JPH06328042A - 超音波振動アクチュエータ - Google Patents

超音波振動アクチュエータ

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JPH06328042A
JPH06328042A JP5125839A JP12583993A JPH06328042A JP H06328042 A JPH06328042 A JP H06328042A JP 5125839 A JP5125839 A JP 5125839A JP 12583993 A JP12583993 A JP 12583993A JP H06328042 A JPH06328042 A JP H06328042A
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JP
Japan
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actuator
keel
ultrasonic
plate
elastic diaphragm
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Application number
JP5125839A
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English (en)
Inventor
Satonori Shigihara
学徳 鴫原
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EROIKA CORP
EROIKA CORP KK
KURESUTEIA KK
NEC Corp
Original Assignee
EROIKA CORP
EROIKA CORP KK
KURESUTEIA KK
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】超音波振動アクチュエータに関し、効率がよ
く、医療用又は美容用などにも使用できる小型の超音波
振動アクチュエータを提供することを目的とする。 【構成】弾性振動板11と、弾性振動板の両面に取り付
けられたキール板12a,12bと、各キール板の表面
に取り付けられた超音波振動子13a,13bとを有
し、各キール板の長さを互いに異ならせて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動アクチュエ
ータに関し、例えば、医療、美容、建築などの分野で利
用される。
【0002】
【従来の技術】従来より、超音波振動アクチュエータと
して、バイモルフ構造のアクチュエータが用いられてい
る。一般的なバイモルフ構造のアクチュエータは、シム
などと呼称される弾性振動板と、この弾性振動板の両側
の表面に互いに対称に取り付けられた圧電セラミックス
とからなる。各圧電セラミックスに対して、分極方向と
電界方向との関係が互いに逆となるように電圧を印加す
ることによって、弾性振動板が曲げ変形を起こし、比較
的大きな変位を取り出すことができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のバイモ
ルフ構造のアクチュエータは、振動電圧を印加すること
によって比較的大きな振幅の振動を得ることができる
が、発生力が小さいため負荷を加えた場合に振幅が小さ
くなり、効率が悪い。
【0004】したがって、負荷に振動パワーを供給して
機械的な処理又は加工を行うためには、圧電セラミック
スに大きな電力を加える必要があり、そのため、圧電セ
ラミックス及び弾性振動板などが大きくなり、アクチュ
エータの全体が大型化してしまうという問題があった。
【0005】そのため、工業用など大型であっても差し
支えのない用途には用いられているが、医療用又は美容
用などには大き過ぎて使用されていない。本発明は、上
述の問題に鑑み、効率がよく、医療用又は美容用などに
も使用できる小型の超音波振動アクチュエータを提供す
ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るア
クチュエータは、弾性振動板と、前記弾性振動板の両面
に取り付けられたキール板と、前記各キール板の表面に
取り付けられた超音波振動子とを有し、前記各キール板
の長さを互いに異ならせて構成される。
【0007】請求項2の発明に係るアクチュエータは、
前記キール板の厚さを互いに異ならせて構成される。請
求項3の発明に係るアクチュエータは、前記各超音波振
動子の厚さを互いに異ならせて構成される。
【0008】
【作用】キール板の長さ、キール板の厚さ、又は各超音
波振動子の厚さを互いに異ならせることによって、比対
称のバイモルフ構造、すなわち変形バイモルフ構造とも
いうべき構造となり、キール板によって縦波が生じ、負
荷への作用部に縦波が作用する。
【0009】
【実施例】図1は本発明に係る第1実施例のアクチュエ
ータ1の断面図、図2は図1のアクチュエータ1の平面
図、図3は超音波振動子13a,13bの分極方向と電
界方向の例を示す図、図4は弾性振動板11の先端の作
用部EFの振動状態を示す図である。
【0010】図1及び図2において、アクチュエータ1
は、弾性振動板11、キール板12a,12b、超音波
振動子13a,13bなどから構成されている。弾性振
動板11は、ステンレス鋼板又は硬質の薄銅板などの金
属、又はエンジニアリングプラスチックなどからなり、
適当にしなやかに撓む弾性を有するものである。
【0011】キール板12a,12bは、横波による変
位を縦波に変換するためのものであり、弾性振動板11
とほぼ同様な板厚のステンレス鋼板(又はアルミニウ
ム、ジュラルミン)などからなり、且つ、一方のキール
板12aが他方のキール板12bよりも差分ΔLだけ長
くなっている。これらのキール板12a,12bは、弾
性振動板11と弾性結合するように、構造用接着剤(例
えば3M社のアルミナ構造用接着剤スコッチウエルド)
又は銀ろう付けなどによって、弾性振動板11の両側の
表面に強固に取り付けられている。
【0012】超音波振動子13a,13bは、例えばP
ZT系の長方形状の圧電セラミックス板と金属板12b
とをはり合わせて構成された互いに同一の構造のもので
ある。これらの超音波振動子13a,13bは、図3に
よく示されているように、各キール板12a,12bの
表面にそれぞれの分極方向が同一の方向となるように配
置され、キール板12a,12bと同様な構造用接着剤
などによって接着されている。
【0013】上述のアクチュエータ1は、キール板12
a,12bの長さが互いに異なっているため、弾性振動
板11に対して対称ではなく、変形バイモルフ構造とも
いうべき構造である。このような構造のアクチュエータ
1は、弾性振動板11がキール板12a,12bで補強
されていることにより、弾性振動板11が変位し難くな
り、且つ横波の一部が縦波に変換され、図4に示すよう
に弾性振動板11の作用部EFの先端(開放端)におい
て一方向にのみΔxの変位を生じる。
【0014】したがって、超音波振動子13a,13b
に対して、図3に示すように分極方向と電界方向との関
係が互いに逆となるように、例えば20〜60kHzの
振動電圧を印加することによって、弾性振動板11の先
端に縦波が伝播されるとともに振動変位が生じ、先端に
おける発生力が大きくなって負荷を加えた場合にも振幅
が余り小さくならず、効率が良い。
【0015】アクチュエータ1の寸法について一例を挙
げると、弾性振動板11の幅が20〜40mm、長さが
80〜150mm、厚さが0.3〜0.5mmである。
キール板12a,12bの長さの差分ΔLは、例えば超
音波振動子13a,13bの振動波の波長λの4分の1
程度とするとよく、例えば波長λが25mmである場合
には差分ΔLを7〜8mmとするのがよい。
【0016】このアクチュエータ1は、例えば化粧品の
塗布及び剥離に用いることができる。すなわち、例えば
顔又は手などにクリームを塗布する場合に、皮膚の表面
にクリームを適量載せた後、超音波振動子13a,13
bを振動させた状態で、弾性振動板11の作用部EFで
クリームを押しながら皮膚面上を移動させる。そうする
と、クリームが延ばされて塗布されるとともに、超音波
振動によってクリームが毛穴に入り込むなど、皮膚への
浸透性が極めて良好になるとともに、皮膚の皮下組織に
振動を与えて活性化させ、疲労回復などにも効果があ
る。
【0017】また、使用済のクリームを落とす場合、つ
まり所謂化粧落としを行う場合には、超音波振動子13
a,13bを振動させた状態で、作用部EFの先端で皮
膚の表面を押しながら移動させる。そうすると、超音波
振動によって古いクリームが剥離され、容易に化粧落と
しを行うことができる。なお、皮膚の表面が乾燥してい
る場合には、超音波振動が効率よく皮膚に伝播するよう
に、作用部EFに水又は油を掛けるとよい。
【0018】また、アクチュエータ1は、医療における
薬品、ステロイド、石膏などの塗布又は剥離、鋼材など
に生じた錆の錆落とし又は塗料落とし、建築における上
塗り材の剥離など、種々の用途に用いることができる。
なお、アクチュエータ1の実際に使用に当たっては、例
えば図10に示すようにケース61に収納することが操
作性の上から好ましい。
【0019】上述のアクチュエータ1において、作用部
EFの形状は種々変更することができる。図5は作用部
EF1の形状の例を示す図である。図5(a)は断面
図、図5(b)は平面図である。
【0020】図5に示す作用部EF1では、弾性振動板
11の先端部に長穴51が設けられ、且つ所定の角度α
だけ折り曲げられている。折り曲げ部分は滑らかなアー
ル状である。角度αは、通常、1〜45°の範囲の角度
とされ、例えば20°程度とされる。このような作用部
EF1とすると、クリームなどの塗布及び剥離が一層容
易である。
【0021】また、折り曲げ部分の外周を鏡面状に仕上
げておき、その面で塗布を行うことができる。この場合
に、折り曲げ部分を振動の腹にしておくと効率がよい。
上述の実施例において、超音波振動子13a,13bの
分極方向が互いに逆の方向に向くように配置し、電界方
向が互いに同一の方向となるように振動電圧を印加して
もよい。その場合には、各超音波振動子13a,13b
の内側の面を共通電極にはできないから、超音波振動子
13a,13bをキール板12a,12bに接着するに
当たって絶縁しておくか、又は絶縁材料を用いる必要が
ある。
【0022】図6は作用部EF2の形状の他の例を示す
断面図である。図6においては、弾性振動板11の先端
部を屈曲させることによって図の下方へ平行に突出した
面部52が形成されており、この面部52に長穴53が
設けられている。この作用部EF2によると、長穴53
の周縁によってクリームなどを剥離することができ、剥
離したクリームが飛散することなく長穴53内に溜めら
れる。
【0023】図7は本発明に係る第2実施例のアクチュ
エータ1aの断面図である。アクチュエータ1aは、弾
性振動板21、キール板22a,22b、超音波振動子
23a,23bなどから構成されている。
【0024】これらの部材の材質及び機能は上述のアク
チュエータ1と同様であるが、アクチュエータ1と相違
する点は、キール板22a,22bの長さが互いに同一
であり、且つこれらの厚さt1,t2が互いに相違する
ことである。つまり、一方のキール板22aの厚さt1
が、他方のキール板22bの厚さt2よりも大きく、厚
さにΔt(=t1−t2)の差異がある。
【0025】すなわち、上述のアクチュエータ1が長さ
の差分ΔLによって変形バイモルフ構造となっていた
が、このアクチュエータ1aは、厚さの差分Δtによっ
て変形バイモルフ構造となっているのである。
【0026】このアクチュエータ1aにおいても、アク
チュエータ1と同様に、作用部EF3において変位と縦
波が生じ、負荷に振動パワーを供給して処理又は加工を
効率よく行うことができる。アクチュエータ1aは、ア
クチュエータ1と比較すると、キール板22aが厚くな
るために若干効率の点で不利であるが、弾性振動板21
の長さを短くして小型にすることができ、また大出力を
取り出せる利点がある。
【0027】上述の実施例において、音響Qの互いに異
なる材料によってキール板22a,22bを作成しても
よい。図8は本発明に係る第3実施例のアクチュエータ
1bの断面図である。
【0028】アクチュエータ1bは、弾性振動板31、
キール板32a,32b、超音波振動子33a,33b
などから構成されている。これらの部材の材質及び機能
は上述のアクチュエータ1と同様であるが、アクチュエ
ータ1と相違する点は、キール板32a,32bの長さ
が互いに同一であり、且つ、超音波振動子33a,33
bの厚さu1,u2が互いに相違することである。つま
り、一方の超音波振動子33aの厚さu1が、他方の超
音波振動子33bの厚さu2よりも大きく、厚さにΔu
(=u1−u2)の差異がある。
【0029】すなわち、このアクチュエータ1bは、超
音波振動子33a,33bの厚さの差分Δuによって変
形バイモルフ構造となっているのである。このアクチュ
エータ1bにおいても、アクチュエータ1と同様に、作
用部EF4において変位と縦波が生じ、負荷に振動パワ
ーを供給して処理又は加工を効率よく行うことができ
る。アクチュエータ1bは、アクチュエータ1と比較す
ると、弾性振動板31の長さを短くして全体を小型化す
ることができる。
【0030】図9は本発明に係る第4実施例のアクチュ
エータ1cの平面図である。アクチュエータ1cは、弾
性振動板41、キール板42a,42b、超音波振動子
43a〜c,43d〜fなどから構成されている。
【0031】これらの部材の材質及び機能は上述のアク
チュエータ1と同様であるが、アクチュエータ1と相違
する点は、超音波振動子43a〜c,43d〜fが、そ
れぞれ円形のものであり、一方の面に3個づつ並べて配
置されていることである。これらの超音波振動子43a
〜c,43d〜fは、それぞれ並列に接続され、それぞ
れ同一の振動電圧が印加されて駆動される。
【0032】図10はケースに収容されたアクチュエー
タ1dを示す断面図である。図10のアクチュエータ1
dは、図1に示すアクチュエータ1を、クッションゴム
62,63などによって浮遊した状態でケース61内に
収容し、口部にシリコンゴム64を注入して密封し、超
音波振動子13a,13bへの駆動電源を供給するため
のリード線65をケース61から引き出したものであ
る。
【0033】このアクチュエータ1dによると、ケース
61を手で握って簡便に使用することができる。上述の
実施例のアクチュエータ1〜1dを、化粧落としやクリ
ームの塗布などの美容用に使用する際に、皮膚と弾性振
動板11との間に電圧を印加しておくことによって、電
圧還元法による還元作用によって皮膚の清浄化及び活性
化が図られる。
【0034】例えば、適当な直流電圧の一方の電極をク
リップなどを利用して耳たぶに接続し、他方の電極をア
クチュエータ1dの弾性振動板11に接続しておくと、
アクチュエータ1dを顔に使用するときに皮膚と弾性振
動板11との間に電圧が印加されることとなり、一層の
美容効果が発揮される。この場合に、弾性振動板11に
金又は銀などによるメッキを施しておくことによって、
これらの金属による触媒作用が発揮される。顔以外の手
足などの皮膚に対しても同様である。
【0035】上述の実施例において、第1〜3実施例の
構造を互いに適宜組み合わせて変形バイモルフ構造とし
てもよい。また、超音波振動子の形状及び個数、作用部
EFの形状などとの組み合わせも任意である。その他、
弾性振動板、キール板、又は超音波振動子の材質、形
状、寸法、個数などは、本発明の主旨に沿って上述以外
に種々変更することができる。
【0036】本発明の変形バイモルフ構造による超音波
振動アクチュエータは、医療、美容、健康、建築、金属
加工など、種々の用途に適用することができる。
【0037】
【発明の効果】本発明によると、効率がよく、医療用又
は美容用などにも使用できる小型の超音波振動アクチュ
エータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施例のアクチュエータの断
面図である。
【図2】図1のアクチュエータの平面図である。
【図3】超音波振動子の分極方向と電界方向の例を示す
図である。
【図4】弾性振動板の先端の作用部EFの振動状態を示
す図である。
【図5】作用部の形状の例を示す図である。
【図6】作用部の形状の他の例を示す断面図である。
【図7】本発明に係る第2実施例のアクチュエータの断
面図である。
【図8】本発明に係る第3実施例のアクチュエータの断
面図である。
【図9】本発明に係る第4実施例のアクチュエータの平
面図である。
【図10】ケースに収容されたアクチュエータを示す断
面図である。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c,1d アクチュエータ(超音波
振動アクチュエータ) 11,21,31,41 弾性振動板 12a,12b キール板 13a,13b 超音波振動子 22a,22b キール板 23a,23b 超音波振動子 32a,32b キール板 33a,33b 超音波振動子 42a,42b キール板 43a〜c,43d〜f 超音波振動子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】弾性振動板と、前記弾性振動板の両面に取
    り付けられたキール板と、前記各キール板の表面に取り
    付けられた超音波振動子とを有し、 前記各キール板の長さを互いに異ならせたことを特徴と
    する超音波振動アクチュエータ。
  2. 【請求項2】弾性振動板と、前記弾性振動板の両面に取
    り付けられたキール板と、前記各キール板の表面に取り
    付けられた超音波振動子とを有し、 前記キール板の厚さを互いに異ならせたことを特徴とす
    る超音波振動アクチュエータ。
  3. 【請求項3】弾性振動板と、前記弾性振動板の両面に取
    り付けられたキール板と、前記各キール板の表面に取り
    付けられた超音波振動子とを有し、 前記各超音波振動子の厚さを互いに異ならせたことを特
    徴とする超音波振動アクチュエータ。
JP5125839A 1993-05-27 1993-05-27 超音波振動アクチュエータ Pending JPH06328042A (ja)

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