JP2001190080A - Vibration actuator - Google Patents

Vibration actuator

Info

Publication number
JP2001190080A
JP2001190080A JP37405599A JP37405599A JP2001190080A JP 2001190080 A JP2001190080 A JP 2001190080A JP 37405599 A JP37405599 A JP 37405599A JP 37405599 A JP37405599 A JP 37405599A JP 2001190080 A JP2001190080 A JP 2001190080A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
moving member
vibration
vibration actuator
friction material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP37405599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Okazaki
光宏 岡崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP37405599A priority Critical patent/JP2001190080A/en
Publication of JP2001190080A publication Critical patent/JP2001190080A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a frictional material suitable for a vibration actuator using a vibrator having a high resonance frequency. SOLUTION: The vibration actuator comprises a vibrator having an electro- mechanical converter excited in response to a driving frequency to be inputted, and the frictional material provided between the vibrator and a relatively moving member and operating together with the vibration of the vibrator. In this case, the relatively moving member is relatively moved to the vibrator by the frictional force of the material and the moving member. The driving frequency inputted to the converter is 100 kHz or more. The flexual modulus of the frictional material of a resin is 13 GPa or more. This resin is provided on its at least surface contacted with the moving member.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、振動子に所定の振
動を励振し、その振動エネルギーを相対移動部材に伝達
して、相対移動部材と振動子とを相対的に移動する振動
アクチュエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration actuator that excites a predetermined vibration to a vibrator, transmits the vibration energy to a relative moving member, and relatively moves the relative moving member and the vibrator.

【0002】[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のものがある。この
振動アクチュエータは例えば、「(R,1)−((1,
1))モード圧電円環利用超音波リニアモータの特性改
善(高野、富川;第12回 強誘電体応用会議 講演予
稿集 P.79−80)」、「新版超音波モータ(上
羽、富川著;トリケップス、P.22−23,P.67
−68)」や特公平6−26994号等に開示されてお
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of vibration actuator has
Donut plate-shaped vibration that simultaneously generates a radially symmetric elongation vibration mode extending (expanding and contracting in the radial direction) from the center to the outer peripheral direction and a non-axisymmetric in-plane vibration mode bending non-axisymmetrically in the same plane There is a structure using a child. This vibration actuator is, for example, “(R, 1) − ((1,
1)) Improvement of characteristics of ultrasonic linear motor using mode piezoelectric ring (Takano, Tomikawa; Proceedings of the 12th Ferroelectric Application Conference, pp. 79-80) "," New Edition Ultrasonic Motor (Ueba, Tomikawa) Trikes, P. 22-23, P. 67;
−68) ”and Japanese Patent Publication No. 6-26994, which is suitable for a thin structure and has features such as high speed and high thrust.

【0003】その一例を図4に示す。図4は、従来の振
動アクチュエータの概略正面図である。そして、図4
は、振動アクチュエータが相対移動部材73と接触して
いる状態を振動方向とは垂直な方向で見たときの図であ
る。この振動アクチュエータは、圧電素子とその圧電素
子に電圧を印加するための電極とで振動子71を構成し
ている。そして、振動子71は図4に示すようにドーナ
ツ板状の形状を有し、その周縁に、振動子71と相対的
に移動する相対移動部材73a、73bをバネ74によ
り圧接させている。なお、振動子71が相対移動部材7
3a、73bと圧接されている部分には摩擦材72が設
けられている。
One example is shown in FIG. FIG. 4 is a schematic front view of a conventional vibration actuator. And FIG.
FIG. 8 is a diagram when the state in which the vibration actuator is in contact with the relative moving member 73 is viewed in a direction perpendicular to the vibration direction. In this vibration actuator, a vibrator 71 includes a piezoelectric element and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric element. The vibrator 71 has a donut plate shape as shown in FIG. 4, and relative moving members 73 a and 73 b moving relatively to the vibrator 71 are pressed against the periphery thereof by a spring 74. In addition, the vibrator 71 is the
A friction material 72 is provided in a portion that is in pressure contact with 3a and 73b.

【0004】そして、振動子71に設けられた電極71
2a、712bと図示されていない裏面側の電極との間
に位相の異なる交流電圧を印加し、振動子71の摩擦材
72が設けられた部分に楕円運動を有する振動を発生さ
せることで、相対移動部材73が振動子71に対して相
対的に移動する。また、一方で近年、カムコーダーや光
ディスク再生機の小型化により、カムコーダーのテープ
駆動部や光ディスク再生機の光読みとりヘッドの駆動部
に用いられるアクチュエータは、小型化が要求されてい
る。
An electrode 71 provided on the vibrator 71
By applying an alternating voltage having a different phase between the electrodes 2a and 712b and an electrode (not shown) on the back side to generate a vibration having an elliptical motion in a portion of the vibrator 71 where the friction material 72 is provided, the relative voltage is increased. The moving member 73 moves relatively to the vibrator 71. On the other hand, in recent years, with the miniaturization of camcorders and optical disk players, miniaturization of actuators used in tape drive units of camcorders and optical read head drive units of optical disk players has been required.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、振動アクチュエータを小型にするためには、一つに
振動子の大きさを小さくする手法が考えられる。しか
し、振動子の大きさを小さくすると、振動子の振動にお
ける共振周波数が高くなり、必然的に振動子に設けられ
た圧電素子に印加する交流電圧の駆動周波数も高くな
る。
As described above, in order to reduce the size of the vibration actuator, one method of reducing the size of the vibrator is considered. However, when the size of the vibrator is reduced, the resonance frequency in the vibration of the vibrator increases, and the driving frequency of the AC voltage applied to the piezoelectric element provided on the vibrator necessarily increases.

【0006】振動子の大きさが小さくなり、かつ駆動周
波数が高くなると、振動子の振動振幅が小さくなる傾向
がある。一方、振動子の相対移動部材との接触部には、
相対移動部材との摩擦力を確保するため、摩擦材を設け
ている。振動アクチュエータ全般から見て、使用される
摩擦材は樹脂、セラミックス、金属が挙げられる。摩擦
材に変形しやすい樹脂材料を利用すると、振動子に生じ
る小さい振動による変位が摺動材の変形に費やされて、
相対移動部材に伝達されず、所望の駆動力や駆動速度が
得られなかった。
When the size of the vibrator is reduced and the driving frequency is increased, the vibration amplitude of the vibrator tends to be reduced. On the other hand, in the contact portion of the vibrator with the relative moving member,
A friction material is provided to secure a frictional force with the relative moving member. From the viewpoint of the whole vibration actuator, the friction material used includes resin, ceramics, and metal. When a resin material that is easily deformed is used for the friction material, displacement due to small vibration generated in the vibrator is spent for deformation of the sliding material,
It was not transmitted to the relative moving member, and the desired driving force and driving speed could not be obtained.

【0007】そこで、本発明では、高い共振周波数を有
する振動子を用いた振動アクチュエータに好適な摩擦材
を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a friction material suitable for a vibration actuator using a vibrator having a high resonance frequency.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、入力される駆動周波数に応じて励振させ
る電気−機械変換素子を有する振動子と、振動子の振動
子と相対移動部材との間に位置する部分に設けられた摩
擦材とを備え、摩擦材と相対移動部材との摩擦力により
相対移動部材が前記振動子に対して相対的に移動するこ
とができる振動アクチュエータにおいて、電気−機械変
換素子に入力される駆動周波数は100kHz以上であ
り、かつ摩擦材の曲げ弾性率は13GPa以上である樹
脂を少なくとも相対移動部材と接触する面に設けられた
ことを特徴とした。
According to the present invention, there is provided a vibrator having an electro-mechanical transducer for exciting according to an input drive frequency, a vibrator of the vibrator and a relative moving member. And a friction material provided in a portion located between the vibration member and the relative movement member can be relatively moved with respect to the vibrator by a frictional force between the friction material and the relative movement member, A drive frequency input to the electro-mechanical conversion element is 100 kHz or more, and a resin having a flexural modulus of friction of 13 GPa or more is provided on at least a surface in contact with the relative moving member.

【0009】この様に駆動周波数が100kHzになる
振動アクチュエータに用いる摩擦材としては、相対移動
部材に対して傷をつけにくい樹脂を用いることが好まし
い。更に、その摩擦材の曲げ弾性率を13GPa以上の
ものに選択することで、摩擦材が変形しにくくなるの
で、効率よく振動アクチュエータで発生した推力を相対
移動部材に伝達することができる。
As the friction material used in the vibration actuator having a driving frequency of 100 kHz, it is preferable to use a resin which does not easily damage the relative moving member. Furthermore, by selecting the flexural modulus of the friction material to be 13 GPa or more, the friction material is less likely to be deformed, so that the thrust generated by the vibration actuator can be efficiently transmitted to the relative moving member.

【0010】また、本発明では、電気−機械変換素子
は、中空の円筒状の形状を有し、電気−機械変換素子の
一方の中空の円盤面には複数の電極を有し、かつ他方の
中空の円盤面には単一の電極を有し、摩擦材は、電気−
機械変換素子の円筒形状の側面に備え、振動子は、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
に発生することとした振動アクチュエータに上述の摩擦
材を用いることで、薄く小型で、駆動効率の良い振動ア
クチュエータを得ることができる。
In the present invention, the electro-mechanical transducer has a hollow cylindrical shape, one of the electro-mechanical transducers has a plurality of electrodes on a hollow disk surface, and the other has a plurality of electrodes. The hollow disk surface has a single electrode, and the friction material is
Provided on the cylindrical side surface of the mechanical transducer, the vibrator simultaneously generates a radially symmetric elongation vibration mode that expands and contracts in the radial direction and a non-axisymmetric in-plane vibration mode that bends non-axisymmetrically in the same plane. By using the above-described friction material for the vibration actuator, it is possible to obtain a thin and small vibration actuator having good driving efficiency.

【0011】なお、振動子を振動させるときの駆動周波
数が180kHz以上の振動子を用いた振動アクチュエ
ータにおいて、上述の摩擦材を適用することが好まし
い。また、この摩擦材は、振動子と相対移動部材との間
の方向における厚さを0.3mm以下の厚さを有するこ
とで更に、摩擦材の変形が少なくなるので、駆動効率の
良い振動アクチュエータを得ることができる。
The above-mentioned friction material is preferably applied to a vibration actuator using a vibrator having a driving frequency of 180 kHz or more when vibrating the vibrator. Further, since the friction material has a thickness of 0.3 mm or less in a direction between the vibrator and the relative moving member, deformation of the friction material is further reduced. Can be obtained.

【0012】また、上述の摩擦材としては、主材がポリ
フェニレンサルファイド又はポリエーテルエーテルケト
ンの少なくともどちらか一方からなり、前記主材中にカ
ーボンファイバー又はウィスカーを有しているものが、
相対移動部材に対する摺動性が良く、駆動伝達が良好で
ある材料である。次に、本発明の実施の形態を示し、本
発明を更に詳しく説明するものとするが、本発明はこれ
だけに限られるものではない。
Further, as the above-mentioned friction material, a material whose main material is made of at least one of polyphenylene sulfide and polyether ether ketone, and which has carbon fibers or whiskers in the main material,
The material has good slidability with respect to the relative moving member and good drive transmission. Next, embodiments of the present invention will be described, and the present invention will be described in more detail. However, the present invention is not limited thereto.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態における振動
アクチュエータについて、図1を用いて説明するものと
する。本実施の形態における振動アクチュエータは、振
動子1の中心軸を可動ブロック42に固定し、可動ブロ
ック42をバネ46によって相対移動部材3が配置され
た方向に付勢することで、振動子1が摩擦材2を介して
相対移動部材3に付勢した構成を有している。そして、
振動子1の電極12a、12bと図1で示した面とは反
対側の面にある図示されていない電極との間で、それぞ
れ位相の異なる交流電圧を印加して、振動子1を励振さ
せることで、相対移動部材3と振動子1とを相対的に移
動することができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A vibration actuator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the vibration actuator according to the present embodiment, the vibrator 1 is fixed by fixing the center axis of the vibrator 1 to the movable block 42 and biasing the movable block 42 by the spring 46 in the direction in which the relative moving member 3 is disposed. It has a configuration in which the relative movement member 3 is urged via the friction material 2. And
AC voltages having different phases are applied between the electrodes 12a and 12b of the vibrator 1 and electrodes (not shown) on the surface opposite to the surface shown in FIG. 1 to excite the vibrator 1. Thereby, the relative moving member 3 and the vibrator 1 can be relatively moved.

【0014】ところで、振動子1は、図2に示す構成を
有している。図2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1を示す図である。振動子1は、電気−機械変換
素子である圧電素子11と、その圧電素子11に電圧を
印加するための電極12および摩擦材2とを備えてい
る。圧電素子11は、PZTなどの圧電材料を、ほぼド
ーナツ形状に成形し、全面を板厚方向に分極したもので
ある。
The vibrator 1 has the configuration shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing the vibrator 1 of the vibration actuator using the radially symmetric elongation vibration mode and the non-axisymmetric in-plane vibration mode. The vibrator 1 includes a piezoelectric element 11 which is an electro-mechanical conversion element, an electrode 12 for applying a voltage to the piezoelectric element 11, and a friction material 2. The piezoelectric element 11 is formed by forming a piezoelectric material such as PZT into a substantially donut shape and polarizing the entire surface in the thickness direction.

【0015】この振動子1の形状は、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))と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。圧電素子11は、表面には、図2(A)
に示すように扇形の第1、第2電極12a、12bが形
成されており、裏面には、図2(B)に示すようにほぼ
全面に第3の電極12cが形成されている。
The shape of the vibrator 1 includes a radially symmetric elongation vibration mode (R, 1) and a non-axisymmetric in-plane vibration mode ((1,
It is designed and manufactured so that the resonance frequencies of 1) and 2) are almost equal. The piezoelectric element 11 has a surface as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, fan-shaped first and second electrodes 12a and 12b are formed, and on the back surface, a third electrode 12c is formed on almost the entire surface as shown in FIG. 2B.

【0016】振動子1は、図示されていない発振器、移
相器、増幅器等を含む駆動電圧発生回路によって、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12b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。
The vibrator 1 is driven by a driving voltage generating circuit including an oscillator (not shown), a phase shifter, an amplifier, and the like.
A first AC voltage is applied to the electrode 12a. In addition, a second AC voltage having a phase that is electrically different from the first AC voltage by (π / 2) is applied to the second electrode 12b. The third electrode 12c on the back surface is connected to the GND potential.

【0017】この振動子1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。径方向対称伸び振動
(R,1)は、図2(C)に示すように、A点を節とし
た放射方向(径方向)に対称な伸縮振動であり、伸びた
場合の振動子1の形状を点線で示している。C1,C2
点では、径方向の成分Urの変位が現れる。
The vibrator 1 has a frequency of 2 V by bringing the frequency of the AC voltage close to the resonance frequencies of the two vibration modes.
Resonating in two modes, radially symmetric elongational vibration and non-axisymmetric in-plane vibration occur simultaneously. The radially symmetric elongation vibration (R, 1) is a stretching vibration symmetrical in the radial direction (radial direction) with the point A as a node, as shown in FIG. The shape is shown by a dotted line. C1, C2
At the point, a displacement of the radial component Ur appears.

【0018】また、非軸対称面内振動((1,1))
は、図2(D)に示すように、B1,B2の点を節とし
て、破線で示すように、同一面内で潰れる(ひしゃげ
る)ような歪みを発生させて、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1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2(A)に示すような楕円運動が発生する。こ
の楕円運動のうちUθの変位成分を利用して、摩擦材2
を介して相対移動部材3を振動子1に対して相対的に移
動することができる。
Also, non-axisymmetric in-plane vibration ((1, 1))
As shown in FIG. 2 (D), as shown by a broken line, the points of B1 and B2 are used as nodes to generate a distortion such that the points B1 and B2 are collapsed in the same plane, and the bending vibration is repeated right and left. Yes, the points C1 and C2 on the circumference have a displacement component Uθ in the direction of the arrow. Then, the vibrator 1 generates an elliptical motion as shown in FIG. 2A as a displacement obtained by combining the two vibrations at the positions of the C1 and C2 points (driving force extracting portions). Using the displacement component of Uθ in the elliptical motion, the friction material 2
The relative moving member 3 can be relatively moved with respect to the vibrator 1 via.

【0019】ところで、振動子1の固定には、図1に示
すように振動子1はネジ5により、図示されていない支
柱に軸支されている。なお、この支柱は可動ブロック4
2に固定されている。そして、可動ブロック42は、ガ
イド45の側面を摺動しながら、図1に図示された矢印
方向に移動可能である。
For fixing the vibrator 1, as shown in FIG. 1, the vibrator 1 is supported by screws (not shown) on a column (not shown). This support is a movable block 4
It is fixed to 2. The movable block 42 is movable in the direction of the arrow shown in FIG. 1 while sliding on the side surface of the guide 45.

【0020】そして、バネ46は一端をガイド45に固
定し、他端を可動ブロック42に押しつけているため、
可動ブロック42に固定された振動子1は、バネ46の
付勢力によって相対移動部材3へ付勢されている。この
ため、振動子1に設けられた摩擦材2と相対移動部材3
が付勢力を与えられながら接触するため、振動子1を励
振することによって発生する運動エネルギーを効率よく
相対移動部材3に伝えることができる。
The spring 46 has one end fixed to the guide 45 and the other end pressed against the movable block 42.
The vibrator 1 fixed to the movable block 42 is urged to the relative moving member 3 by the urging force of a spring 46. Therefore, the friction material 2 provided on the vibrator 1 and the relative moving member 3
Are brought into contact with each other while being applied with an urging force, so that the kinetic energy generated by exciting the vibrator 1 can be efficiently transmitted to the relative moving member 3.

【0021】ところで、相対移動部材3は、ベース44
から突起した形状を有するリニアガイド7によって、ベ
ース44の上面にかつ振動子1の駆動力の方向に沿って
移動自在に支持されている。この様に固定された振動子
1と移動可能に支持された相対移動部材3は、振動子1
に設けられた第1,第2の電極12a,12bに、位相
の異なる第1,第2の交流電圧が印加されると、振動子
1の摩擦材2を設けた位置で楕円運動が発生する。この
とき、相対移動部材3は、摩擦材2に加圧接触している
ので、摩擦材2の摺動面と相対移動部材3との間には、
相対移動部材3の移動方向に摩擦力が発生し、相対移動
部材3の直進駆動力を得ることができる。
Incidentally, the relative moving member 3 is
The vibrator 1 is movably supported on the upper surface of the base 44 along the direction of the driving force of the vibrator 1 by a linear guide 7 having a shape protruding from the base. The oscillator 1 fixed in this way and the relative moving member 3 movably supported by the oscillator 1
When the first and second AC voltages having different phases are applied to the first and second electrodes 12a and 12b provided in the vibrator 1, the elliptical motion occurs at the position where the friction material 2 of the vibrator 1 is provided. . At this time, since the relative moving member 3 is in pressure contact with the friction material 2, there is a gap between the sliding surface of the friction material 2 and the relative moving member 3.
A frictional force is generated in the moving direction of the relative moving member 3, and a linear driving force of the relative moving member 3 is obtained.

【0022】なお、振動子1に設けられた電極12a、
12bに印加する第1,第2の交流電圧の位相差を、π
/2から−π/2に変更すると、直進方向を反転させる
ことができる。また、駆動周波数を振動子の共振周波数
に近づけたり、遠ざけたりすることによって、直進動作
の速度の増減をすることができる。この速度の増減は、
交流電圧の電圧を増減することによっても可能である。
The electrodes 12a provided on the vibrator 1
The phase difference between the first and second AC voltages applied to
By changing from // 2 to -π / 2, the straight traveling direction can be reversed. Further, by moving the driving frequency closer to or farther from the resonance frequency of the vibrator, it is possible to increase or decrease the speed of the straight running operation. This increase or decrease in speed
It is also possible by increasing or decreasing the voltage of the AC voltage.

【0023】ところで、本発明の実施の形態における振
動アクチュエータは、小型化を図るため、振動子1の外
形が10mm、中心孔の内径を3mm、厚さ1mmにし
た。そして、前述の径方向対称伸び振動(R,1)と、
非軸対称面内振動((1,1))との共振周波数をほぼ
一致させた結果、その共振周波数は約180kHzとな
った。したがって、印加する交流電圧の駆動周波数を1
80kHzで駆動することとなった。
By the way, in order to reduce the size of the vibration actuator according to the embodiment of the present invention, the outer shape of the vibrator 1 was 10 mm, the inner diameter of the center hole was 3 mm, and the thickness was 1 mm. Then, the aforementioned radially symmetric elongation vibration (R, 1),
As a result of making the resonance frequency with the non-axisymmetric in-plane vibration ((1, 1)) substantially the same, the resonance frequency was about 180 kHz. Therefore, the driving frequency of the applied AC voltage is set to 1
It was decided to drive at 80 kHz.

【0024】この様な状況下で駆動したときの、摩擦材
2が設けられた近辺での各振動モードの振幅は、径方向
対称伸び振動(R,1)については約0.2μmであ
り、非軸対称面内振動((1,1))については約0.
3μmであった。そこで、振動アクチュエータの摩擦材
として、一般的に用いられる商品名べスペルSP−21
1(主材:ポリイミド、充填材:グラファイト)を用い
て駆動したところ、相対移動部材3を移動させることが
できなかった。しかし、摩擦材2に商品名バルパウンド
CU3030(主材:PPS(ポリフェニレンサルファ
イド)、充填材:CF(カーボンファイバ)、9AlO
3・2B23(ウィスカ))を用いると、相対移動部材
3を移動させることができた。
When driven in such a situation, the amplitude of each vibration mode near the provision of the friction material 2 is about 0.2 μm for radially symmetric elongation vibration (R, 1). For non-axisymmetric in-plane vibrations ((1,1)), about 0.
It was 3 μm. Therefore, as a friction material for a vibration actuator, Vespel SP-21, a trade name generally used
1 (main material: polyimide, filler: graphite), the relative moving member 3 could not be moved. However, the friction material 2 has a trade name of Valpound CU3030 (main material: PPS (polyphenylene sulfide), filler: CF (carbon fiber), 9AlO
With 3 · 2B 2 O 3 (whiskers)), it was possible to move the relative movement member 3.

【0025】本発明者は、このことについて鋭意研究の
結果、次のことを見いだした。一般に小型の振動アクチ
ュエータは、その振動子を小さくして小型にするため、
今までの駆動周波数とは一桁以上異なる100kHz以
上の駆動周波数を有する。しかし、振動子の共振周波数
が今までの駆動周波数と一桁以上異なる100kHz以
上になると振動子1に発生する振動振幅が小さいため、
摩擦材2に曲げ弾性率の低い物質を用いると、振動によ
る変位が摩擦材2の変形だけに費やされてしまう。なぜ
ならば、曲げ弾性率が低いと圧縮弾性率や横弾性率が小
さくなるため圧縮変形やせん断変形がしょうじやすくな
るからである。なお、ここで述べた「圧縮変形」とは、
図3(a)に示すような変形を示している。点線は振動
停止時の摩擦材2の形状であり、実線は径方向対称伸び
振動時の摩擦材2の形状である。そして、「せん断変
形」とは、図3(b)に示すような変形を示している。
この図においても、点線は振動停止時の摩擦材2の形状
であり、実線は非軸対称面振動時の摩擦材2の形状であ
る。
The present inventors have conducted intensive studies on this and found the following. Generally, a small vibration actuator is made smaller by making its vibrator smaller.
It has a driving frequency of 100 kHz or more, which is at least one digit different from the driving frequency up to now. However, when the resonance frequency of the vibrator becomes 100 kHz or more, which is at least one digit different from the drive frequency up to now, the vibration amplitude generated in the vibrator 1 is small.
If a material having a low flexural modulus is used for the friction material 2, displacement due to vibration is spent only on deformation of the friction material 2. This is because, when the flexural modulus is low, the compressive modulus and the lateral modulus become small, so that the compressive deformation and the shear deformation are easily performed. The “compression deformation” mentioned here means
This shows a modification as shown in FIG. The dotted line shows the shape of the friction material 2 when the vibration stops, and the solid line shows the shape of the friction material 2 during the radially symmetric elongation vibration. The “shear deformation” indicates a deformation as shown in FIG.
Also in this figure, the dotted line shows the shape of the friction material 2 when the vibration is stopped, and the solid line shows the shape of the friction material 2 during the non-axisymmetric plane vibration.

【0026】更に、摩擦材2においては、振動による駆
動力を伝達する相対移動部材3を傷つけにくいものが必
要である。したがって、本発明者は曲げ弾性率の高い物
質を摩擦材2として使用することにより、100kHz
以上の高い駆動周波数を有する振動アクチュエータに対
し、13GPa以上の曲げ弾性率を有する樹脂からなる
摩擦材2を用いることが好適であることを見いだした。
Further, the friction material 2 needs to be one that does not easily damage the relative moving member 3 that transmits the driving force due to vibration. Therefore, the present inventor uses a substance having a high flexural modulus as the friction material 2 to obtain a 100 kHz
It has been found that it is preferable to use the friction material 2 made of a resin having a bending elastic modulus of 13 GPa or more for the vibration actuator having the above high driving frequency.

【0027】なお、このことを見いだすために、次に説
明する検証を行った。前述の振動アクチュエータと同じ
構成を有し、かつそれぞれ共振周波数が異なるように寸
法を変更した振動アクチュエータを複数用意し、それぞ
れの振動子1に曲げ弾性率の異なる摩擦材2を設けた。
そして、それぞれの振動子の有する共振周波数に応じた
駆動周波数を有する電圧を印加し、相対移動部材3が移
動するか否かの検証を行った。
In order to find out this, the following verification was performed. A plurality of vibration actuators having the same configuration as the above-described vibration actuator and having dimensions changed so as to have different resonance frequencies were prepared, and friction members 2 having different bending elastic moduli were provided on the respective vibrators 1.
Then, a voltage having a drive frequency corresponding to the resonance frequency of each vibrator was applied to verify whether or not the relative moving member 3 moved.

【0028】その結果を表1に示す。表1は、振動アク
チュエータの駆動周波数に対し、曲げ弾性率又は厚さを
変化させた場合、振動アクチュエータが相対移動部材を
移動できたか否かを表したものである。ちなみに、バツ
印が移動できなかったもの、丸印が移動できたもの、横
棒が測定していないものである。
Table 1 shows the results. Table 1 shows whether or not the vibration actuator could move the relative moving member when the bending elastic modulus or the thickness was changed with respect to the driving frequency of the vibration actuator. Incidentally, the crosses could not be moved, the circles could be moved, and the horizontal bars were not measured.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】この表からすると、従来から有る数十kH
z台以下の駆動周波数で駆動する振動アクチュエータに
ついては、曲げ弾性率が小さい摩擦材でも、相対移動部
材を移動させることは可能であったが、少なくとも10
0kHz以上の駆動周波数で駆動する振動アクチュエー
タにとっては、曲げ弾性率が13GPa以上のものでな
いと、相対移動部材を移動させることは出来ないことが
わかる。
According to this table, several tens of kiloh
With respect to a vibration actuator driven at a drive frequency of z or less, it was possible to move the relative moving member even with a friction material having a small bending elastic modulus, but at least 10
It can be seen that for a vibration actuator driven at a driving frequency of 0 kHz or more, the relative moving member cannot be moved unless the bending elastic modulus is 13 GPa or more.

【0031】したがって、小型化を狙うために、振動子
自体を小型化した振動アクチュエータは、主に100k
Hz以上の共振周波数を有しているので、この様な振動
アクチュエータに用いる好適な摩擦材2は、曲げ弾性率
が13GPa以上のものが好ましいことがわかる。ま
た、表1を見ると曲げ弾性率が単に13GPa以上であ
っても、相対移動部材が移動しないケースがある。この
様な場合は、摩擦材の厚さを0.3mm以下にすること
で移動可能となることが、本発明者によって見いだされ
た。この様に摩擦材の厚さを0.3mm以下にすること
で、横弾性や圧縮弾性が大きくなるためだと考えられ
る。したがって、更に相対移動部材に駆動力を効率的に
伝達しやすい摩擦材としては、0.3mm以下のものが
好ましい。
Therefore, in order to reduce the size of the vibrator, a vibrating actuator in which the vibrator itself is miniaturized is mainly 100 k.
Since it has a resonance frequency of not less than Hz, it is understood that a preferable friction material 2 used for such a vibration actuator preferably has a flexural modulus of 13 GPa or more. Also, looking at Table 1, there is a case where the relative moving member does not move even if the flexural modulus is simply 13 GPa or more. In such a case, it has been found by the present inventors that the friction material can be moved by making the thickness of the friction material 0.3 mm or less. It is considered that by setting the thickness of the friction material to 0.3 mm or less, the lateral elasticity and the compressive elasticity are increased. Therefore, the friction material that easily transmits the driving force more efficiently to the relative moving member is preferably 0.3 mm or less.

【0032】なお、この様に摩擦材を薄くすれば、横弾
性や圧縮弾性が大きくなることがわかるが、本発明者の
知見からは、駆動周波数が100kHz以上の小型の振
動アクチュエータの摩擦材としては、ただ単に厚さを薄
くするのでは十分な効果が得られず、やはり曲げ弾性率
が13GPa以上を有さないと十分な効果が発揮出来な
いことがわかっている。
It is understood that when the friction material is made thinner in this manner, the lateral elasticity and the compressive elasticity are increased. However, from the knowledge of the present inventor, the frictional material of a small vibration actuator having a driving frequency of 100 kHz or more is known. It has been found that a sufficient effect cannot be obtained simply by reducing the thickness, and a sufficient effect cannot be exerted unless the flexural modulus is 13 GPa or more.

【0033】なお、駆動周波数が100kHz以上の振
動アクチュエータに使用される摩擦材の材質としては、
先に述べた商品名バルパウンドCU3030の他にも、
スミプロイKCK3420(主材:PEEK(ポリエー
テルエーテルケトン)、充填材:カーボンファイバー、
PTFE(ポリテトラフルオロチレン))も使用でき
る。なお、使用できる摩擦材は上述の商品名に挙げられ
るだけに限られず、PPS又はPEEKの少なくともど
ちらか一方からなり、その主材中にカーボンファイバー
又はウィスカーを含有しているものであれば、曲げ弾性
率が13GPa以上を有することは言うまでも無い。
The material of the friction material used for the vibration actuator having a driving frequency of 100 kHz or more is as follows.
In addition to the product name Valpound CU3030 mentioned above,
Sumiploy KCK3420 (main material: PEEK (polyetheretherketone), filler: carbon fiber,
PTFE (polytetrafluoroethylene) can also be used. The friction material that can be used is not limited to the above-mentioned trade names, but may be made of at least one of PPS and PEEK, as long as the main material contains carbon fiber or whisker. It goes without saying that the elastic modulus has 13 GPa or more.

【0034】なお、本発明は、上述の形状を有する振動
アクチュエータに限らず、100kHz以上の駆動周波
数を持つ振動アクチュエータであれば、どの様な振動形
態を生ずる振動アクチュエータにも適用できる発明であ
る。例えば、本発明の実施の形態では、面内振動におい
て複合した振動モードを有するアクチュエータについて
述べたが、他にも屈曲振動と縦振動とを複合して駆動力
を得るL1−B4型の振動モードを有するアクチュエー
タでも構わない。
The present invention is not limited to the vibration actuator having the above-mentioned shape, but can be applied to any other vibration actuator having a driving frequency of 100 kHz or more. For example, in the embodiment of the present invention, an actuator having a combined vibration mode in in-plane vibration has been described. However, an L1-B4 type vibration mode in which a bending force and a longitudinal vibration are combined to obtain a driving force is also described. May be used.

【0035】また、摩擦材についても全てが樹脂から出
来ているのではなく、摩擦材の振動子1に固定された側
をセラミックスにし、相対移動部材と接触する面を樹脂
にすることでも構わない。しかし、摩擦材を異なる材質
で形成する場合、製造上困難を伴う場合は、樹脂のみで
摩擦材を構成することが好ましい。また、電気−機械変
換素子についても圧電素子以外のものを用いた振動アク
チュエータでも良い。
Also, not all the friction material is made of resin, but the side of the friction material fixed to the vibrator 1 may be made of ceramic and the surface in contact with the relative moving member may be made of resin. . However, when the friction material is formed of a different material, and when there is difficulty in manufacturing, it is preferable that the friction material is formed only of the resin. Also, as for the electro-mechanical conversion element, a vibration actuator using something other than the piezoelectric element may be used.

【0036】なお、この様に小型の振動アクチュエータ
は、例えば、携帯用のコンパクトディスクやミニディス
クなどの光ピックアップ機構を移動するためのリニア駆
動素子として用いることが好ましい。この様に本発明に
係る振動アクチュエータは、小型でありかつ相対移動部
材への駆動力の伝達能力が高く、リニア駆動させる場合
においても、ラック・アンド・ピニオンなどの回転運動
から直線運動に変換する機構が必要でないので、小型の
機器に使用する駆動素子として好適である。
It is to be noted that such a small vibration actuator is preferably used as a linear drive element for moving an optical pickup mechanism such as a portable compact disk or mini disk. As described above, the vibration actuator according to the present invention is small in size and has a high ability to transmit the driving force to the relative moving member, and converts the rotational motion of the rack and pinion into a linear motion even in the case of linear driving. Since a mechanism is not required, it is suitable as a driving element used for a small device.

【0037】[0037]

【発明の効果】上述の通り、本発明では、小型化をはか
る為に振動子を小さくし、結果、駆動周波数が100k
Hz以上を有する振動アクチュエータに、13GPa以
上の曲げ弾性率を有する摩擦材を有することで、振動子
に生じた変位を効率的に相対移動部材に伝達する事がで
き、振動アクチュエータの性能を向上することができ
る。
As described above, according to the present invention, the vibrator is made smaller in order to reduce the size.
By providing the vibration actuator having a frequency of 13 Hz or more with a friction material having a bending elastic modulus of 13 GPa or more, the displacement generated in the vibrator can be efficiently transmitted to the relative moving member, and the performance of the vibration actuator is improved. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】:本発明の実施の形態に係る振動アクチュエー
タの概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vibration actuator according to an embodiment of the present invention.

【図2】:本発明の実施の形態に係る振動アクチュエー
タの振動モードを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a vibration mode of the vibration actuator according to the embodiment of the present invention.

【図3】:本発明の実施の形態に係る振動アクチュエー
タに設けられた摩擦材の変形の様子を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a state of deformation of a friction material provided in the vibration actuator according to the embodiment of the present invention.

【図4】:従来の技術における振動アクチュエータの概
略構成図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a conventional vibration actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・振動子 11・・・圧電素子 12a、b・・・電極 2・・・摩擦材 3・・・相対移動部材 42・・・可動ブロック 45・・・ガイド 46・・・バネ 7・・・リニアガイド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibrator 11 ... Piezoelectric element 12a, b ... Electrode 2 ... Friction material 3 ... Relative moving member 42 ... Movable block 45 ... Guide 46 ... Spring 7. ··Linear guide

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力される駆動周波数に応じて励振する
電気−機械変換素子を有する振動子と、前記振動子の前
記振動子と相対移動部材との間に位置する部分に設けら
れた摩擦材とを備え、前記摩擦材と前記相対移動部材と
の摩擦力により前記相対移動部材が前記振動子に対して
相対的に移動する振動アクチュエータにおいて、 前記電気−機械変換素子に入力される駆動周波数は少な
くとも100kHz以上であり、かつ前記摩擦材は曲げ
弾性率が13GPa以上である樹脂を少なくとも前記相
対移動部材と接触する部分に設けられたことを特徴とす
る振動アクチュエータ。
1. A vibrator having an electro-mechanical transducer for exciting according to an input drive frequency, and a friction member provided at a portion of the vibrator located between the vibrator and a relative moving member. And a vibration actuator in which the relative moving member relatively moves with respect to the vibrator due to a frictional force between the friction material and the relative moving member, wherein the driving frequency input to the electro-mechanical conversion element is A vibration actuator, wherein a resin having a bending elastic modulus of 13 GPa or more is provided at least in a portion in contact with the relative moving member at least at 100 kHz or more.
【請求項2】 前記電気−機械変換素子は、中空の円筒
状の形状を有し、前記電気−機械変換素子の一方の中空
の円盤面には複数の電極を有し、かつ他方の中空の円盤
面には単一の電極を有し、 前記摩擦材は、前記電気−機械変換素子の円筒形状の側
面に備えられ、 前記振動子は、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ことを特徴とする請求項
1に記載の振動アクチュエータ。
2. The electro-mechanical conversion element has a hollow cylindrical shape, one of the electro-mechanical conversion elements has a plurality of electrodes on a hollow disk surface, and the other has a hollow shape. The disk surface has a single electrode, the friction material is provided on a cylindrical side surface of the electro-mechanical conversion element, the vibrator is radially symmetric elongation vibration mode that expands and contracts in a radial direction, 2. The vibration actuator according to claim 1, wherein a non-axisymmetric in-plane vibration mode which bends non-axisymmetrically in the same plane is simultaneously generated.
【請求項3】 前記駆動周波数は180kHz以上であ
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の振動アクチ
ュエータ。
3. The vibration actuator according to claim 1, wherein the driving frequency is 180 kHz or more.
【請求項4】 前記摩擦材は、0.3mm以下の厚さを
有することを特徴とする請求項1又は2又は3に記載の
振動アクチュエータ。
4. The vibration actuator according to claim 1, wherein the friction material has a thickness of 0.3 mm or less.
【請求項5】 前記摩擦材は、主材がポリフェニレンサ
ルファイド又はポリエーテルエーテルケトンの少なくと
もどちらか一方からなり、前記主材中にカーボンファイ
バー又はウィスカーを有していることを特徴とする請求
項1乃至4のうちいずれか一項記載の振動アクチュエー
タ。
5. The friction material according to claim 1, wherein the main material is made of at least one of polyphenylene sulfide and polyether ether ketone, and the main material has carbon fibers or whiskers. The vibration actuator according to any one of claims 4 to 4.
JP37405599A 1999-12-28 1999-12-28 Vibration actuator Pending JP2001190080A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP37405599A JP2001190080A (en) 1999-12-28 1999-12-28 Vibration actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP37405599A JP2001190080A (en) 1999-12-28 1999-12-28 Vibration actuator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001190080A true JP2001190080A (en) 2001-07-10

Family

ID=18503187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP37405599A Pending JP2001190080A (en) 1999-12-28 1999-12-28 Vibration actuator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001190080A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007121679A (en) * 2005-10-28 2007-05-17 Konica Minolta Opto Inc Optical member drive device
CN102158124A (en) * 2010-02-08 2011-08-17 株式会社尼康 Oscillatory wave motor, lens barrel and camera
JP2011166913A (en) * 2010-02-08 2011-08-25 Nikon Corp Vibration wave motor, lens barrel, and camera

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007121679A (en) * 2005-10-28 2007-05-17 Konica Minolta Opto Inc Optical member drive device
CN102158124A (en) * 2010-02-08 2011-08-17 株式会社尼康 Oscillatory wave motor, lens barrel and camera
JP2011166913A (en) * 2010-02-08 2011-08-25 Nikon Corp Vibration wave motor, lens barrel, and camera

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Uchino Piezoelectric ultrasonic motors: overview
JPH01234067A (en) Ultrasonic motor
JP2001218481A (en) Piezoelectric drive, ultrasonic motor, and electronic equipment with ultrasonic motor
JP4435695B2 (en) Piezoelectric motor operation method and piezoelectric motor in the form of a hollow cylindrical oscillator having a stator
KR100485882B1 (en) Vibration element and vibration wave driving apparatus
US7944129B2 (en) Ultrasonic actuator and magnetic recording apparatus using the same
US6323578B1 (en) Piezoelectric actuator, piezoelectric actuator driving method and computer readable storage medium stored with program for making computer execute piezoelectric actuator driving method
JP2001190080A (en) Vibration actuator
JP2902712B2 (en) Ultrasonic motor
JP2005086991A (en) Piezo-electric actuator, motor, and apparatus equipped with piezo-electric actuator
JPH11346487A (en) Oscillation wave unit and oscillation wave driver
EP0130180A1 (en) Tubular pneumodynamic bearing.
JP2001186781A (en) Vibration actuator
JPH03273878A (en) Supersonic motor
JP4479030B2 (en) Vibration actuator
JP2001086773A (en) Oscillation actuator
JPH0270277A (en) Ultrasonic motor
US20240136953A1 (en) Methods and systems for mounting piezo motor elements
JP4477915B2 (en) Ultrasonic motor
JP2009055779A (en) Ultrasonic actuator, magnetic recording apparatus
JP2001086774A (en) Oscillation actuator
KR100824001B1 (en) Ultrasonic motor
JP2001086776A (en) Oscillation actuator
JP3089750B2 (en) Ultrasonic motor
JPH07178370A (en) Vibrator and vibrating actuator