes related to driving and vibration isolation may be variously changed, such as flexural vibration. The resonance mode (order) of the desired flexural vibration may be switchable.
The vibration generating piezoelectric element unit may include a driving piezoelectric element related to flexural vibration and a driving piezoelectric element related to axial vibration, and the tool may perform elliptical vibration (including circular vibration).

[第5形態]
図7は、本発明の第5形態に係る食品用の超音波振動切断装置に含まれる、刃物4及び振動子502並びに回路の模式図である。
第5形態は、防振用圧電素子ユニット及び振動発生用圧電素子ユニット並びに回路の構成を除き、第4形態と同様に成る。第4形態と同様に成る部材等には同じ符号が付されて適宜説明が省略される。
[Fifth form]
FIG. 7 is a schematic diagram of the blade 4, the vibrator 502, and the circuit included in the ultrasonic vibration cutting device for food according to the fifth embodiment of the present invention.
The fifth mode is the same as the fourth mode except for the configurations of the vibration isolation piezoelectric element unit, the vibration generation piezoelectric element unit, and the circuit. Members and the like that are the same as those in the fourth embodiment are designated by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

第5形態の振動子502の振動発生用圧電素子ユニット510は、第4形態の振動発生用圧電素子ユニット410と同様に成り、駆動用圧電素子430と同様の駆動用圧電素子530や、電極板414(接続部432)と同様の電極板514(接続部532)を備えている。
但し、振動発生用圧電素子ユニット510は、1次の軸振動を発生する。ここでは、4個の駆動用圧電素子530,530・・のうち、上側の2個をPZT1とし、下側の2個をPZT2とすると、分極方向がPZT1とPZT2で同一になっている状態で、PZT1の間の電極板514に同位相の駆動電圧が印加される。又、振動発生用圧電素子ユニット510は、振動検出用圧電素子ユニット512の後側に配置されている。
The vibration generating piezoelectric element unit 510 of the vibrator 502 of the fifth mode is the same as the vibration generating piezoelectric element unit 410 of the fourth mode, and the driving piezoelectric element 530 and the electrode plate similar to the driving piezoelectric element 430. The same electrode plate 514 (connecting portion 532) as 414 (connecting portion 432) is provided.
However, the vibration generating piezoelectric element unit 510 generates primary axial vibration. Here, of the four driving piezoelectric elements 530, 530,..., if the upper two are PZT1 and the lower two are PZT2, the polarization directions of PZT1 and PZT2 are the same. , PZT1 are applied to the electrode plate 514 at the same phase. The vibration generating piezoelectric element unit 510 is arranged on the rear side of the vibration detecting piezoelectric element unit 512.

第5形態に係る不要な振動を検出するための振動検出用圧電素子ユニット512(第2圧電素子ユニット)は、第2形態の防振用圧電素子ユニット212と同様に成り、防振用圧電素子34と同様の振動検出用圧電素子534(第2圧電素子)や、電極板216(接続部238)と同様の電極板516(接続部538)を備えている。
4個の振動検出用圧電素子534,534・・のうち、上側の2個をPZT3とし、下側の2個をPZT4とすると、ここでは分極方向はPZT3とPZT4で同一になっている。
振動検出用圧電素子ユニット512と振動発生用圧電素子ユニット510の間には、接続部36を有する電極板15が配置されている。
PZT3やPZT4において、圧縮による歪みにより、歪みの大きさに応じたプラスの電圧が生起するものとする。
又、振動発生用圧電素子ユニット510と金属ブロック22の間には、電極板15と同様に成る電極板517が配置されている。電極板517は、接続部539を有している。
電極板15,517は、接続部36,539を介して、アースされている。
The vibration detecting piezoelectric element unit 512 (second piezoelectric element unit) for detecting unnecessary vibration according to the fifth mode is the same as the vibration preventing piezoelectric element unit 212 of the second mode, and the vibration preventing piezoelectric element is used. The vibration detecting piezoelectric element 534 (second piezoelectric element) similar to the reference numeral 34 and the electrode plate 516 (connecting portion 538) similar to the electrode plate 216 (connecting portion 238) are provided.
Of the four vibration detecting piezoelectric elements 534, 534,... If the upper two are PZT3 and the lower two are PZT4, the polarization directions are the same in PZT3 and PZT4.
The electrode plate 15 having the connection portion 36 is arranged between the vibration detecting piezoelectric element unit 512 and the vibration generating piezoelectric element unit 510.
In PZT3 and PZT4, distortion due to compression causes a positive voltage depending on the magnitude of distortion.
An electrode plate 517 similar to the electrode plate 15 is arranged between the vibration generating piezoelectric element unit 510 and the metal block 22. The electrode plate 517 has a connecting portion 539.
The electrode plates 15 and 517 are grounded via the connecting portions 36 and 539.

第5形態の駆動用ないし防振用の回路570は、駆動電源572と、乗算器574と、アンプ(AMP)576,578と、電圧比較器579を備えている。回路570は、駆動電圧印加手段と駆動電圧調節手段を兼ねており、より詳しくは、駆動電源572とアンプ(AMP)576,578が駆動電圧印加手段を構成し、乗算器574と電圧比較器579が駆動電圧調節手段を構成している。尚、駆動電圧調節手段は、PZT3やPZT4あるいは電極板516,516を含めて構成されると考えても良い。
駆動電源572とPZT1は、乗算器574、アンプ576、電極板514(接続部532)を介して接続されている。駆動電源572で発生した交流電圧は、乗算器574を経て、アンプ576により増幅され、電極板514(接続部532)を介してPZT1に印加される。
駆動電源572とPZT2は、アンプ578、電極板514(接続部532)を介して接続されている。駆動電源572で発生した交流の駆動電圧は、アンプ578により増幅され、電極板514(接続部532)を介してPZT2に印加される。PZT1とPZT2が同様に構成されるため、アンプ576,578における増幅率は同じものとされている。
The driving or vibration isolation circuit 570 of the fifth embodiment includes a driving power supply 572, a multiplier 574, amplifiers (AMP) 576 and 578, and a voltage comparator 579. The circuit 570 doubles as a driving voltage applying unit and a driving voltage adjusting unit. More specifically, the driving power supply 572 and the amplifiers (AMPs) 576 and 578 constitute a driving voltage applying unit, and the multiplier 574 and the voltage comparator 579. Constitutes the drive voltage adjusting means. It should be noted that the drive voltage adjusting means may be considered to include PZT3, PZT4, or electrode plates 516 and 516.
The driving power supply 572 and PZT1 are connected via a multiplier 574, an amplifier 576, and an electrode plate 514 (connecting portion 532). The AC voltage generated by the driving power supply 572 is passed through the multiplier 574, amplified by the amplifier 576, and applied to the PZT 1 via the electrode plate 514 (connecting portion 532).
The drive power source 572 and PZT2 are connected via an amplifier 578 and an electrode plate 514 (connecting portion 532). The AC drive voltage generated by the drive power supply 572 is amplified by the amplifier 578 and applied to the PZT 2 via the electrode plate 514 (connecting portion 532). Since PZT1 and PZT2 have the same configuration, the amplification factors of the amplifiers 576 and 578 are the same.

PZT3と電圧比較器579は、電極板516(接続部538)を介して接続されている。PZT4と電圧比較器579は、電極板516(接続部538)を介して接続されている。
電圧比較器579は、乗算器574に接続されている。電圧比較器579は、PZT3において生起した電圧と、PZT4において生起した電圧を比較してその差分を乗算器574へ出力する。乗算器574は、受信した差分に応じ、駆動電源572からの駆動電圧を、適宜増減してあるいは増減せずに、アンプ576に送る。
即ち、電圧比較器579は、PZT3の電圧がPZT4の電圧より大きいと、マイナスの差分を出力し、乗算器574は、差分の絶対値に応じた0以上で1より小さい数を駆動電圧に乗ずる。アンプ576に与えられる駆動電圧は、差分の絶対値に応じ、アンプ578に与えられる駆動電圧より小さくなる。他方、電圧比較器579は、PZT3の電圧がPZT4の電圧より小さいと、プラスの差分を出力し、乗算器574は、差分の絶対値に応じた1以上の数を駆動電圧に乗ずる。アンプ576を経てPZT1に与えられる駆動電圧は、差分の絶対値に応じ、アンプ578を経てPZT2に与えられる駆動電圧より大きくなる。
The PZT 3 and the voltage comparator 579 are connected via the electrode plate 516 (connecting portion 538). The PZT 4 and the voltage comparator 579 are connected via the electrode plate 516 (connecting portion 538).
The voltage comparator 579 is connected to the multiplier 574. Voltage comparator 579 compares the voltage generated in PZT3 and the voltage generated in PZT4, and outputs the difference to multiplier 574. The multiplier 574 sends the drive voltage from the drive power source 572 to the amplifier 576 with or without appropriately increasing or decreasing according to the received difference.
That is, when the voltage of PZT3 is larger than the voltage of PZT4, the voltage comparator 579 outputs a negative difference, and the multiplier 574 multiplies the driving voltage by a number greater than or equal to 0 and less than 1 according to the absolute value of the difference. .. The drive voltage applied to the amplifier 576 becomes smaller than the drive voltage applied to the amplifier 578 according to the absolute value of the difference. On the other hand, when the voltage of PZT3 is smaller than the voltage of PZT4, the voltage comparator 579 outputs a positive difference, and the multiplier 574 multiplies the drive voltage by a number of 1 or more according to the absolute value of the difference. The drive voltage applied to PZT1 via amplifier 576 is greater than the drive voltage applied to PZT2 via amplifier 578 in accordance with the absolute value of the difference.

第5形態の超音波振動切断装置では、アンプ576,578を介して駆動電圧が印加されることで駆動されるPZT1,PZT2により、振動子502に軸振動が発生する。
そして、軸振動中において振動子502にたわみ振動が生起した場合、PZT3やPZT4においてたわみ振動に応じた大きさの歪みが生じ、その歪みの大きさに応じた電圧が生起する。
かように生起したPZT3の電圧とPZT4の電圧は、電圧比較器579において比較され、乗算器574においてそれら電圧の差分に応じた係数がPZT1の駆動電圧に乗算されることで、PZT2の駆動電圧に対するPZT1の駆動電圧が調節される。
即ち、たわみ振動によってPZT3側に大きな歪みが生起した場合、PZT3においてPZT4より大きな電圧が生起し、電圧比較器579はマイナスの差分を出力して、乗算器574はPZT1の駆動電圧を差分の絶対値に応じて小さくする。よって、PZT1はPZT2に比べて小さい駆動電圧で駆動されることになり、自身と同じ上側にあるPZT3側への歪みを、PZT2の駆動より弱く適切な大きさである駆動によって、能動的に打ち消す。他方、たわみ振動によってPZT4側に大きな歪みが生起した場合、PZT4においてPZT3より大きな電圧が生起し、電圧比較器579はプラスの差分を出力して、乗算器574はPZT1の駆動電圧を差分の絶対値に応じて大きくする。よって、PZT1はPZT2に比べて大きい駆動電圧で駆動されることになり、自身と逆側の下側にあるPZT4側への歪みを、PZT2の駆動より強く適切な大きさである駆動によって、能動的に打ち消す。
In the ultrasonic vibration cutting device of the fifth mode, the PZT1 and PZT2 driven by applying the drive voltage via the amplifiers 576 and 578 generate axial vibration in the vibrator 502.
When flexural vibration occurs in the vibrator 502 during axial vibration, a strain having a magnitude corresponding to the flexural vibration occurs in the PZT3 and PZT4, and a voltage corresponding to the magnitude of the strain occurs.
The voltage of PZT3 thus generated and the voltage of PZT4 are compared in the voltage comparator 579, and the multiplier 574 multiplies the driving voltage of PZT1 by the coefficient corresponding to the difference between these voltages, thereby driving the voltage of PZT2. The drive voltage of PZT1 for PZT1 is adjusted.
That is, when a large distortion occurs on the PZT3 side due to flexural vibration, a voltage larger than that of PZT4 occurs in PZT3, the voltage comparator 579 outputs a negative difference, and the multiplier 574 outputs the drive voltage of PZT1 to the absolute difference. Decrease according to the value. Therefore, the PZT1 is driven by a driving voltage smaller than that of the PZT2, and the distortion toward the PZT3 side, which is the same as the PZT2 itself, is weakened more than the driving of the PZT2 and is actively canceled by the driving. .. On the other hand, when a large distortion occurs on the PZT4 side due to flexural vibration, a voltage larger than PZT3 occurs in PZT4, the voltage comparator 579 outputs a positive difference, and the multiplier 574 outputs the drive voltage of PZT1 to the absolute difference. Increase according to the value. Therefore, the PZT1 is driven with a driving voltage larger than that of the PZT2, and the distortion to the PZT4 side, which is on the lower side opposite to itself, is stronger than the driving of the PZT2 by the driving having the appropriate size, and the PZT1 is activated. Cancel.

第5形態の超音波振動切断装置は、4個の駆動用圧電素子530,530・・(PZT1,PZT2)を含む振動発生用圧電素子ユニット510と、4個の振動検出用圧電素子534,534・・(PZT3,PZT4)を含む振動検出用圧電素子ユニット512と、振動発生用圧電素子ユニット510及び振動検出用圧電素子ユニット512を挟む金属材20及び金属ブロック22と、振動発生用圧電素子ユニット510及び振動検出用圧電素子ユニット512並びに金属材20及び金属ブロック22を締結するボルト24と、を有する振動子502と、振動子502に連結される刃物4と、を備えており、振動発生用圧電素子ユニット510は、駆動電圧印加手段により駆動電圧が印加されることで、振動子502における1次の軸振動を発生し、その駆動電圧は、乗算器574や電圧比較器579により、その軸振動以外のたわみ振動において振動検出用圧電素子534,534・・(PZT3,PZT4)に生起する電圧に応じて調節される。
よって、目的としないたわみ振動の状態が振動検出用圧電素子ユニット512(PZT3,PZT4)によって検出され、その状態に応じて、振動発生用圧電素子ユニット510(PZT1,PZT2)の駆動電圧が、目的としないたわみ振動を打ち消すようにフィードバック制御されることになる。従って、第1形態ないしは第4形態のように、不要なたわみ振動の発生に対して受動的に対応する(パッシブ防振)のではなく、不要なたわみ振動が能動的に抑制されることとなる(アクティブ防振)。そしてその結果、通常の超音波振動切断の場合のみならず、アスペクト比の高いツールを用いる場合であっても、又大出力の振動をツールに与える場合であっても、不要なたわみ振動を確実に抑制して、極めて優れた切断を提供することができる。又、振動検出用圧電素子ユニット512(PZT3,PZT4)によって検出されたたわみ振動の状態に応じて駆動電圧がフィードバック制御されることにより、たわみ振動の次数を問わず、様々な共振モードに係るたわみ振動を適切に抑制することが可能である。
The ultrasonic vibration cutting device of the fifth mode is a vibration generating piezoelectric element unit 510 including four driving piezoelectric elements 530, 530... (PZT1, PZT2), and four vibration detecting piezoelectric elements 534, 534. ..Vibration detection piezoelectric element unit 512 including (PZT3, PZT4), metal material 20 and metal block 22 sandwiching vibration generation piezoelectric element unit 510 and vibration detection piezoelectric element unit 512, and vibration generation piezoelectric element unit A vibrator 502 having 510 and a piezoelectric element unit 512 for vibration detection, and a bolt 24 for fastening the metal material 20 and the metal block 22, and a blade 4 connected to the vibrator 502 are provided for generating vibration. The piezoelectric element unit 510 generates a first-order axis vibration in the vibrator 502 when the driving voltage is applied by the driving voltage applying unit, and the driving voltage is generated by the multiplier 574 and the voltage comparator 579. It is adjusted according to the voltage generated in the vibration detecting piezoelectric elements 534, 534,... (PZT3, PZT4) in the flexural vibration other than the vibration.
Therefore, an undesired flexural vibration state is detected by the vibration detecting piezoelectric element unit 512 (PZT3, PZT4), and the drive voltage of the vibration generating piezoelectric element unit 510 (PZT1, PZT2) is changed according to the detected state. Feedback control is performed so as to cancel the flexural vibration. Therefore, unlike in the first or fourth mode, unnecessary flexural vibration is not passively dealt with (passive vibration isolation), but unnecessary flexural vibration is actively suppressed. (Active vibration isolation). As a result, not only in the case of normal ultrasonic vibration cutting, but also when using a tool with a high aspect ratio or when giving a high output vibration to the tool, it is possible to ensure unnecessary flexural vibration. Can be suppressed to provide extremely excellent cutting. Further, the drive voltage is feedback-controlled according to the state of the flexural vibration detected by the vibration detecting piezoelectric element unit 512 (PZT3, PZT4), so that flexures associated with various resonance modes are generated regardless of the order of the flexural vibration. Vibration can be suppressed appropriately.

更に、振動検出用圧電素子534,534・・は、振動子502の中心軸と交わる方向(上下方向)において分割されている。よって、振動検出用圧電素子534,534・・がたわみ振動の抑制に合致したものとなる。
又、駆動用圧電素子530,530・・は、振動子502の中心軸と交わる方向(上下方向)において分割されている。よって、不要なたわみ振動をフィードバック制御により能動的に打ち消して抑制する場合に適した構成となる。
加えて、駆動用圧電素子530,530及び振動検出用圧電素子534,534・・は、分極処理されており、それらの分極方向が振動子502の中心軸に平行な方向となっている。よって、フィードバック制御における、所望する振動の付与や不要な振動の抑制のための構成が、シンプルになる。
Further, the vibration detecting piezoelectric elements 534, 534,... Are divided in the direction intersecting the central axis of the vibrator 502 (vertical direction). Therefore, the vibration detecting piezoelectric elements 534, 534,... Conform to the suppression of flexural vibration.
Further, the driving piezoelectric elements 530, 530... Are divided in the direction (vertical direction) intersecting the central axis of the vibrator 502. Therefore, the configuration is suitable when the unnecessary flexural vibration is actively canceled and suppressed by feedback control.
In addition, the driving piezoelectric elements 530, 530 and the vibration detecting piezoelectric elements 534, 534... Are polarized, and their polarization directions are parallel to the central axis of the vibrator 502. Therefore, in the feedback control, the configuration for applying desired vibration and suppressing unnecessary vibration becomes simple.

第5形態においては、第1形態ないし第4形態の少なくとも何れかと同様の変更例が適宜存在する他、次のような変更例が存在する。
回路の構成は、回路の各種要素と同等である他の要素に置き換えたり、PZT2に対する電圧あるいは双方の電圧を調節するものとしたり、電圧比較器において係数が出力されるようにしたり、電圧比較器と乗算器が統合された比較乗算器が用いられたり、アンプの倍率が調節されることで駆動電圧が調節されるものとしたり、アンプが省略されたりする等、様々に変更されて良い。
又、振動発生用圧電素子ユニットにおいて駆動用圧電素子の分極方向がPZT1とPZT2で逆になっている状態で、PZT1の間の電極板に逆位相の駆動電圧が印加され、その駆動電圧が調節されるようにしても良い。
In the fifth mode, the same modification examples as at least any one of the first to fourth modes appropriately exist, and the following modification examples also exist.
The circuit configuration may be replaced with other elements equivalent to various elements of the circuit, the voltage for the PZT2 or both voltages may be adjusted, the coefficient may be output in the voltage comparator, the voltage comparator may be used. It may be modified in various ways such as using a comparison multiplier in which a multiplier and a multiplier are integrated, adjusting a driving voltage by adjusting a magnification of an amplifier, and omitting an amplifier.
Further, in the vibration generating piezoelectric element unit, in a state where the polarization directions of the driving piezoelectric elements are opposite between PZT1 and PZT2, a driving voltage of opposite phase is applied to the electrode plate between PZT1 and the driving voltage is adjusted. It may be done.

[第6形態]
図8(a)は、本発明の第6形態に係る食品用の超音波振動切断装置に含まれる、刃物4及び振動子602並びに回路の模式図であり、図8(b)は、振動子602のたわみ振動中の模式図である。
第6形態は、振動検出用圧電素子ユニット及び振動発生用圧電素子ユニット並びに回路の構成を除き、第5形態と同様に成る。第5形態と同様に成る部材等には同じ符号が付されて適宜説明が省略される。
[Sixth form]
FIG. 8A is a schematic diagram of the blade 4, the vibrator 602, and the circuit included in the ultrasonic vibration cutting device for food according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a vibrator. It is a schematic diagram in the flexural vibration of 602.
The sixth mode is the same as the fifth mode except the configurations of the vibration detecting piezoelectric element unit, the vibration generating piezoelectric element unit, and the circuit. The same members and the like as those in the fifth embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be appropriately omitted.

第6形態の振動子602における4個の圧電素子631,631・・を含む圧電素子ユニット611は、第5形態の軸方向の振動発生用圧電素子ユニット510とたわみ方向の振動検出用圧電素子ユニット512の役割を兼ねている。
圧電素子ユニット611は、第5形態の振動発生用圧電素子ユニット510あるいは振動検出用圧電素子ユニット512と同様に構成される。即ち、圧電素子631,631・・はそれぞれ半円環状であり、2個の半円環状の電極板617を2個の圧電素子631,631で挟んでいて、上下に分かれている。ここで、下の2個の圧電素子631,631はPZTαとされ、上の2個の圧電素子631,631はPZTβとされる。
PZTαとPZTβの分極方向は、互いに同じ向きとされ、例えば電極板617に向かう向きとされている。
各電極板617は、径方向外方に突出する接続部639を備えている。
圧電素子ユニット611の前面と後面は、アースされている。
The piezoelectric element unit 611 including the four piezoelectric elements 631, 631... In the vibrator 602 of the sixth embodiment is the piezoelectric element unit 510 for vibration generation in the axial direction of the fifth embodiment and the piezoelectric element unit for vibration detection in the bending direction. It also has the role of 512.
The piezoelectric element unit 611 is configured similarly to the vibration generating piezoelectric element unit 510 or the vibration detecting piezoelectric element unit 512 of the fifth embodiment. That is, each of the piezoelectric elements 631, 631... Has a semi-circular shape, and two semi-circular electrode plates 617 are sandwiched between the two piezoelectric elements 631, 631, and are divided into upper and lower parts. Here, the lower two piezoelectric elements 631 and 631 are PZTα, and the upper two piezoelectric elements 631 and 631 are PZTβ.
The polarization directions of PZTα and PZTβ are the same direction, for example, the direction toward the electrode plate 617.
Each electrode plate 617 includes a connecting portion 639 that projects radially outward.
The front surface and the rear surface of the piezoelectric element unit 611 are grounded.

第6形態の駆動用兼防振用の回路670は、駆動電源572と、乗算器574と、アンプ(AMP)576,578と、演算回路679と、電流センサーCC1,CC2を備えている。回路670は、駆動電圧印加手段と駆動電圧調節手段を兼ねており、より詳しくは、駆動電源572とアンプ(AMP)576,578が駆動電圧印加手段を構成し、乗算器574と演算回路679と電流センサーCC1,CC2が駆動電圧調節手段を構成している。尚、駆動電圧調節手段は、PZTαやPZTβあるいは電極板617,617を含めて構成されると考えても良いし、電流センサーCC1,CC2を除いて構成されると考えても良い。
駆動電源572とPZTαは、アンプ578、電極板617(接続部639)を介して接続されている。駆動電源572で発生した交流の駆動電圧は、アンプ578により増幅され、電極板617(接続部639)を介してPZTαに印加される。
駆動電源572とPZTβは、乗算器574、アンプ576、電極板617(接続部639)を介して接続されている。駆動電源572で発生した交流電圧は、乗算器574を経て、アンプ576により増幅され、電極板617(接続部639)を介してPZTβに印加される。PZTαとPZTβが同様に構成されるため、アンプ576,578における増幅率は同じものとされている。
The drive/vibration isolation circuit 670 of the sixth embodiment includes a drive power source 572, a multiplier 574, amplifiers (AMP) 576 and 578, an arithmetic circuit 679, and current sensors CC1 and CC2. The circuit 670 also serves as a drive voltage applying unit and a drive voltage adjusting unit. More specifically, the drive power source 572 and the amplifiers (AMPs) 576 and 578 constitute a drive voltage applying unit, and a multiplier 574 and an arithmetic circuit 679 are provided. The current sensors CC1 and CC2 form drive voltage adjusting means. The drive voltage adjusting means may be considered to include PZTα, PZTβ, or the electrode plates 617 and 617, or may be considered to be configured to exclude the current sensors CC1 and CC2.
The drive power source 572 and PZTα are connected via an amplifier 578 and an electrode plate 617 (connecting portion 639). The AC drive voltage generated by the drive power supply 572 is amplified by the amplifier 578 and applied to the PZTα via the electrode plate 617 (connecting portion 639).
The drive power source 572 and PZTβ are connected via a multiplier 574, an amplifier 576, and an electrode plate 617 (connecting portion 639). The AC voltage generated by the driving power source 572 is passed through the multiplier 574, amplified by the amplifier 576, and applied to the PZTβ via the electrode plate 617 (connecting portion 639). Since PZTα and PZTβ have the same configuration, the amplification factors of the amplifiers 576 and 578 are the same.

又、アンプ578を出た(PZTαに付与される)電流Iを測定するように電流センサーCC1が配置され、アンプ576を出た(PZTβに付与される)電流Iを測定するように電流センサーCC2が配置される。
電流センサーCC1,CC2は演算回路679に接続されており、測定された電流I,Iを演算回路679に出力する。
演算回路679は、乗算器574と接続されている。演算回路679は、受信した電流I,Iについて、その差分(I−I)に応じてPZTβの駆動電流Iが(駆動電流Iに対して相対的に)抑制され、増大され、あるいは維持されるよう、係数Bを演算する。係数Bは、下記[数1]により算出される。
係数Bは乗算器574に出力され、乗算器574は、受信した係数Bを、駆動電源572からの駆動電圧Aに乗算し(A×B)、その結果に係る増幅前の駆動電圧がアンプ576に与えられる。
Also, the current sensor CC1 is arranged to measure the current I 1 (given to PZTα) that exits the amplifier 578, and the current I 2 that exits the amplifier 576 (given to PZTβ) measures the current I 2. The sensor CC2 is arranged.
The current sensors CC1 and CC2 are connected to the arithmetic circuit 679 and output the measured currents I 1 and I 2 to the arithmetic circuit 679.
The arithmetic circuit 679 is connected to the multiplier 574. The arithmetic circuit 679 suppresses the drive current I 2 of the PZTβ (relative to the drive current I 1 ) according to the difference (I 1 −I 2 ) between the received currents I 1 and I 2 , and increases the drive current I 2. The coefficient B is calculated so as to be maintained or maintained. The coefficient B is calculated by the following [Equation 1].
The coefficient B is output to the multiplier 574, and the multiplier 574 multiplies the received coefficient B by the drive voltage A from the drive power source 572 (A×B), and the drive voltage before amplification according to the result is the amplifier 576. Given to.

Figure 0006710411
Figure 0006710411

第6形態の超音波振動切断装置では、アンプ576,578を介して同電圧で同位相の駆動電圧が印加されることで、PZTα,PZTβが同様に振動し、振動子602に軸振動が発生する。
振動子602にたわみ振動がない場合、PZTα,PZTβには同一の応力が発生しており、それぞれの圧電素子631,631(PZTα,PZTβ)におけるインピーダンスは同一であって、PZTα,PZTβに流れ込む電流I,Iは等しい。このとき、係数Bは1となり、アンプ576への電圧AないしPZTβに流れ込む電流Iは維持される。
In the ultrasonic vibration cutting device according to the sixth embodiment, the drive voltages having the same voltage and the same phase are applied via the amplifiers 576 and 578, so that PZTα and PZTβ vibrate in the same manner, and axial vibration occurs in the vibrator 602. To do.
When there is no flexural vibration in the vibrator 602, the same stress is generated in PZTα and PZTβ, the impedances of the piezoelectric elements 631 and 631 (PZTα and PZTβ) are the same, and the current flowing into PZTα and PZTβ is the same. I 1 and I 2 are equal. At this time, the coefficient B becomes 1, and the voltage A to the amplifier 576 or the current I 2 flowing into PZTβ is maintained.

そして、軸振動中において振動子602にたわみ振動が生起した場合、PZTαやPZTβにおいて異なる応力が生起し、互いにインピーダンスが相違することになる。よって、そのインピーダンスの影響により、PZTαに流れ込む電流Iと、PZTβに流れ込む電流Iは、互いに異なるものとなる。
すると、演算回路679は、電流センサーCC1,CC2から受信した電流I,Iから、それらの差分に応じた係数Bを算出し、乗算器574は、駆動電圧Aに、演算回路679から受信した係数Bを掛けることで、駆動に係る電流Iを調節する。
即ち、電流Iが電流Iより大きい場合には、PZTβのインピーダンスがPZTαのインピーダンスより小さくなっており、不要なたわみ振動によりPZTα側に比較的に大きい応力がかかっているので(図8(b)の状態)、電流Iが、電流I,Iの差分に応じて小さくなるように調節される。比較的に小さい応力がかかっているPZTβは、駆動に係る電流Iが小さくなった分、軸振動を弱め、相対的にPZTαの駆動電流Iが大きくなって、PZTαの軸振動が強められることになる。相対的にPZTαの軸振動が強くなれば、たわみ振動によって応力のかかっているPZTαは、PZTβより大きく軸振動することになり、たわみ振動が打ち消されるように軸振動することになる。
他方、電流Iが電流Iより小さい場合には、PZTβのインピーダンスがPZTαのインピーダンスより大きくなっており、不要なたわみ振動によりPZTβ側に比較的に大きい応力がかかっているので、電流Iが、電流I,Iの差分に応じて大きくなるように調節される。比較的に大きい応力がかかっているPZTβは、駆動に係る電流Iが大きくなった分、PZTαに対して軸振動を強め、PZTαより大きく軸振動して、やはりたわみ振動が打ち消されるように軸振動する。
かように、回路670により、電流I,Iについて、電流I,Iの差分の負帰還に係るフィードバック制御が行われ、PZTα,PZTβに係る各駆動電圧が制御されて、たわみ振動が能動的に打ち消される状態で軸振動が継続される。
When flexural vibration occurs in the vibrator 602 during shaft vibration, different stresses occur in PZTα and PZTβ, and the impedances differ from each other. Therefore, due to the influence of the impedance, the current I 1 flowing into PZTα and the current I 2 flowing into PZTβ are different from each other.
Then, the arithmetic circuit 679 calculates the coefficient B according to the difference between the currents I 1 and I 2 received from the current sensors CC1 and CC2, and the multiplier 574 receives the driving voltage A from the arithmetic circuit 679. The current I 2 for driving is adjusted by multiplying by the coefficient B.
That is, when the current I 2 is larger than the current I 1 , the impedance of PZTβ is smaller than that of PZTα, and relatively large stress is applied to the PZTα side due to unnecessary flexural vibration (see FIG. 8( In the state of b)), the current I 2 is adjusted to become smaller according to the difference between the currents I 1 and I 2 . PZTβ to which relatively small stress is applied weakens the shaft vibration by the amount that the driving current I 2 becomes small, and the driving current I 1 of PZTα becomes relatively large and the shaft vibration of PZTα is strengthened. It will be. If the axial vibration of PZTα becomes relatively strong, the PZTα stressed by the flexural vibration will vibrate more than PZTβ, and the axial vibration will be canceled so that the flexural vibration is canceled.
On the other hand, when the current I 2 current I 1 is smaller than the impedance of PZTβ has become larger than the impedance of PZTarufa, since it takes relatively large stress in PZTβ side by unwanted flexural vibrations, current I 2 Is adjusted to increase according to the difference between the currents I 1 and I 2 . PZTβ, to which a relatively large stress is applied, strengthens the shaft vibration with respect to PZTα by the increase in the driving current I 2 and vibrates more than PZTα so that the flexural vibration is also canceled. Vibrate.
As described above, the circuit 670 performs feedback control regarding the negative feedback of the difference between the currents I 1 and I 2 with respect to the currents I 1 and I 2 , and controls each drive voltage related to PZTα and PZTβ, thereby causing flexural vibration. Shaft vibration is continued in a state where is actively canceled.

このような制御の詳細が、図8(b)や図9に基づき、以下更に説明される。
図8(b)に模式的に示されるように、たわみ振動中のある瞬間において、PZTβは定常時より伸び、PZTαは定常時より縮んでいる。このとき、PZTα,PZTβには、逆位相の起電力が生起し、見かけ上のインピーダンスはPZTαとPZTβで異なることとなって、流れる電流はPZTαとPZTβで異なることとなる。かような現象は、たわみ振動中、継続する。よって、軸振動にたわみ振動が重畳されると、たわみ振動によるインピーダンスの差分の電流が、軸振動の電流に重畳されることになる。
これに対し、たわみ振動が生起していない正常な軸振動においては、PZTα,PZTβは同相で振動し、インピーダンスは等しく、流れる電流はPZTαとPZTβで同一である。
Details of such control will be further described below with reference to FIGS. 8B and 9.
As schematically shown in FIG. 8B, at a certain moment during flexural vibration, PZTβ expands from the steady state and PZTα contracts from the steady state. At this time, opposite-phase electromotive forces are generated in PZTα and PZTβ, the apparent impedances differ between PZTα and PZTβ, and the flowing currents differ between PZTα and PZTβ. Such a phenomenon continues during flexural vibration. Therefore, when the flexural vibration is superimposed on the shaft vibration, the current of the difference in impedance due to the flexural vibration is superimposed on the current of the shaft vibration.
On the other hand, in the normal shaft vibration in which the flexural vibration does not occur, PZTα and PZTβ vibrate in the same phase, the impedances are equal, and the flowing currents are the same in PZTα and PZTβ.

図9は、電流波形を示すグラフであり、基本波の軸振動に対して、その2分の1の周波数でたわみ振動が生起した場合のシミュレーションに係るグラフである。尚、縦軸は相対的な電流の大きさ(曲線E1の振幅を1とした場合)であり、横軸は時間である。
図中、曲線E1(太実線)は、PZTα,PZTβに本来流れるべき軸振動用の電流波形であり、曲線E2(細実線)は、たわみ振動によってPZTαに発生した起電力に係る電流成分の波形であり、曲線E3(細点線)は、PZTαに実際に流れる電流波形であり、曲線E4(太点線)は、PZTβに実際に流れる電流波形である。
たわみ振動が生起すると、PZTαにおいては、曲線E1で示される本来の電流に、曲線E2で示される電流成分が重畳し、PZTαには曲線E3で示される電流が流れることになる。
他方、たわみ振動によってPZTβに発生した起電力に係る電流成分の波形は、曲線E2の逆位相の曲線となり、PZTβにおいては、曲線E1で示される本来の電流に、曲線E2の逆位相の曲線で示される電流成分が重畳し、PZTβには曲線E4で示される電流が流れることになる。
その結果、PZTα,PZTβには、たわみ振動に応じた不平衡電流が流れることになり、たわみ振動を打ち消すような軸振動が発生することになるのである。
FIG. 9 is a graph showing a current waveform, which is a graph relating to a simulation when flexural vibration occurs at a frequency of ½ of the axial vibration of the fundamental wave. The vertical axis represents the relative magnitude of current (when the amplitude of the curve E1 is 1), and the horizontal axis represents time.
In the figure, a curve E1 (thick solid line) is a current waveform for shaft vibration that should originally flow in PZTα and PZTβ, and a curve E2 (thin solid line) is a waveform of a current component related to electromotive force generated in PZTα by flexural vibration. The curve E3 (thin dotted line) is the current waveform actually flowing in PZTα, and the curve E4 (thick dotted line) is the current waveform actually flowing in PZTβ.
When the flexural vibration occurs, in PZTα, the current component shown by the curve E2 is superimposed on the original current shown by the curve E1, and the current shown by the curve E3 flows through PZTα.
On the other hand, the waveform of the current component related to the electromotive force generated in the PZTβ due to the flexural vibration becomes a curve of the opposite phase of the curve E2, and in the PZTβ, the original current shown by the curve E1 has the opposite phase of the curve E2. The indicated current component is superimposed, and the current indicated by the curve E4 flows through PZTβ.
As a result, an unbalanced current corresponding to the flexural vibration flows through PZTα and PZTβ, and axial vibration that cancels the flexural vibration occurs.

第6形態の超音波振動切断装置は、4個の圧電素子631,631・・を含む圧電素子ユニット611と、圧電素子ユニット611を挟む金属材20及び金属ブロック22と、圧電素子ユニット611並びに金属材20及び金属ブロック22を締結するボルト24と、を有する振動子602と、振動子602に連結される刃物4と、を備えており、複数の圧電素子631,631・・は、振動子602の中心軸と交わる方向(上下方向)において分かれるように配置されており(上側のPZTα,下側のPZTβ)、複数の圧電素子631,631・・(PZTα,PZTβ)にそれぞれ駆動電流I,Iが流されることで、振動子602における軸振動を発生し、駆動電流Iは、軸振動以外のたわみ振動によって複数の圧電素子631,631・・(PZTα,PZTβ)においてそれぞれ変化した電流I,Iの差分(I−I)に応じて調節される。
よって、目的としないたわみ振動の状態が、電流センサーCC1,CC2によって検出され演算回路679によって算出された電流I,Iの差分I−Iによって把握され、圧電素子631,631(PZTβ)の駆動電流Iが、目的としないたわみ振動を打ち消すよう能動的にフィードバック制御されることになる(アクティブ防振)。従って、通常の超音波振動切断の場合のみならず、アスペクト比の高いツールを用いる場合であっても、又大出力の振動をツールに与える場合であっても、不要なたわみ振動を確実に抑制して、極めて優れた切断を提供することができる。又、圧電素子ユニット611(PZTα,PZTβ)における電流I,Iの差分I−Iによって把握されたたわみ振動の状態に応じて、駆動電流Iがフィードバック制御されることにより、たわみ振動の次数を問わず、様々な共振モードに係るたわみ振動を適切に抑制することが可能である。
The ultrasonic vibration cutting device according to the sixth mode is a piezoelectric element unit 611 including four piezoelectric elements 631, 631,..., a metal material 20 and a metal block 22 that sandwich the piezoelectric element unit 611, a piezoelectric element unit 611, and a metal. A plurality of piezoelectric elements 631, 631,... Are provided with a vibrator 602 having a bolt 24 for fastening the material 20 and the metal block 22, and a blade 4 connected to the vibrator 602. Are arranged so as to be separated in the direction (vertical direction) intersecting with the central axis (upper PZTα, lower PZTβ), and the driving currents I 1 , PZTα, PZTβ are respectively applied to the plurality of piezoelectric elements 631, 631. The flow of I 2 causes axial vibration in the vibrator 602, and the drive current I 2 changes in each of the plurality of piezoelectric elements 631, 631... (PZTα, PZTβ) due to flexural vibration other than axial vibration. is adjusted according to I 1, I 2 of the difference (I 1 -I 2).
Therefore, the undesired flexural vibration state is grasped by the difference I 1 −I 2 between the currents I 1 and I 2 detected by the current sensors CC1 and CC2 and calculated by the arithmetic circuit 679, and the piezoelectric elements 631 and 631 (PZTβ The drive current I 2 of 1) is actively feedback-controlled so as to cancel the undesired flexural vibration (active vibration isolation). Therefore, not only in the case of normal ultrasonic vibration cutting, but also when using a tool with a high aspect ratio or when giving a high output vibration to the tool, unnecessary flexural vibration is surely suppressed. Thus, it is possible to provide extremely excellent cutting. In addition, the driving current I 2 is feedback-controlled in accordance with the flexural vibration state grasped by the difference I 1 −I 2 between the currents I 1 and I 2 in the piezoelectric element unit 611 (PZTα, PZTβ), so that the deflection It is possible to appropriately suppress the flexural vibration associated with various resonance modes regardless of the order of the vibration.

又、圧電素子631,631・・は、分極処理されており、それらの分極方向が振動子602の中心軸と平行な方向(前後方向)となっている。
よって、フィードバック制御における、所望する振動の付与や不要な振動の抑制のための構成が、シンプルになる。
The piezoelectric elements 631, 631... Are polarized, and their polarization directions are parallel to the central axis of the vibrator 602 (front-back direction).
Therefore, in the feedback control, the configuration for applying desired vibration and suppressing unnecessary vibration becomes simple.

第6形態においては、第1形態ないし第5形態の少なくとも何れかと同様の変更例が適宜存在する。
特に、回路の構成について、PZTαに対する電流あるいは双方の電流を調節するものとされて良い。又、圧電素子ユニットにおいて圧電素子の分極方向がPZTαとPZTβで逆になっている状態で、PZTβの間の電極板に逆位相の駆動電流が印加され、その駆動電流が調節されるようにしても良い。
第1形態ないし第6形態及びそれらの変更例のうち、少なくとも何れか二つが、適宜組み合わせられても良い。
In the sixth mode, the same modification as at least one of the first mode to the fifth mode appropriately exists.
In particular, regarding the circuit configuration, the current for PZTα or both currents may be adjusted. Further, in the piezoelectric element unit, in the state where the polarization directions of the piezoelectric elements are opposite between PZTα and PZTβ, a drive current of opposite phase is applied to the electrode plate between PZTβ so that the drive current is adjusted. Is also good.
At least any two of the first to sixth aspects and their modifications may be combined appropriately.

1・・超音波振動切断装置(超音波振動装置)、2,202,302,402,502,602・・振動子、4・・刃物(ツール)、10,410,510・・振動発生用圧電素子ユニット(第1圧電素子ユニット)、12,212,312・・防振用圧電素子ユニット(第2圧電素子ユニット)、20・・金属材(導体ブロック)、22・・金属ブロック(導体ブロック)、24・・ボルト(締結具)、30,430,530・・駆動用圧電素子(第1圧電素子)、34・・防振用圧電素子(第2圧電素子)、50,250,260,350,450・・シャント回路、52,252,262,352・・インダクタ、54,254,264,354・・抵抗、512・・振動検出用圧電素子ユニット(第2圧電素子ユニット)、534・・振動検出用圧電素子(第2圧電素子)、611・・圧電素子ユニット、631・・圧電素子。 1・・Ultrasonic vibration cutting device (ultrasonic vibration device), 2,202,302,402,502,602・・Vibrator, 4・・Cutting tool (tool) 10,410,510・・Piece for vibration generation Element unit (first piezoelectric element unit), 12, 212, 312... Piezoelectric element unit for vibration isolation (second piezoelectric element unit), 20... Metal material (conductor block), 22... Metal block (conductor block) , 24 ··· bolt (fastener), 30, 430, 530 · · driving piezoelectric element (first piezoelectric element), 34 · · vibration isolation piezoelectric element (second piezoelectric element), 50, 250, 260, 350 , 450.. Shunt circuit, 52, 252, 262, 352.. Inductor, 54, 254, 264, 354.. Resistance, 512.. Vibration detecting piezoelectric element unit (second piezoelectric element unit), 534.. Vibration Piezoelectric element for detection (second piezoelectric element), 611... Piezoelectric element unit, 631... Piezoelectric element.

Claims (9)

1個以上の第1圧電素子を含む第1圧電素子ユニットと、
1個以上の第2圧電素子を含む第2圧電素子ユニットと、
前記第1圧電素子ユニット及び前記第2圧電素子ユニットを挟む一対の導体ブロックと、
前記第1圧電素子ユニット及び前記第2圧電素子ユニット並びに一対の前記導体ブロックを締結する締結具と、
を有する振動子と、
前記振動子に連結されるツールと、
前記第2圧電素子ユニットに接続されるシャント回路と、
を備えており、
前記第1圧電素子ユニットは、駆動電圧が印加されることで、前記振動子における所定の振動を発生し、
前記シャント回路は、その所定の振動以外のたわみ振動において前記第2圧電素子ユニットが示す静電容量に対して電気的に共振するように設定されている
ことを特徴とする超音波振動装置。
A first piezoelectric element unit including one or more first piezoelectric elements;
A second piezoelectric element unit including one or more second piezoelectric elements;
A pair of conductor blocks sandwiching the first piezoelectric element unit and the second piezoelectric element unit;
A fastener for fastening the first piezoelectric element unit, the second piezoelectric element unit, and the pair of conductor blocks;
A vibrator having
A tool connected to the oscillator,
A shunt circuit connected to the second piezoelectric element unit;
Is equipped with
The first piezoelectric element unit generates a predetermined vibration in the vibrator when a driving voltage is applied,
The ultrasonic vibration device, wherein the shunt circuit is set so as to electrically resonate with the capacitance indicated by the second piezoelectric element unit in flexural vibration other than the predetermined vibration.
前記シャント回路は、インダクタと抵抗の直列回路を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波振動装置。
The ultrasonic vibration device according to claim 1, wherein the shunt circuit includes a series circuit of an inductor and a resistor.
1個以上の第1圧電素子を含む第1圧電素子ユニットと、
1個以上の第2圧電素子を含む第2圧電素子ユニットと、
前記第1圧電素子ユニット及び前記第2圧電素子ユニットを挟む一対の導体ブロックと、
前記第1圧電素子ユニット及び前記第2圧電素子ユニット並びに一対の前記導体ブロックを締結する締結具と、
を有する振動子と、
前記振動子に連結されるツールと、
を備えており、
前記第1圧電素子ユニットは、駆動電圧が印加されることで、前記振動子における所定の振動を発生し、
前記駆動電圧は、その所定の振動以外のたわみ振動において前記第2圧電素子に生起する電圧に応じて調節される
ことを特徴とする超音波振動装置。
A first piezoelectric element unit including one or more first piezoelectric elements;
A second piezoelectric element unit including one or more second piezoelectric elements;
A pair of conductor blocks sandwiching the first piezoelectric element unit and the second piezoelectric element unit;
A fastener for fastening the first piezoelectric element unit, the second piezoelectric element unit, and the pair of conductor blocks;
A vibrator having
A tool connected to the oscillator,
Is equipped with
The first piezoelectric element unit generates a predetermined vibration in the vibrator when a driving voltage is applied,
The ultrasonic vibration device according to claim 1, wherein the driving voltage is adjusted according to a voltage generated in the second piezoelectric element in flexural vibration other than the predetermined vibration.
前記第2圧電素子は、前記振動子の中心軸と交わる方向において、片寄せられ、あるいは分割されている
ことを特徴とする請求項1ないしは請求項3の何れかに記載の超音波振動装置。
The ultrasonic vibration device according to claim 1, wherein the second piezoelectric element is biased or divided in a direction intersecting with a central axis of the vibrator.
前記第2圧電素子は、前記振動子の中心軸と交わる方向であって互いに異なる複数の方向において、片寄せられ、あるいは分割されている
ことを特徴とする請求項1ないしは請求項3の何れかに記載の超音波振動装置。
4. The second piezoelectric element is biased or divided in a plurality of directions that are different from each other in a direction intersecting with the central axis of the vibrator, and the second piezoelectric element is characterized by being divided. The ultrasonic vibration device according to.
前記第1圧電素子は、前記振動子の中心軸と交わる方向において、片寄せられ、あるいは分割されている
ことを特徴とする請求項1ないしは請求項5の何れかに記載の超音波振動装置。
The ultrasonic vibration device according to claim 1, wherein the first piezoelectric element is biased or divided in a direction intersecting with the central axis of the vibrator.
前記第1圧電素子及び第2圧電素子は、分極処理されており、それらの分極方向が前記振動子の中心軸と平行な方向となっている
ことを特徴とする請求項1ないしは請求項6の何れかに記載の超音波振動装置。
7. The first piezoelectric element and the second piezoelectric element are polarized, and their polarization directions are parallel to the central axis of the vibrator. The ultrasonic vibration device according to any one of claims.
複数の圧電素子を含む圧電素子ユニットと、
前記圧電素子ユニットを挟む一対の導体ブロックと、
前記圧電素子ユニット及び一対の前記導体ブロックを締結する締結具と、
を有する振動子と、
前記振動子に連結されるツールと、
を備えており、
複数の前記圧電素子は、前記振動子の中心軸と交わる方向において分かれるように配置されており、
複数の前記圧電素子にそれぞれ駆動電流が流されることで、前記振動子における所定の振動を発生し、
少なくとも一つの前記駆動電流は、その所定の振動以外のたわみ振動によって複数の前記圧電素子においてそれぞれ変化した電流の差分に応じて調節される
ことを特徴とする超音波振動装置。
A piezoelectric element unit including a plurality of piezoelectric elements,
A pair of conductor blocks sandwiching the piezoelectric element unit,
A fastener for fastening the piezoelectric element unit and the pair of conductor blocks,
A vibrator having
A tool connected to the oscillator,
Is equipped with
The plurality of piezoelectric elements are arranged so as to be separated in a direction intersecting with the central axis of the vibrator,
By causing a drive current to flow through each of the plurality of piezoelectric elements, a predetermined vibration is generated in the vibrator,
At least one drive current is adjusted according to a difference between currents respectively changed in the plurality of piezoelectric elements due to flexural vibration other than the predetermined vibration.
複数の前記圧電素子は、分極処理されており、それらの分極方向が前記振動子の中心軸と平行な方向となっている
ことを特徴とする請求項8に記載の超音波振動装置。
9. The ultrasonic vibration device according to claim 8, wherein the plurality of piezoelectric elements are polarized, and their polarization directions are parallel to the central axis of the vibrator.
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