(57)【要約】【課題】  出力性能を簡易に制御できる高能率超音波アクチュエーターを提供すること。【解決手段】  上バックディスク２１、圧電気セラミック板（ＰＺＴ）２２、電極２３、下バックディスク２４によって構成され、上下バックディスク２１，２４の間に設置される圧電気セラミック板２２及び電極２３は、ボルト２５とナット２６で固定される。可変パラメーターを選択することで上バックディスク２１に構造的に非対称性を生じさせ、電極２３に電圧を加えたときアクチュエーターに周期的に非対称性の切線方向推力を出力させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相単極ＰＺＴ電極を有する高能率超音波アクチュエーターであって、
上バックディスクと、圧電気セラミック板と、電極と、下バックディスクと、固定ボルト及びナットによって構成され、
前記圧電気セラミック板及び電極は上下バックディスクの間に設置されると共に、上バックディスクの中心から下バックディスクまで貫通する固定ボルトとナットにより固定され、
前記構造体が異なるように変更を与えるために可変パラメーター要素を介して前記構造体を非対称に形成し、
電極に電圧を加えて、アクチュエーターに周期的に非対称性の切線方向推力を出力させることを特徴とする、
高能率超音波アクチュエーター。
【請求項２】
前記した可変パラメーター要素は、上バックディスクの周縁に設けたノッチ、又はボルト、又はノッチにボルトを加えたものであって、変更可能なノッチの形成数、又は変更可能なノッチ又はボルトの設置角度、又は変更可能なノッチの幅または深さを含むことを特徴とする、請求項１に記載の高能率超音波アクチュエーター。
【請求項３】
前記上バックディスクにボルト又はノッチにボルトを加えたものを等角方式で設けたとき、固定ボルトを偏心位置に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の高能率超音波アクチュエーター。
【請求項４】
前記圧電気セラミック板およびバックディスクの径と、回転中心から駆動点個所までの距離が可変的で、前記固定ボルトが耐摩耗性の強化ニッケルメッキが施され、駆動力の方向が、軸方向、横方向、または軸および横方向であることを特徴とする、請求項１に記載の高能率超音波アクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相単極ＰＺＴ電極を有する高能率超音波アクチュエーターに関するもので、特にパラメーターを変更して上バックディスクに異なる形態の変更を与えることによって、より好ましい出力を得られる単相で単極のアキシアル・スラスト及びサイド・スラスト式高能率超音波アクチュエーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１に従来の超音波圧電気アクチュエーターの構造を示す。従来のアクチュエーターは、円盤形式の圧電気ブザー片１を利用して駆動本体としたもので、主として、ニッケル合金材料で組成された金属バックディスク１１の上に、チタン酸・ジルコン酸鉛(lead zirconate titanate)材料で出来た圧電気（ＰＺＴ）セラミック１２を貼り付け、その上に分割電極法を利用した電極１３１、１３２の二組に分割した電極１３を設けて構成し、そして前記二組の電極１３１、１３２に二組の駆動回路を形成する。圧電気セラミック１２に超音波発生のための電圧を入力すると、セラミック板自体及び付属の金属バックディスク１１に高周波の伸縮変形現象が発生し、そのエネルギー伝送の方式は波動形態によるもので、振動幅の変化は全てミクロの範囲にあり、且つその振動幅は入力電圧の大小によって制御できるので、精密なアクチュエーター装置とすることが出来る。
【０００３】
ところが上記した従来の超音波圧電気アクチュエーターの欠点は、超音波圧電気アクチュエーターを組成する構造要素が固定されていて、また性能も固定されていているため、必要に応じてこれらを変更することが出来ない。そのため超音波圧電気アクチュエーターの応用分野及び製品上での使用が一定範囲に制限される。
また電極分割法を使って電極を二組に分割しているため、二組の回路を用いなければならず、効率とコストの面で問題がある。
【０００４】
また前記圧電気（ＰＺＴ）セラミックはその材料にチタン酸やジルコン酸鉛を使用し、また設置形態については電極分割を行っているため、圧電気（ＰＺＴ）セラミックが脆弱で損壊し易いという問題がある。
【０００５】
以上によって分かるように、上述した従来の超音波圧電気アクチュエーターには多くの不具合があり、その改良が切望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した従来の超音波アクチュエーターが内包する問題点を解決することを目的とする。
【０００７】
本発明は、上バックディスクに異なる形態の変更を与え、且つパラメーターの変更方式によって、構造的に非対称性を生じさせ、電極に電圧を加えて、アクチュエーターに周期的で非対称性の切線方向推力を出力させることによって、回転軸の上方に設置したローターが軸方向方向又は横方向又はこれらの両方向の推力を受けて回転し、この運動によって超音波作動をするように構成した高能率超音波アクチュエーターを提供することにある。
【０００８】
本発明のもう一つの目的は、上バックディスクにノッチを設けたり、或いはノッチの数量を変更したり、ボルト又はノッチにボルトを付け加える方式及び分配形成角度やノッチの深さ、ノッチの幅を変更するなどの出力性能を変更できる可変パラメーターを含む高能率超音波アクチュエーターを提供することにある。
【０００９】
本発明の更にもう一つの目的は、パラメーターの変更によって超音波アクチュエーターの出力性能を向上させ、各種産業分野や各種の製品に応用できる便利な高能率超音波アクチュエーターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するため、本願の第１発明に係る高能率超音波アクチュエーターは、単相単極ＰＺＴ電極を有する高能率超音波アクチュエーターであって、上バックディスクと、圧電気セラミック板と、電極と、下バックディスクと、固定ボルト及びナットによって構成され、前記圧電気セラミック板及び電極は上下バックディスクの間に設置されると共に、上バックディスクの中心から下バックディスクまで貫通する固定ボルトとナットにより固定され、前記構造体が異なるように変更を与えるために可変パラメーター要素を介して前記構造体を非対称に形成し、電極に電圧を加えて、アクチュエーターに周期的に非対称性の切線方向推力を出力させることを特徴とする。
【００１１】
本願の第２発明に係る高能率超音波アクチュエーターは、前記第１発明において、前記した可変パラメーター要素は、上バックディスクの周縁に設けたノッチ、又はボルト、又はノッチにボルトを加えたものであって、変更可能なノッチの形成数、又は変更可能なノッチ又はボルトの設置角度、又は変更可能なノッチの幅または深さを含むことを特徴とする。
【００１２】
本願の第３発明に係る高能率超音波アクチュエーターは、前記第１発明において、前記上バックディスクにボルト又はノッチにボルトを加えたものを等角方式で設けたとき、固定ボルトを偏心位置に設けたことを特徴とする。
【００１３】
本願の第４発明に係る高能率超音波アクチュエーターは、前記第１発明において、圧電気セラミック板およびバックディスクの径と、回転中心から駆動点個所までの距離が可変的で、前記固定ボルトが耐摩耗性の強化ニッケルメッキが施され、駆動力の方向が、軸方向、横方向、または軸および横方向であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る単相単極ＰＺＴ電極を有する高能率超音波アクチュエーターは、従来と比較して次のような長所がある。
（１）本発明に係る高能率超音波アクチュエーターは、多種の可変パラメーターを備えることによって、アクチュエーターの出力性能を制御することができる。
（２）本発明に係る高能率超音波アクチュエーターは、パラメーターを変更することによって超音波アクチュエーターの出力性能を向上させることが可能となって、各種産業分野における各種の製品に応用できて汎用性に富む。
（３）本発明に係る高能率超音波アクチュエーターは、構造が簡単でコストが安く、且つ長時間使用しても発熱による損壊が少ない。
（４）本発明は圧電気セラミック板およびバックディスクの径と、回転軸（枢軸）から駆動点個所までの距離が可変的で、回転ボルトが耐摩耗性の強化ニッケルメッキが施され、駆動力の方向が、軸方向、横方向、または軸および横方向であるアクチュエーターを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら本発明の優れた実施の形態について詳細的で具体的に説明する。
【００１６】
図２及び図３に本発明に係る単相で単極のＰＺＴ電極を有する高能率超音波アクチュエーターの分解図と斜視図を示す。
図示したように、本発明に係る高能率超音波アクチュエーター２は、上バックディスク２１と、圧電気セラミック板（ＰＺＴ）２２と、電極２３と、下バックディスク２４と、固定ボルト２５及びナット２６とにより構成される。
【００１７】
前記圧電気セラミック板２２及び電極２３は、上下バックディスク２１、２４の間に設置され、且つボルト２５によって上バックディスク２１の中心から下バックディスク２４まで貫通し、ナット２６で固定してある。
【００１８】
本発明は、上バックディスク２１に異なる形態の変更を与え、且つ可変パラメーターの選択によって、構造的に非対称性（アンバランス）を生じさせるものである。
電極２３に電圧を加えて、アクチュエーター２に周期的に非対称性（アンバランス）の推力を出力させることによって、アクチュエーター２に超音波の作動をもたらす。本発明ではローターの回転速度を３０００ｒｐｍ以上にすることが出来る。
【００１９】
図４ａ〜図４ｃは、単相で単極のＰＺＴ電極を有する高能率超音波アクチュエーターの出力性能を制御する可変パラメーターを示した概略図である。図４aは可変パラメーターとしてノッチ２１１を形成した方式を示し、図４ｂはボルト２１２を設けた場合を示し、図４ｃはノッチ２１１にボルト２１２を加えて設けた方式をそれぞれ示す。
【００２０】
図示するように本発明に係る高能率超音波アクチュエーターは、上バックディスク２１の中心点（回転中心）で９０−１２０−１５０（１００−１２０−１４０若しくは１１０−１２０−１３０としても良い）の中心角度で以って、外縁へ延びる位置に三つのノッチ２１１を形成したり、或いは前記した角度で分配した位置に３個のボルト２１２を設置したり、若しくはこれらの三つの各ノッチ２１１に３個のボルト２１２を組み合わせて設ける。
【００２１】
このようにノッチ２１１やボルト２１２若しくはノッチ２１１にボルト２１２を加えたもの、或いは異なる角度を可変パラメーターとし、これらの可変パラメーターを選択したり変更したりすることによって、アクチュエーター２の出力性能を制御することが出来る。
【００２２】
図５ａ〜図５ｂは、前記した高能率超音波アクチュエーターのノッチ２１１の幅の広さ（溝幅）と、ノッチ２１１の回転中心へ向けた深さを変えて可変パラメーターとした構造の概略図である。
図面から分かるように、本発明に係る高能率超音波アクチュエーター２は、ノッチ２１１の幅の広さや深さを可変パラメーターとし、これらを適宜変更することによってもアクチュエーター２の出力性能を制御することが出来る。
【００２３】
図６は前記した高能率超音波アクチュエーターを適用した一例の概略図である。
図面から分かるように、本発明に係る高能率超音波アクチュエーター２は、台座３の上に設置してもよい。
固定ボルト２５は耐摩耗性のニッケルメッキを施して補強しておくことが望ましい。
上バックディスク２１の可変パラメーター（既述したような上バックディスク２１にノッチを設ける方式、ノッチの数量、ボルト又はノッチにボルトを付け加える方式及び分配形成角度、ノッチの深さ及びノッチの幅などを含む）によって、構造的に非対称に形成することで、電極に電圧を加えたときに、アクチュエーター２から周期性の周波数で出力される非対称的な軸方向の推力を生じることとなって、固定ボルト２５の上方に設置されているローター４が横方向の推力を受けて回転する。
【００２４】
本発明の最も好ましい実施方式としては、上バックディスクにおいて、９０−１２０−１５０の角度で、三つのノッチ２１１を形成する形態が最も良い出力性能が得られる。
【００２５】
図７は前記高能率超音波アクチュエーターのもう一つの実施略図である。
図面から分かるように、上バックディスク２１の三つのノッチ（ボルト若しくはノッチにボルトを加えたものでもよい）を１２０−１２０−１２０の等角度で設計した場合、固定ボルト２５を上バックディスク２１の中心から偏心した位置に設置しても、既述したものと同様の超音波作動性能を発揮することが出来る。
【００２６】
上述した詳細な説明は、本発明の実行可能な一実施例についての具体的説明であり、これらの記載は本発明の特許請求の範囲を制限するものではなく、凡そ本発明の要旨から逸脱しない同等の効果若しくは変更は、全て本願の特許請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の超音波アクチュエーターの構造略図である。
【図２】本発明に係る高能率超音波アクチュエーターの分解図である。
【図３】高能率超音波アクチュエーターの斜視図である。
【図４】（ａ）高能率超音波アクチュエーターにおける、ノッチをパラメーターとしたアクチュエーターの外略図である。（ｂ）高能率超音波アクチュエーターにおける、ボルトをパラメーターとしたアクチュエーターの外略図である。（ｃ）高能率超音波アクチュエーターにおける、ノッチにボルトを加えてパラメーターとした。
【図５】（ａ）高能率超音波アクチュエーターにおいて、ノッチの幅の広さをパラメーターとしたアクチュエーターの外略図である。（ｂ）高能率超音波アクチュエーターにおいて、ノッチの深さをパラメーターとしたアクチュエーターの外略図である。
【図６】高能率超音波アクチュエーターの実施例の概略図である。
【図７】高能率超音波アクチュエーターのもう一つの実施例の概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・・・圧電気ブザー片
１１・・・・金属バックディスク
１２・・・・圧電気セラミック
１３・・・・電極
１３１・・・電極
１３２・・・電極
２・・・・・アクチュエーター
２１  ・・・上バックディスク
２１１・・・ノッチ
２１２・・・ボルト 
２２・・・・圧電気セラミック板（ＰＺＴ）
２３・・・・電極
２４・・・・下バックディスク
２５・・・・固定ボルト
２６・・・・ナット 
３・・・・・台座
４・・・・・ローター
【図１】
2005086999.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005086999.tif 000005
【図４】
2005086999.tif 000006
【図５】
2005086999.tif 000007
【図６】
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【図７】
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