JP2001186782A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動子の振動を阻害することなく、振動子に
不要なモーメントを発生させることもなく、振動子側か
ら相対運動部材に対して加圧を行う振動アクチュエータ
を提供する。 【解決手段】 振動子１０の振動面の両側に支持部材２
１を配置し、支持部材２１を加圧部材１４で加圧して、
加圧力のベクトルが摺動材１３と相対運動部材３０との
接触部を通るようにして、振動子１０に不要なモーメン
トが発生しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の面内方向
の振動を利用した振動アクチュエータであって、特に振
動子の加圧方法を改良した振動アクチュエータに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の振動アクチュエータは、
中心から外周方向に向かって伸びる（放射方向に伸縮す
る）径方向対称伸び振動モードと、同一面内で非軸対称
に屈曲する非軸対称面内振動モードとを同時に発生する
ドーナツ板状の振動子を用いた構造ものが、開示されて
おり、薄型構造に適し、高速，高推力等の特徴を備える
ものである。

【０００３】図７は、径方向対称伸び振動モードと非軸
対称面内振動モードとを利用した振動アクチュエータの
振動子の従来例を示す図である。振動子１０は、圧電素
子１１と、電極１２等とを備えている。圧電素子１１
は、例えば、ＰＺＴなどの圧電材料をドーナツ板形状に
形成し、全面を板厚方向に分極したものである。このド
ーナツ板形状は、径方向対称伸び振動モード（Ｒ，１）
と非軸対称面内振動モード（（１，１））の共振周波数
がほぼ等しくなるように設計、製造されている。

【０００４】この圧電素子１１は、表面には、扇形の第
１，第２の電極１２ａ，１２ｂが形成されており［図７
（Ａ）］、裏面には、ほぼ全面に第３の電極１２ｃが形
成されている［図７（Ｂ）］。

【０００５】振動子１０は、発振器，移相器，増幅器等
を含む駆動電圧発生装置によって、第１の電極１２ａに
は、第１の交流電圧が印加される。また、第２の電極１
２ｂには、第１の交流電圧とは、電気的に位相が（π／
２）だけ異なる第２の交流電圧が印加される。裏面の第
３の電極１２ｃは、ＧＮＤ電位に接続される。

【０００６】この振動子１０は、交流電圧の周波数を２
つの振動モードの共振周波数に近づけることによって、
２つのモードで共振し、径方向対称伸び振動と、非軸対
称面内振動とが同時に発生する。

【０００７】径方向対称伸び振動（Ｒ，１）は、図７
（Ｃ）に示すように、Ａ点を節とした放射方向（径方
向）の対称な伸縮振動であり、Ｃ１，Ｃ２点では、径方
向の成分Ｕｒをもつ。また、非軸対称面内振動（（１，
１））は、図７（Ｄ）に示すように、Ｂ１，Ｂ２点を節
として、破線で示すように、同一面内で潰れる（ひしゃ
げる）ような変形を、図７（Ｄ）の左右に繰り返す屈曲
振動であり、円周上のＣ１，Ｃ２点では、矢印方向の変
位成分Ｕθをもつ。そして、振動子１０は、Ｃ１，Ｃ２
点（駆動力取出部）の位置に、２つの振動が合成された
変位として、図７（Ａ）に示すような楕円運動が発生す
る。このとき、振動子１０の摺動面と相対運動部材３０
との間には、相対運動部材３０の移動方向に摩擦力が発
生し、相対運動部材３０の直進駆動力を得ることができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の振動アクチュエータは、相対運動部材３０が、図示し
ない加圧装置から加圧力を受けて振動子１０に接触して
いるものばかりであって、振動子側から相対運動部材に
対して加圧を行う振動アクチュエータの具体的な形態
は、開示されていなかった。

【０００９】図８（ａ）は、振動子側から加圧を行う場
合の、最も簡単なモデルを示した断面図である。図８
（ａ）に示す形態の振動アクチュエータでは、振動子１
０を加圧部材１４により直接加圧して、摺動材１３を介
して相対運動部材３０を加圧している。しかし、この形
態の振動アクチュエータでは、振動子１０の振動を阻害
してしまい、駆動効率が悪くなるという問題があった。

【００１０】また、図８（ｂ）は、振動子１０を保持す
る支持部材１２０の一部を加圧部材１４により加圧する
ことにより、間接的に振動子１０の加圧を行う振動アク
チュエータを示している。しかし、この形態では、支持
部材１２０の一端を加圧するので、加圧力のベクトルＦ
の延長線上に振動子１０（摺動材１３）と相対運動部材
３０との接触部がない。そのため、振動子１０には、接
触部を中心として矢印Ｍで示す方向のモーメントが発生
する。このモーメントにより、振動子１０が正しく相対
運動部材３０に接触できないので、駆動が不安定であ
り、駆動効率も低かった。

【００１１】本発明の課題は、振動子の振動を阻害する
ことなく、また、加圧方向ベクトルと振動子と相対運動
部材との接触点における不一致によるモメーメントを発
生させることなく、振動子側から相対運動部材に対して
加圧を行う振動アクチュエータを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下のような
解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容
易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付
して説明するが、これに限定されるものではない。すな
わち、請求項１の発明は、中空部分を有する円筒形状を
有し、放射方向に伸縮する径方向対称伸び振動モード
と、同一面内で非軸対称に屈曲する非軸対称面内振動モ
ードとを同時に発生する振動子（１０）と、前記振動子
と接触して前記振動子との間で相対的に運動する相対運
動部材（３０）とを用いた振動アクチュエータにおい
て、前記振動子の中空部分の内径で前記振動子を固定
し、前記振動子の両面から突出した軸により、前記振動
子を軸支持する支持部（２１，２２）と、前記軸の両側
に加圧力を加え、前記相対運動部材に対して前記振動子
を加圧する加圧部（１４）とを備え、前記振動子と前記
相対運動部材との接触部は、前記加圧部が発生する加圧
力の印可方向の延長線上にあることを特徴とする振動ア
クチュエータである。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１に記載の振動
アクチュエータにおいて、前記支持部（２１）は、前記
振動子の中空部分の内径で前記振動子を固定し、前記振
動子の両面から突出した軸部（２２ａ，２２ｂ）と、一
端が前記軸部の前記振動子から突出した部分に固定さ
れ、前記軸部に固定された前記振動子を支持するアーム
部（２２ｄ，２２ｅ）を有し、前記アーム部が前記加圧
部を兼ねることを特徴とする振動アクチュエータであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明
の実施の形態について、さらに詳しく説明する。 （第１実施形態）図１は、振動アクチュエータの全体を
示す図である。尚、以下の各実施形態において、前述し
た部分と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付
して、重複する説明を適宜省略する。第１実施形態にお
ける振動アクチュエータは、振動子１０，加圧部材１
４，支持部材２１，相対運動部材３０を主要部部分とし
て、その他に、これらを固定、ガイド等するためのリニ
アガイド３１，リニアガイド取付ブロック３２，ベース
４０，ブロック４１を有している。図２は、本発明によ
る振動アクチュエータの第１実施形態の主要部を示す図
であり、図２（ａ）は、断面図を示し、図２（ｂ）は、
斜視図を示す。

【００１５】振動子１０は、放射方向に伸縮する径方向
対称伸び振動モードと、同一面内で非軸対称に屈曲する
非軸対称面内振動モードとを同時に発生する振動子であ
り、圧電素子１１としてＰＺＴを使用し、その両面に電
極を設け、相対運動部材３０との接触部に摺動材１３を
備えている。そして、振動子１０の形状は、中心に孔部
を有した円筒形状を有している。

【００１６】加圧部材１４は、振動子１０を相対運動部
材３０に対して加圧するための加圧力を発生する圧縮ば
ねであり、支持部材２１を加圧することにより、間接的
に振動子１０を加圧している。また、加圧部材１４が支
持部材２１を加圧する位置は、振動子１０の振動面内に
あって、摺動材１３の反対側に設けられている。

【００１７】支持部材２１は、振動子１０の中心の孔部
に凸部２１ａ，２１ｂが挿入されることにより、振動子
１０を凸部２１ａ，２１ｂで形成される軸により支持す
る部材であり、振動子１０の支持と共に、加圧部材１４
の加圧力を振動子１０に伝える役割を果たす。ここで、
振動子１０の回転を防止する必要があるので、凸部２１
ａ，２１ｂと振動子１０の中心の孔部との間には、図示
しない接着や回転止め形状等の回転止め手段がある。ま
た、支持部材２１は、アーム部２１ｄ，２１ｅを有す
る。このアーム部２１ｄ，２１ｅは、振動子１０の振動
面の両側にあって、振動面を基準にして略対称な形状を
しており、加圧部材１４の加圧力をアーム部２１ｄ，２
１ｅの両側に均等に配分して、振動子１０に加圧力を伝
える。本実施形態で使用した支持部材２１は、樹脂成形
品であり、両側に広げる形で撓ませながら、振動子１０
と組み合わせた。支持部材２１は、加圧部材１４と併せ
て、ブロック４１の溝４１ａに収まることにより、支
持、案内されている。

【００１８】相対運動部材３０は、振動子１０が発生す
る楕円運動により移動する部材であり、摺動材１３を介
して振動子１０に接触するように、リニアガイド３１に
取り付けられている。

【００１９】リニアガイド３１は、相対運動部材３０の
移動方向を規制し、かつ滑らかに移動させるための直線
移動案内部であり、リニアガイド取付ブロック３２に固
定されている。

【００２０】リニアガイド取付ブロック３２は、リニア
ガイド３１を固定するための台座であり、ベース４０に
固定されている。

【００２１】ベース４０は、振動アクチュエータを固定
する基礎となる部材であり、リニアガイド取付ブロック
３２及びブロック４１が固定されている。

【００２２】ブロック４１は、加圧部材１４及び支持部
材２１を支持、案内するためのブロックであり、ベース
４０に固定されている。

【００２３】支持部材２１は、ブロック４１に支持、案
内された方向にのみ自由に移動することができ、加圧部
材１４が発生する加圧力は、アーム部２１ｄとアーム部
２１ｅの両側から均等に配分されて振動子１０に作用す
るので、加圧力のベクトルの向きは、摺動材１３を介し
た振動子１０と相対運動部材３０との接触部が存在する
位置と一致している。

【００２４】本実施形態によれば、加圧部材１４が発生
する加圧力のベクトル上に振動子１０と相対運動部材３
０との接触部があり、振動子１０に加圧力による余分な
モーメントが発生しない。従って、振動子１０が傾くな
どせず、振動子１０と相対運動部材３０との接触が正確
になるので、効率よく駆動をすることができる。また、
加圧力も、その全てが接触部に作用するので、加圧力の
無駄がなく、加圧部材１４を小型にすることができる。
更に、振動子１０の振動振幅が最も大きい外側を支持せ
ず、振動子１０の孔部を支持して加圧力を与えているの
で、振動子１０の必要な振動を阻害することもなく、振
動子１０の振動を効率よく相対運動部材の運動に変換す
ることができる。

【００２５】（第２実施形態）図３は、振動アクチュエ
ータの全体を示す図である。図４は、本発明による振動
アクチュエータの第２実施形態の主要部を示す図であ
り、図４（ａ）は、断面図を示し、図４（ｂ）は、斜視
図を示す。第２実施形態における振動アクチュエータ
は、振動子１０，支持部材２２，相対運動部材３０等を
有する。

【００２６】振動子１０、相対運動部材３０、リニアガ
イド３１，リニアガイド取付ブロック３２，ベース４０
は、第１実施形態と同様であるので、ここでの詳しい説
明は、省略する。

【００２７】支持部材２２は、振動子１０の中心の孔部
に凸部２２ａ，２２ｂが挿入されることにより、振動子
１０を凸部２２ａ，２２ｂで形成される軸により支持す
る部材であり、振動子１０の支持と共に、支持部材２２
のアーム部２２ｄ，２２ｅの持つばね性を利用して加圧
力を発生し、その加圧力を振動子１０に加える役割を果
たす。支持部材２２と振動子１０との間には、第１実施
形態と同様に、図示しない回転止め手段がある。また、
支持部材２２は、振動子１０の振動面の両側にあって、
振動面を基準にして略対称な形状をしており、加圧力が
振動子１０に対して均等に作用するようになっている。
支持部材２２のアーム部２２ｄ，２２ｅには、加圧力を
発生させるためにばね性が必要であり、本実施形態で使
用した支持部材２２は、樹脂成形品であり、両側に広げ
る形で撓ましながら、振動子１０と組み合わせた。支持
部材２２は、孔２２ｃにビス２３を挿入して支持部材取
付ブロック４２に固定されている。このとき、支持部材
２２が所定の加圧力を発生するように、支持部材２２
は、所定量撓むように固定されている。

【００２８】支持部材取付ブロック４２は、支持部材２
２を取り付けるためのブロックであり、ベース４０に固
定されている。

【００２９】支持部材２２は、所定量だけ撓んだ状態で
支持部材取付ブロック４２に取り付けられているので、
自己のばね性により加圧力を発生する。従って、振動子
１０は、この加圧力を受ける。また、支持部材２２は、
振動子１０の振動面の両側に均等に配置されているの
で、振動子１０に余分なモーメントを発生することもな
い。

【００３０】本実施形態によれば、第１実施形態による
効果に加えて、圧縮ばね等の加圧部材が不要であるの
で、部品点数を少なくすることができる。また、加圧方
向に圧縮ばね等を配置する必要がないので、加圧方向に
必要なスペースを少なくすることができるので、より小
型の振動アクチュエータを製造することができる。

【００３１】（変形形態）以上説明した実施形態に限定
されることなく、種々の変形や変更が可能であって、そ
れらも本発明の均等の範囲内である。

【００３２】（１）各実施形態において、支持部材は、
樹脂製の１部品である例を示したが、これに限らず、例
えば、振動子の両側で分割された複数の部品であっても
よいし、金属などを素材としてもよい。特に、第２実施
形態では、ばね性を有する金属板としてもよい。

【００３３】（２）第１実施形態において、支持部材２
１を振動子１０の振動面の両側に分割して配置し、１つ
の圧縮ばねを使用して加圧力のベクトルが振動子１０と
相対運動部材３０との接触部を通るようにした例を示し
たが、これに限らず、例えば、図５に示すように、支持
部材２１−２の振動子１０を挟んで振動子１０から等距
離にある部位を圧縮ばね１４−１，１４−２により、均
等な力量となるように加圧してもよい。

【００３４】（３）第２実施形態において、支持部材２
２は、片持はりを基本にした形態を示したが、これに限
らず、例えば、図６（ａ）に示す支持部材２２−２のよ
うな部材を用いて、両端支持はり、両端固定はり、一端
固定はり等を基本としてもよい。また、図６（ｂ）に示
す支持部材２２−３のように、振動子１０の振動面を基
準として非対称な形状であっても、加圧力が振動子１０
を支持する軸に対称に加わる形態であればよい。

【００３５】（４）各実施形態において、支持部材２
１，２２に設けられた凸部２１ａ，２２ａと凸部２１
ｂ，２２ｂとを振動子１０の孔部に互いに挿入して軸を
形成しているが、このとき、凸部２１ａ，２２ａ及び凸
部２１ｂ，２２ｂが接合し合ってなくとも構わない。

【００３６】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、請求項１の
発明によれば、振動子が軸で支持され、振動子の両側か
ら突出している軸に加圧力を加え、振動子と相対運動部
材との接触部のある位置は、加圧力が生じている方向の
延長線と一致させているので、振動子に余分なモーメン
トが発生せず、振動子と相対運動部材との接触が正確に
なり、振動アクチュエータの駆動効率を高くすることが
できる。また、加圧力の無駄もなくなるので、加圧部を
小型にすることができる。更に、振動子の両端から突出
している軸に加圧力を加えるので、振動子の振幅が大き
い所を直接押さえる必要がなく振動を阻害することがな
い。

【００３７】請求項２の発明によれば、支持部は、加圧
部を兼ねるアーム部を備えるので、部品点数が少なくな
り、より低価格に、小型の振動アクチュエータを作製す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における振動アクチュエ
ータの全体を示す図である。

【図２】第１実施形態における振動アクチュエータの主
要部を示す図である。

【図３】本発明の第２実施形態における振動アクチュエ
ータの全体を示す図である。

【図４】第２実施形態における振動アクチュエータの主
要部を示す図である。

【図５】第１実施形態の変形形態を説明する図である。

【図６】第２実施形態の変形形態を説明する図である。

【図７】径方向対称伸び振動モードと非軸対称面内振動
モードとを利用した振動アクチュエータの振動子の従来
例を示す図である。

【図８】発明が解決しようとする課題を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０ 振動子 １１ 圧電素子 １３ 摺動材 １４ 加圧部材 ２１，２２ 支持部材 ３０ 相対運動部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空部分を有する円筒形状を有し、放射
   方向に伸縮する径方向対称伸び振動モードと、同一面内
   で非軸対称に屈曲する非軸対称面内振動モードとを同時
   に発生する振動子と、 前記振動子と接触して前記振動子との間で相対的に運動
   する相対運動部材と、を用いた振動アクチュエータにお
   いて、 前記振動子の中空部分の内径で前記振動子を固定し、前
   記振動子の両面から突出した軸により、前記振動子を軸
   支持する支持部と、前記軸の両側に加圧力を加え、前記
   相対運動部材に対して前記振動子を加圧する加圧部とを
   備え、 前記振動子と前記相対運動部材との接触部は、前記加圧
   部が発生する加圧力の印可方向の延長線上にあること、 を特徴とする振動アクチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の振動アクチュエータに
   おいて、 前記支持部は、前記振動子の中空部分の内径で前記振動
   子を固定し、前記振動子の両面から突出した軸部と、 一端が前記軸部の前記振動子から突出した部分に固定さ
   れ、前記軸部に固定された前記振動子を支持するアーム
   部を有し、 前記アーム部が前記加圧部を兼ねること、 を特徴とする振動アクチュエータ。