Products Home / マイクロメータヘッド、アクチュエータ、アジャスタおよび振動子(トランスデューサー) / ピエゾ(圧電)アクチュエーター / リングチップ型 & ランジュバン型超音波振動子リングチップ型 & ランジュバン型超音波振動子
- Designed to Produce Ultrasonic Vibrations
- Chips Comprised of Single Layer of Hard PZT Material
- Langevin Transducers for Ultrasonic Welding Applications
- Resonant Frequencies from 15 kHz to 35 kHz
PA40ND5
35 kHz Ring Chip
PA40TM
26 kHz Ring Chip
PKT40A
Langevin Transducer,
20 kHz, 700 W
PKT40B
Langevin Transducer,
15 kHz, 500 W
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ランジュバン型振動子PKT40A(左)、コネクタ(中央)、ソノトロード/ホーン(右)
特長
- 超音波溶着、洗浄、計測などの共振振動を利用したアプリケーションに適した硬質のPZTチップ
- 裸電極のリングチップを2種類ご用意
- 35 kHz、外径(OD)：50 mm、内径(ID)：17 mm、厚さ：6.5 mm
- 26 kHz、外径(OD)：60 mm、内径(ID)：30 mm、厚さ：10 mm
- 超音波溶着用の金属製筐体が付いたランジュバン型振動子(ランジュバントランスデューサ)
- 駆動電圧範囲：0～5 kV
- カスタム仕様にも対応可能(詳細は当社までお問い合わせください)。
当社では、超音波振動の発生用として、硬質PZTのリング型素子を裸電極チップの形状で「リングチップ」としてご提供するとともに、それらのチップを超音波溶着用として設計されたランジュバン型振動子(ランジュバントランスデューサ)に組み込んだ製品をご提供しています。
リングチップPA40ND5は、外径50 mm、内径17 mm、厚さ6.5 mmで、その共振周波数(動作周波数)は35 kHzです。ランジュバン型振動子PKT40AにはチップPA40ND5が4枚組み込まれており、その共振周波数(動作周波数)は20 kHz、瞬時パワーは700 Wです。リングチップPA40TMは、外径60 mm、内径30 mm、厚さ10 mmで、その共振周波数(動作周波数)は26 kHzです。ランジュバン型振動子PKT40BにはチップPA40TMが4枚組み込まれており、その共振周波数(動作周波数)は15 kHz、瞬時パワーは500 Wです。
これらの超音波ピエゾチップやランジュバン型振動子内の硬質PZTは、駆動電圧として最大5 kVまで許容しますが、3 kVを超えると大気中アーク放電が発生する場合があります。電圧が3 kVを超える場合には、シリコンオイルを塗布するなどの予防策を講じる必要があります。詳細な仕様については下の表をご覧ください。クランプされたチップまたは振動子を駆動するときは、電圧範囲0〜5 kVの正弦波で駆動することをお勧めします。下の表内の青いInfoアイコンをクリックすると、デバイスの共振周波数まわりでの位相角の急峻なスロープをご覧いただくことができます。この位相角の急峻なスロープは、動作中に温度変化によってシフトするかもしれない共振周波数をトラッキングするのに利用することができます。
硬質PZTと軟質PZTの比較
軟質PZTは大きな圧電定数を有し、モーションコントロール用のアクチュエータに適しています。しかし、軟質PZTは誘電損失が約2%と比較的大きいため、高い周波数で駆動すると非常に大きな発熱が生じます。当社では、軟質PZTは共振周波数の33%未満でお使いいただくことをお勧めしています。硬質PZTは誘電損失が小さく、機械的品質係数が大きいため、高い周波数での駆動に適しており、共振周波数でも駆動することができます。硬質PZTをその共振周波数で駆動すると最大振幅が得られます。高い周波数においてストロークや振動の変化を制御することは、軟質PZTを低い周波数で使用したときよりも難しくなります。硬質PZTの振動は、常に波を発生させるために使用されます。共振周波数が可聴周波数帯域よりも高い場合、発生する波は超音波と呼ばれ、デバイスは超音波振動子(超音波トランスデューサ)と呼ばれます。このような超音波は、急速な摩擦と加熱による超音波溶着、波の反射を利用した超音波計測、超音波洗浄などに利用されます。
ピエゾチップの寸法、電圧範囲、コーティングについてはカスタム仕様によるご注文も承ります。また、大量注文にも対応可能です。詳細については当社までお問い合わせください。
当社におけるピエゾアクチュエータの製造について
ピエゾアクチュエータは当社の施設内で製造しており、各製造工程を当社が管理しています。これにより、特注や組み込み用途(OEM用途)のデバイスなどを高品質かつ安価でご提供することが可能になります。当社におけるピエゾアクチュエータの製造工程の概要は以下の通りです。詳細については、ピエゾ素子の製造能力のページをご参照ください。
- チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)またはBiScO3-PbTiO3 (BSPT)の粉末で形成されたフレキシブルシートからブロックを作成
- ドライプレスによりPZT粉末とバインダをモールド内でリング素子に成形
- 素子を熱処理して溶媒やバインダ材の残留物を除去
- 素子を焼結して圧電性の圧粉を融着させ、PZTまたはBSPT結晶を生成
- 厳しい寸法公差(±0.2 mm)内に収まるように素子をラップ研磨
- 素子に外部電極をスクリーン印刷
- 素子を分極処理して、PZTまたはBSPT結晶の軸を揃える
リングチップの取扱い
電気的特性について
+が刻印された電極には正のバイアス電圧を印加し、もう一方の電極は接地してください。絶対最大電圧は5 kVです。5 kVを超えるとデバイスの寿命が短くなるうえに、故障する場合があります。また、逆バイアスを印加した場合も、デバイスが故障する恐れがあります。デバイスを3 kV以上で駆動すると、大気中アーク放電が発生する場合があります。電圧が3 kVを超える場合には、シリコンオイルを塗布するなどの予防策を講じる必要があります。
W電極にワイヤをはんだ付けするときは、はんだごての温度は370 °C以下に設定し、1か所につき2秒以上は加熱しないようにしてください。電極の中央部にはんだ付けするようにし、またはんだ付けの範囲はできるだけ小さくなるようにしてください。
感電および放電についての注意
駆動中、ピエゾ素子および電極には高い電圧が印加されます。けが防止および短絡防止のため、手または電気伝導性のあるものでは触れないようにしてください。
使用後のピエゾアクチュエータには電荷が蓄積しています。正極と負極を直接接続すると、火花が発生したり、故障したりする場合があります。両極の間に抵抗(＞1 kΩ)を挿入して放電させることをお勧めします。
ピエゾチップへのデバイスの取付け
こちらのPZTピエゾチップには、80 °C以下で硬化する接着剤を使用するのが安全です。EPO-TEK 353NDやLoctite Hysol 9340はご使用いただけます。
負荷はフラットな面にだけ取付けるようにしてください。円周部分に負荷を取付けると故障につながる可能性があります。
ランジュバン型振動子(ランジュバントランスデューサ)の取扱い
電気的特性について
金属製の筐体に接続されている電極は接地し、もう一方の電極には正のバイアス電圧を印加してください。絶対最大電圧は5 kVです。5 kVを超えるとデバイスの寿命が短くなるうえに、故障する場合があります。また、逆バイアスを印加した場合も、デバイスが故障する恐れがあります。デバイスを3 kV以上で駆動すると、大気中アーク放電が発生する場合があります。電圧が3 kVを超える場合には、シリコンオイルを塗布するなどの予防策を講じる必要があります。
ワイヤを銅箔の電極にはんだ付けするときは、はんだごての温度は370 °C以下に設定し、1か所につき2秒以上は加熱しないようにしてください。また、電極の中心部にはんだ付けしてください。
感電および放電についての注意
駆動中、ピエゾ素子および電極には高い電圧が印加されます。けが防止および短絡防止のため、手または電気伝導性のあるものでは触れないようにしてください。
使用後のピエゾアクチュエータには電荷が蓄積しています。正極と負極を直接接続すると、火花が発生したり、故障したりする場合があります。両極の間に抵抗(＞1 kΩ)を挿入して放電させることをお勧めします。
振動子へのデバイスの取付け
負荷は金属製筐体の底部にあるタップ穴にのみ取り付けてください。振動子の金属製筐体は保持またはクランプが可能です。
注：共振周波数で駆動するときには、振動子には高電圧が印加され、熱と高周波の力が発生します。放電、振動、熱などによりけがをするリスクを避けるため、デバイスには触れないでください。長時間使用する場合は、ピエゾチップと金属部品を高速のエアフローで冷却することをお勧めします。
保管について
- 200 °C以上になる場所には保管しないでください。
- 湿度の高い場所には保管しないでください。相対湿度(RH)は40%未満にしてください。
- デバイスを有機溶剤に浸さないでください。
- 可燃性のガスまたは液体の近くでデバイスを使用しないでください。
| Posted Comments: | |
Wenbin Zhong
(posted 2020-12-27 17:22:20.777) Do you have the amplitude information and suitable driver for these ultrasonic ring chips? YLohia
(posted 2020-12-30 09:52:33.0) Thank you for contacting Thorlabs. We do not spec the exact vibration amplitudes, as the vibration displacement is hard to control at high frequencies. It is estimated that the amplitudes of the PA40ND5 and PA40TM at their resonance frequencies and rated voltages are around 10um, the amplitudes of the PKT40A and PKT40B are several tens of microns. For the recommended driver, if your drive voltage is < 150V, we recommend the BPA100. For higher driving voltage, unfortunately, we currently do not offer a suitable driver. |
ズームこちらのリングチップ型ピエゾ素子の電極は裸電極になっており、正極には+が刻印されています。もう一方の電極はドライバの負極に接続するか、または接地して下さい。詳細については「取扱い」タブをご参照下さい。
| Item #a | Info | Resonant Frequencyb | Drive Voltage Rangec | Capacitanced | Dimensions | End Faces |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PA40ND5 |  | 35 kHz | 0 - 5 kV | 2.3 nF ± 15% | Outer Diameter: 50.0 ± 1 mm Inner Diameter: 17.0 ± 0.5 mm Length: 6.5 ± 0.2 mm | Screen- Printed Electrodes |
| PA40TM | | 26 kHz | 1.9 nF ± 15% | Outer Diameter: 60.0 ± 1 mm Inner Diameter: 30.0 ± 0.5 mm Length: 10.0 ± 0.2 mm |
超音波の用途
- 熱可塑性溶接
- 洗浄槽
- ソナー＆計測
- 混合＆分離
- バイブロサーモグラフィ(Vibrothermography)
ズームこの超音波振動子(超音波トランスデューサ)は、2つの金属製筐体の間に4枚のリングチップが積み重ねられてボルトで固定されています。各チップには銅箔の電極が付いています。振動子の正極はピエゾチップだけに接続されていますが、負極は金属製筐体にも接続されています。金属製筐体はドライバの負極に接続するか、または接地してください。詳細については「取扱い」タブをご参照ください。上端のアセンブリボルトは既定のトルクで締められ、ネジはロックされています。緩めたり取り外したりはしないでください。超音波振動子PKT40AおよびPKT40Bは、それぞれ底部にあるM18 x 2.0タップ穴またはM20 x 1.5タップ穴を用いて取り付けることができます。
| Item #a | Info | Resonant Frequencyb | Powerc | Drive Voltage Ranged | Capacitancee | Dimensions | Joint Bolt |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PKT40A | | 20 kHz | 700 W | 0 - 5 kV | 10.0 nF ± 15% | Diameter: 50.0 ± 1 mm Max Width: 68.0 mm Height: 117.0 ± 1 mm | M18 x 2.0 |
| PKT40B | | 15 kHz | 500 W | 9.0 nF ± 15% | Diameter: 60.0 ± 1 mm Max Width: 90.0 mm Height: 163.0 ± 1 mm | M20 x 1.5 |
リングチップ型超音波ピエゾ素子、26 kHzまたは35 kHz