JP2003111457A - Actuator applying driving force in a plurality of directions using single displacement element - Google Patents

Actuator applying driving force in a plurality of directions using single displacement element

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JP2003111457A
JP2003111457A JP2001306314A JP2001306314A JP2003111457A JP 2003111457 A JP2003111457 A JP 2003111457A JP 2001306314 A JP2001306314 A JP 2001306314A JP 2001306314 A JP2001306314 A JP 2001306314A JP 2003111457 A JP2003111457 A JP 2003111457A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a relatively inexpensive actuator for driving a driven body in a plurality of directions using a single displacement element. SOLUTION: The actuator 2 comprises a vibrator having a plurality of free vibration modes, and a piezoelectric element 4 for vibrating the vibrator upon power supply. The vibrator has a plurality of rods 22 (22A, 22B, 22C, 22D) and one of free vibration modes is excited by supplying power to the piezoelectric element 4 and vibrating it at a specified frequency thereby resonating any one rod 22. Vibration of the rod 22 is transmitted to the driven body through a chip part 24.

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、一般に、圧電素子
などの変位素子を用いたアクチュエータに関する。本発
明は特に、単一の変位素子を用いて複数の固有振動モー
ドを励起し、被駆動体に対し異なる方向に駆動力を作用
するアクチュエータに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention generally relates to an actuator using a displacement element such as a piezoelectric element. The present invention particularly relates to an actuator that excites a plurality of natural vibration modes using a single displacement element and applies a driving force to a driven body in different directions.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、圧電素子などの変位素子を用いた
アクチュエータは多数知られている。
2. Description of the Related Art Many actuators using displacement elements such as piezoelectric elements have been known.

【0003】例えば、特開平10−225151号公報
にて提案されたアクチュエータは、図14に示すよう
に、圧電素子(図示せず)をそれぞれ有する一対の振動
部材502、504と、これら振動部材それぞれの振動
方向一端部に設けた振動片を互いに所定角度を有するよ
うに接続してなるチップ部506とを備え、2つの振動
部材502、504の共振周波数を異ならせる。チップ
部506には被駆動体508が押圧されており、振動部
材502を共振させることで、被駆動体508は矢印5
10の向きに移動し、他方、振動部材504を共振させ
ることで、被駆動体508を矢印512の向きに移動す
る。
For example, as shown in FIG. 14, the actuator proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-225151 discloses a pair of vibrating members 502 and 504 each having a piezoelectric element (not shown), and each of these vibrating members. And a tip portion 506 in which vibrating pieces provided at one end in the vibrating direction are connected so as to have a predetermined angle with each other, and the resonance frequencies of the two vibrating members 502 and 504 are different. The driven body 508 is pressed against the chip portion 506, and the driven body 508 is resonated by resonating the vibrating member 502.
By moving the vibrating member 504 to resonate, the driven body 508 is moved in the direction of arrow 512.

【0004】また、特開2000−188887号にて
提案されたアクチュエータは、図15に示すように、圧
電素子(図示せず)を有する振動部材520の一次の固
有振動モード[図(a)]と二次の固有振動モード[図
(b)]を利用する。振動部材520に押圧された被駆
動体であるロータ522は、一次の固有振動モードで
は、Fの力を受け時計周り方向524に回転し、他
方、二次の固有振動モードでは、Fの力を受け反時計
周り方向526に回転する。
The actuator proposed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-188887, as shown in FIG. 15, has a primary natural vibration mode of a vibration member 520 having a piezoelectric element (not shown) [FIG. (A)]. And the secondary natural vibration mode [Fig. (B)] are used. Rotor 522 to the vibrating member 520 is pressed with the driven member, in primary natural vibration mode, rotates in the clockwise direction 524 under the force of F 1, while in the secondary natural vibration mode, the F 2 It receives a force and rotates in a counterclockwise direction 526.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図14に示すアクチュ
エータでは、各振動部材502、504に対し、圧電素
子及び該素子を駆動する駆動回路が必要となるので、ア
クチュエータが比較的高価である。
In the actuator shown in FIG. 14, a piezoelectric element and a drive circuit for driving the piezoelectric element are required for each of the vibrating members 502 and 504, so the actuator is relatively expensive.

【0006】図15に示すアクチュエータでは、振動部
材520に対し圧電素子が一つだけであるが、振動部材
520の異なる次数の固有振動モードを利用しているた
め、各モード間で振動部材520の振動数や振幅の差が
大きく、したがって駆動方向524と526では出力差
が生じる。また、このアクチュエータは、被駆動体を一
つの軸周りの回転方向の切換えのみに利用でき、二つ以
上の軸周りに回転させることは実質的に困難である。
In the actuator shown in FIG. 15, only one piezoelectric element is provided for the vibrating member 520. However, since the vibration modes of the vibrating member 520 are different, the vibrating member 520 has different natural vibration modes. The difference between the frequencies and the amplitudes is large, so that an output difference occurs in the driving directions 524 and 526. Further, this actuator can be used only for switching the rotational direction of the driven body about one axis, and it is substantially difficult to rotate the driven body about two or more axes.

【0007】そこで、本発明は、単一の変位素子及び駆
動回路を用いて被駆動体を複数の方向に駆動させる比較
的安価なアクチュエータを提供することである。
Therefore, the present invention is to provide a relatively inexpensive actuator that drives a driven body in a plurality of directions using a single displacement element and a drive circuit.

【0008】本発明はまた、複数の駆動方向で駆動力の
差が小さいアクチュエータを提供することを目的とす
る。
Another object of the present invention is to provide an actuator having a small difference in driving force in a plurality of driving directions.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るアクチュエータは、第1及び第2の固
有振動モードを備えた振動体と、通電により振動し、こ
れにより前記振動体を振動させるための変位素子(例え
ば圧電素子)とを有するアクチュエータであって、変位
素子に通電し第1の振動数で振動させることにより第1
の固有振動モードを励起させ、このとき振動体の振動を
被駆動体に伝達させることで被駆動体を第1の方向に駆
動し、変位素子に通電し第2の振動数で振動させること
により第2の固有振動モードを励起させ、このとき振動
体の振動を被駆動体に伝達させることにより、被駆動体
を第1の方向とは異なる第2の方向に駆動することを特
徴とする。
In order to achieve the above object, an actuator according to the present invention vibrates by vibrating with a vibrating body having first and second natural vibration modes, and thereby vibrating the vibrating body. An actuator having a displacement element (for example, a piezoelectric element) for vibrating the first element, wherein the displacement element is energized to vibrate at a first frequency.
By exciting the natural vibration mode of, the vibration of the vibrating body is transmitted to the driven body at this time, the driven body is driven in the first direction, and the displacement element is energized to vibrate at the second frequency. A feature of the present invention is that the driven body is driven in a second direction different from the first direction by exciting the second natural vibration mode and transmitting the vibration of the vibrating body to the driven body at this time.

【0010】振動体は第1及び第2の振動部材を有し、
第1の固有振動モードにおいて第1の振動部材が共振
し、第2の固有振動モードにおいて第2の振動部材が共
振する。第1と第2の振動部材の材料・構成・配置など
を略同一にするとともに、第1の第2の振動部材の固有
振動モードとしてともに同じ次数のものを利用すること
により、第1と第2の方向で駆動力の差を小さくするこ
とができる。
The vibrating body has first and second vibrating members,
The first vibrating member resonates in the first natural vibration mode, and the second vibrating member resonates in the second natural vibration mode. By making the first and second vibrating members substantially the same in material, configuration, arrangement, etc., and using the same order as the natural vibration modes of the first and second vibrating members, The difference in driving force can be reduced in the two directions.

【0011】アクチュエータは、振動体を被駆動体に押
圧する押圧部材をさらに備えるのが好ましい。これによ
り、振動体の振動を被駆動体に高効率・高精度で伝達で
きる。
The actuator preferably further comprises a pressing member for pressing the vibrating body against the driven body. Thereby, the vibration of the vibrating body can be transmitted to the driven body with high efficiency and accuracy.

【0012】アクチュエータは、振動体に第1及び/又
は第2の固有振動モードを励起させる際に、変位素子が
共振するように設計してもよい。これにより、振動体の
振動とともに変位素子の振動を被駆動体の駆動に利用す
ることができる。
The actuator may be designed so that the displacement element resonates when exciting the first and / or second natural vibration modes in the vibrating body. Accordingly, the vibration of the displacement element as well as the vibration of the vibrating body can be used to drive the driven body.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に係る実施の形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0014】図1は、本発明に係るアクチュエータの一
実施形態を示す概略的な斜視図である。全体を符号2で
表わすアクチュエータは、その外形が略四角錐状に形成
されている。中心軸(四角錐の頂点から底面の中心との
間)には、変位素子である圧電素子4が配置されてい
る。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of an actuator according to the present invention. The outer shape of the actuator, which is generally denoted by reference numeral 2, is formed in a substantially quadrangular pyramid shape. A piezoelectric element 4, which is a displacement element, is arranged on the central axis (between the apex of the quadrangular pyramid and the center of the bottom surface).

【0015】圧電素子4は、図2に示すように、PZT
(チタン酸ジルコン酸鉛)など圧電効果を有するセラミ
ックス材料を薄く伸ばしてなる板6と、電極8、10と
を交互に積層して形成された積層型圧電素子である。セ
ラミックス板6と電極8、10は接着剤などで接合され
ている。1つおきに配置された電極群8、10は、それ
ぞれ配線12、14を介して駆動回路16に接続されて
おり、その結果、駆動回路16により所定の電圧が電極
8、10に印加されると、電極8、10に挟まれたセラ
ミックス板6の分極の方向が、積層方向に沿って上向き
下向きを交互に繰り返すようになっている。この構成に
よれば、駆動回路16により所定の周波数の交流電圧が
電極8、10間に印加されると、圧電素子4全体が積層
方向に伸縮を繰り返す。なお、圧電素子4の長手方向に
関する両端部に設けた部材18、20は、保護層であ
り、一方はチップ部(後述)、他方はベース部(後述)
と接続するためのものである。
As shown in FIG. 2, the piezoelectric element 4 is a PZT.
It is a laminated piezoelectric element formed by alternately laminating a plate 6 formed by thinly extending a ceramic material having a piezoelectric effect such as (lead zirconate titanate) and electrodes 8 and 10. The ceramic plate 6 and the electrodes 8 and 10 are joined with an adhesive or the like. The electrode groups 8 and 10 arranged at intervals of two are connected to the drive circuit 16 via the wirings 12 and 14, respectively, and as a result, a predetermined voltage is applied to the electrodes 8 and 10 by the drive circuit 16. Then, the direction of polarization of the ceramic plate 6 sandwiched between the electrodes 8 and 10 is alternately repeated upward and downward along the stacking direction. With this configuration, when the driving circuit 16 applies an AC voltage of a predetermined frequency between the electrodes 8 and 10, the entire piezoelectric element 4 repeats expansion and contraction in the stacking direction. The members 18 and 20 provided at both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric element 4 are protective layers, one of which is a chip portion (described later) and the other is a base portion (described later).
It is for connecting with.

【0016】図1に戻って、四角錐の頂点から底面に向
かう4つの斜辺上には、振動部材として四角柱形状の金
属製ロッド22(22A,22B,22C,22D)が
配置されている。これらロッド22A,22B,22
C,22Dは、頂点側から見て十字形をなしている。ロ
ッド22の長手方向一端部と圧電素子4の長手方向一端
部は、接着剤により、四角錐の頂点に位置する金属製の
チップ部24に接合されている。チップ部24は、後述
するように圧電素子4に所定の周波数の電圧を印加する
と実質的に所定の方向に往復運動し、これによりチップ
部24に押圧された被駆動体(図示せず)が所定の方向
に駆動されるようにしてある。チップ部24は、被駆動
体との接触面を有する。アクチュエータ2のチップ部2
4の反対側には、ばね25などの加圧部材が設けてあ
り、上記接触面が被駆動体に押圧されるようにしてあ
る。ロッド22の長手方向他端部と圧電素子4の長手方
向他端部は、接着剤により、四角錐の底面に位置する金
属製のベース部26に接合されている。
Returning to FIG. 1, a square rod-shaped metal rod 22 (22A, 22B, 22C, 22D) is arranged as a vibrating member on the four hypotenuses extending from the top of the quadrangular pyramid to the bottom surface. These rods 22A, 22B, 22
C and 22D have a cross shape when viewed from the apex side. One end of the rod 22 in the longitudinal direction and one end of the piezoelectric element 4 in the longitudinal direction are bonded to the metal tip portion 24 located at the apex of the quadrangular pyramid with an adhesive. When a voltage of a predetermined frequency is applied to the piezoelectric element 4 as described later, the tip portion 24 reciprocates substantially in a predetermined direction, and a driven body (not shown) pressed by the tip portion 24 is thereby moved. It is driven in a predetermined direction. The tip portion 24 has a contact surface with the driven body. Tip part 2 of actuator 2
A pressing member such as a spring 25 is provided on the side opposite to the contact surface 4 so that the contact surface is pressed by the driven body. The other end of the rod 22 in the longitudinal direction and the other end of the piezoelectric element 4 in the longitudinal direction are joined by an adhesive to a metal base portion 26 located on the bottom surface of the quadrangular pyramid.

【0017】ロッド22の材料としては、強度が高く減
衰率の低い点で、鉄系などが好ましい。チップ部24の
材料としては、安定して高い摩擦係数が得られ、且つ耐
摩耗性に優れたタングステンカーバイドなどが好まし
い。ベース部26の材料としては、製造が容易で、且つ
強度に優れたステンレス鋼などが好ましい。また、接着
剤としては、接着力及び強度に優れたエポキシ系樹脂な
どが好ましい。なお、ロッド22とチップ部24とは同
一材料から一体的に形成されていてもよい。
The rod 22 is preferably made of iron or the like because of its high strength and low damping rate. The material of the tip portion 24 is preferably tungsten carbide or the like, which can stably obtain a high friction coefficient and is excellent in wear resistance. As a material of the base portion 26, stainless steel or the like which is easy to manufacture and has excellent strength is preferable. Further, as the adhesive, an epoxy resin or the like having excellent adhesive strength and strength is preferable. The rod 22 and the tip portion 24 may be integrally formed from the same material.

【0018】ロッド22A,22B,22C,22D
は、同一の四角錐斜辺方向(ロッド長手方向)の長さを
有するが、後述する理由により(上記長手方向に垂直な
四角柱断面の各辺の長さである)厚みあるいは幅が少し
ずつ異なるように設計されており、この結果、後で詳述
するように、駆動回路16から圧電素子4に所定の周波
数の電圧を印加すると、その周波数に応じて4つのロッ
ド22のいずれか一つのみが共振するようになってい
る。このとき、チップ部24は、共振するロッド22の
長手方向に沿って振動し、チップ部24に接触する被駆
動体は、共振ロッド22の伸長方向に駆動力を受ける。
Rods 22A, 22B, 22C, 22D
Have the same length in the hypotenuse direction of the quadrangular pyramid (longitudinal direction of the rod), but the thickness or width is slightly different (which is the length of each side of the rectangular prism cross section perpendicular to the longitudinal direction) for the reason described later. As a result, when a voltage of a predetermined frequency is applied from the drive circuit 16 to the piezoelectric element 4, only one of the four rods 22 is designed in accordance with the frequency. Are resonating. At this time, the tip portion 24 vibrates along the longitudinal direction of the resonating rod 22, and the driven body contacting the tip portion 24 receives a driving force in the extending direction of the resonating rod 22.

【0019】例えば、図3(a)に示すように被駆動体
が球体28の場合、対向するロッド22A、22Cの斜
辺を含む面により球体28を切断した円断面に関し、ロ
ッド22Aの共振により、被駆動体28は、ロッド22
B側から見て反時計周り方向30Aに回転する。同様
に、上記円断面に関し、ロッド22Cの共振により、被
駆動体28は、ロッド22B側から見て時計周り方向3
0Cに回転する。
For example, when the driven body is a sphere 28 as shown in FIG. 3 (a), the resonance of the rod 22A is caused by the resonance of the rod 22A with respect to the circular cross section of the sphere 28 cut by the plane including the oblique sides of the opposing rods 22A and 22C. The driven body 28 is the rod 22.
Rotate in the counterclockwise direction 30A when viewed from the B side. Similarly, with respect to the circular cross section, the driven body 28 moves in the clockwise direction 3 when viewed from the rod 22B side due to the resonance of the rod 22C.
Rotate to 0C.

【0020】他方、対向するロッド22B、22Dの斜
辺を含む面により球体28を切断した円断面に関し、ロ
ッド22Bの共振により、被駆動体28は、ロッド22
A側から見て時計周り方向30Bに回転する。同様に、
上記円断面に関し、ロッド22Dの共振により、被駆動
体28は、ロッド22A側から見て反時計周り方向30
Dに回転する。
On the other hand, regarding the circular cross section of the sphere 28 cut by the plane including the oblique sides of the opposing rods 22B and 22D, the driven body 28 is moved to the rod 22 due to the resonance of the rod 22B.
Rotate clockwise 30B when viewed from the A side. Similarly,
With respect to the circular cross section, the driven body 28 moves in the counterclockwise direction 30 as viewed from the rod 22A side due to the resonance of the rod 22D.
Rotate to D.

【0021】図3(b)に示すように、被駆動体が平面
部材(スライダ)32の場合、ロッド22Aの共振によ
り、スライダ32はロッド22A側からロッド22C側
に向かう方向34Aにスライドし、ロッド22Cの共振
により、スライダ32はロッド22C側からロッド22
A側に向かう方向34Cにスライドする。他方、ロッド
22Bの共振により、スライダ32はロッド22B側か
らロッド22D(図3(b)では不図示)側に向かう方
向34Bにスライドし、ロッド22Dの共振により、ス
ライダ32はロッド22D側からロッド22B側に向か
う方向34Dにスライドする。
As shown in FIG. 3B, when the driven body is a plane member (slider) 32, the slider 32 slides in the direction 34A from the rod 22A side toward the rod 22C side due to the resonance of the rod 22A. The slider 32 moves from the rod 22C side to the rod 22C due to the resonance of the rod 22C.
Slide in the direction 34C toward the A side. On the other hand, the resonance of the rod 22B causes the slider 32 to slide in the direction 34B from the rod 22B side toward the rod 22D (not shown in FIG. 3B) side, and the resonance of the rod 22D causes the slider 32 to move from the rod 22D side to the rod 22D side. It slides in the direction 34D toward the 22B side.

【0022】ロッド22による駆動力と被駆動体の運動
との関係を、被駆動体が球体28の場合で説明する。ア
クチュエータ2のロッド、例えばロッド22Aを共振さ
せた場合、図4(a)に示すように、ロッド22Aが球
体28に近づく方向(伸長方向)に運動する際には、チ
ップ部24によって球体28に加わる接線方向の力、す
なわち球体28に伝達する駆動力が増加する。他方、図
4(b)に示すように、ロッド22Aが球体28から離
反する方向(縮小方向)に運動する際には、球体28に
伝達する駆動力が減少、ないしは駆動力が伝達しない。
したがって、前者の場合では被駆動体28に駆動力が多
く伝達されるが、後者の場合では、伝達される駆動力が
少ないか、あるいは駆動力が伝達されない。このような
ロッド22Aの往復運動時の駆動力の差異により、球体
28は、反時計周り方向36に回転する。
The relationship between the driving force of the rod 22 and the motion of the driven body will be described when the driven body is a sphere 28. When the rod of the actuator 2, for example, the rod 22A is resonated, as shown in FIG. 4A, when the rod 22A moves in a direction approaching the sphere 28 (extension direction), the tip portion 24 causes the sphere 28 to move. The tangential force applied, that is, the driving force transmitted to the sphere 28, increases. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the rod 22A moves in the direction away from the spherical body 28 (reduction direction), the driving force transmitted to the spherical body 28 decreases or the driving force does not transmit.
Therefore, in the former case, a large driving force is transmitted to the driven body 28, but in the latter case, the driving force transmitted is small or the driving force is not transmitted. Due to the difference in the driving force during the reciprocating movement of the rod 22A, the spherical body 28 rotates in the counterclockwise direction 36.

【0023】次に、図1に示すように構成されたアクチ
ュエータ2において、圧電素子4に所定の周波数の電圧
を印加したときに、4つのロッド22のいずれか一つの
みを共振させるための条件について、図5、6を参照し
て説明する。
Next, in the actuator 2 constructed as shown in FIG. 1, a condition for resonating only one of the four rods 22 when a voltage of a predetermined frequency is applied to the piezoelectric element 4. This will be described with reference to FIGS.

【0024】図5は、4つのロッド22A,22B,2
2C,22Dを備えたアクチュエータ2の固有振動の様
子を示す図である(なお、ベース部26は図示が省略さ
れている。)。固有振動には、4つのロッド22が同じ
位相で振動するモード1[図(a)]、隣接する2つの
ロッドが同じ位相で振動し残り2つのロッドが上記位相
とは逆の位相で振動するモード2、3[図(b)、
(c)]、対向するロッドが同じ位相で振動し、残り2
つのロッドが上記位相とは逆の位相で振動するモード4
[図(d)]の4種類が存在する。モード2では、ロッ
ド22A、22Dの対とロッド22B、22Cの対とが
それぞれ同位相で振動し、モード3では、ロッド22
A、22Bの対とロッド22C、22Dの対とがそれぞ
れ同位相で振動する。
FIG. 5 shows four rods 22A, 22B, 2
It is a figure which shows the mode of the natural vibration of the actuator 2 provided with 2C and 22D (it does not illustrate the base part 26). Mode 1 [Fig. (A)] in which four rods 22 vibrate in the same phase as the natural vibration, two adjacent rods vibrate in the same phase and the remaining two rods vibrate in a phase opposite to the above phase. Modes 2 and 3 [Figure (b),
(C)], the opposing rods vibrate in the same phase, and the remaining 2
Mode 4 in which two rods vibrate in the opposite phase to the above
There are four types as shown in FIG. In mode 2, the pair of rods 22A and 22D and the pair of rods 22B and 22C vibrate in the same phase, and in mode 3, the rod 22A and 22C vibrate in the same phase.
The pair of A and 22B and the pair of rods 22C and 22D vibrate in the same phase.

【0025】これらロッド22が同一のものである場
合、チップ部24が変形せず、ロッド22を両端固定の
曲がり梁と仮定すると、4つの固有振動モードの振動数
は原理的に一致する。しかしながら、実際には、チップ
部24やベース部26が変位・変形するなどの影響によ
り、固有振動モードの振動数は、モード2と3が一致す
ることを除き異なる値をとる。
When these rods 22 are the same, assuming that the tip portion 24 is not deformed and the rod 22 is a curved beam with both ends fixed, the frequencies of the four natural vibration modes are in principle the same. However, in reality, due to the displacement and deformation of the tip portion 24 and the base portion 26, the frequency of the natural vibration mode takes different values except that the modes 2 and 3 match.

【0026】そこで、4つの固有振動モードの振動数を
一致させるように、アクチュエータ2の構成を工夫す
る。一般に、固有振動モードは、ばね要素とおもり要素
を備えた1つの振動系で表わすことができる。振動系の
ばね要素の剛性を高くすると振動数は上昇し、剛性を低
くすると低下する。また、おもり要素の質量を増やすと
振動数は低下し、減らすと上昇する。そこで、モード
1、2(3)、4では、振動系のばね要素とおもり要素
に違いがあることに着目する。
Therefore, the structure of the actuator 2 is devised so that the frequencies of the four natural vibration modes match. In general, the natural vibration mode can be represented by one vibration system including a spring element and a weight element. When the rigidity of the spring element of the vibration system is increased, the frequency increases, and when the rigidity is decreased, the frequency decreases. The frequency decreases as the mass of the weight element increases, and increases as the mass decreases. Therefore, in modes 1, 2 (3) and 4, attention is paid to the difference between the spring element and the weight element of the vibration system.

【0027】例えば、モード2(3)では、チップ部2
4がおもり要素となっている(チップ部24はほぼ往復
移動する)ので、この質量を増やすと振動数は低下する
が、モード1、4では、チップ部24はおもり要素では
ない(チップ部24はあまり移動しない)ので、質量を
増やしても振動数は変化しない。
For example, in the mode 2 (3), the chip unit 2
Since 4 is a weight element (the tip portion 24 reciprocates substantially), increasing the mass lowers the frequency, but in modes 1 and 4, the tip portion 24 is not a weight element (the tip portion 24 Does not move much), so increasing the mass does not change the frequency.

【0028】反対に、モード1、4では、チップ部24
はばね要素となっている(チップ部24は、モード1で
は同じ位相で、モード4では逆位相でロッド22から変
形力を受ける)ので、剛性を高くすると振動数が上昇す
るが、モード2(3)では、チップ部24はばね要素で
ない(チップ部24は、ロッド22からあまり変形力を
受けない)ので、剛性を高くしても振動数は変化しな
い。剛性を変化させる場合、モード1でチップ部24が
受ける変形力は、ロッド22との固定部が同時に圧縮・
伸長されるものである。一方、モード4でチップ部24
が受ける変形力は、隣接するロッド22で交互に圧縮・
伸長されるものであり、モード1よりチップ部24の変
形量が大きくなる。したがって、剛性を高くするとモー
ド1よりモード4の振動数の方がより上昇する。
On the contrary, in the modes 1 and 4, the tip portion 24
Is a spring element (the tip portion 24 receives the deforming force from the rod 22 in the same phase in mode 1 and in the opposite phase in mode 4), so increasing the stiffness increases the frequency, but In 3), since the tip portion 24 is not a spring element (the tip portion 24 does not receive a deforming force from the rod 22), the frequency does not change even if the rigidity is increased. When changing the rigidity, the deformation force that the tip portion 24 receives in mode 1 is compressed by the fixing portion with the rod 22 at the same time.
It is extended. On the other hand, in mode 4, the chip section 24
The deforming force received by the
Since it is extended, the amount of deformation of the tip portion 24 is larger than in mode 1. Therefore, when the rigidity is increased, the frequency of mode 4 is higher than that of mode 1.

【0029】このようにチップ部24の質量、剛性を、
その形状、材料の密度、弾性率などを調整して変化させ
ることにより、4つの固有振動モードの振動数をほぼ一
致させることができる。この場合、4つの固有振動モー
ドが縮退しているので、アクチュエータ2の振動系には
4つの自由度が存在している。そこで、各ロッド22の
厚みや幅などを互いに僅かに異ならせて4つのロッド2
2の固有振動数に微小な違いを持たせることにより、圧
電素子4を所定の駆動周波数で振動させることで、この
駆動周波数に対応して、4つのロッド22の一つが実質
的に独立して共振する4種類の固有振動モードのいずれ
かを励起させることができる。なお、上記のように振動
部材である4つのロッド22をその特性の差を小さくす
るのが、圧電素子4の駆動周波数の制御範囲を小さくす
るとともに、駆動方向による駆動力の差をできるだけ小
さくする点で好ましい。
Thus, the mass and rigidity of the tip portion 24 are
By adjusting and changing the shape, the density of the material, the elastic modulus, etc., the frequencies of the four natural vibration modes can be made substantially equal. In this case, since the four natural vibration modes are degenerated, the vibration system of the actuator 2 has four degrees of freedom. Therefore, the thickness and width of each rod 22 are slightly different from each other, and
By virtue of vibrating the piezoelectric element 4 at a predetermined driving frequency by making a slight difference in the natural frequency of 2, one of the four rods 22 is substantially independent corresponding to this driving frequency. It is possible to excite any of the four types of natural vibration modes that resonate. As described above, reducing the difference in the characteristics of the four rods 22 that are the vibrating members reduces the control range of the drive frequency of the piezoelectric element 4 and also minimizes the difference in the drive force depending on the drive direction. It is preferable in terms.

【0030】図6に各ロッド22が実質的に独立して共
振する各固有振動モードの振動の様子を示す。図
(a),(b),(c),(d)はそれぞれ、ロッド2
2A,22B,22C,22Dが独立して共振する場合
を示している。これらの固有振動モードは、その振動数
は互いに異なるが、4つのロッド22の減衰特性が互い
に等しいため、チップ部24の振幅がほぼ同一の振動で
ある。これらの固有振動により、チップ部24は、共振
するロッド22の長手方向に沿って実質的に往復運動を
行う。
FIG. 6 shows the vibration of each natural vibration mode in which each rod 22 resonates substantially independently. Figures (a), (b), (c), and (d) show the rod 2 respectively.
The case where 2A, 22B, 22C, and 22D independently resonate is shown. Although these natural vibration modes have different frequencies, the damping characteristics of the four rods 22 are equal to each other, so that the tip portions 24 have substantially the same amplitude. Due to these natural vibrations, the tip portion 24 substantially reciprocates along the longitudinal direction of the resonating rod 22.

【0031】各ロッド22の固有振動数の差は、ロッド
22の減衰特性(これは主にロッド22の材料により決
まる。)に応じて設定される。すなわち、ロッド22の
減衰が大きい場合には、共振曲線は、ピーク値が小さく
裾の広がった形状となるため、固有振動数の差を比較的
大きくしないと(縮退した振動数が例えば100kHz
程度に対し10kHz程度の差)、特定のロッド22を
共振させる際に他のロッド22に余分な振動が生じ、チ
ップ部24は往復運動でなく楕円運動を行う。ロッド2
2の減衰が小さい場合には、共振曲線は急峻なカーブを
描くため、モード間の固有振動数が比較的近くても(縮
退した振動数が例えば100kHz程度に対し1kHz
程度の差)、特定のロッド22を共振させる際に他のロ
ッド22に余分な振動が生じにくく、したがって、チッ
プ部24は往復運動を行う。但し、後者の場合、アクチ
ュエータ2の組立て誤差やアクチュエータ2の使用環境
(例えば温度)の変化などにより、ロッドの振動特性
(例えば共振曲線)が変化すると、チップ部24の振幅
が変動するため、チップ部24の変位の大きさなどを検
出し、環境変化などで変化する固有振動数に圧電素子4
の駆動周波数を合わせる回路を設けるのが望ましい。チ
ップ部24の変位を検出する方法としては、1)距離セ
ンサなどを用いる、2)圧電素子4に流れる電流を検出
する、3)被駆動体が球体の場合、球体の回転数を検出
する、などが例示できる。
The difference in the natural frequency of each rod 22 is set according to the damping characteristic of the rod 22 (this is mainly determined by the material of the rod 22). That is, when the damping of the rod 22 is large, the resonance curve has a shape with a small peak value and a wide skirt, so that the difference in natural frequency must be relatively large (the degenerate frequency is, for example, 100 kHz).
(A difference of about 10 kHz with respect to the degree), an extra vibration is generated in another rod 22 when resonating a specific rod 22, and the tip portion 24 performs an elliptic movement instead of a reciprocating movement. Rod 2
When the attenuation of 2 is small, the resonance curve draws a steep curve, so that even if the natural frequencies between the modes are relatively close (for example, the degenerate frequency is about 1 kHz for 100 kHz).
Excessive vibration does not easily occur in the other rods 22 when the specific rod 22 resonates, so that the tip portion 24 reciprocates. However, in the latter case, when the vibration characteristic (eg, resonance curve) of the rod changes due to an assembly error of the actuator 2 or a change in operating environment (eg, temperature) of the actuator 2, the amplitude of the tip portion 24 changes, so The piezoelectric element 4 detects the magnitude of displacement of the portion 24 and detects the natural frequency that changes due to environmental changes.
It is desirable to provide a circuit for matching the drive frequency of the. As a method of detecting the displacement of the tip portion 24, 1) a distance sensor or the like is used, 2) a current flowing through the piezoelectric element 4 is detected, and 3) when the driven body is a sphere, the rotational speed of the sphere is detected. Can be exemplified.

【0032】本アクチュエータ2において、駆動方向に
より駆動力に差が生じる場合は、共振させるロッド22
に対応して圧電素子4の駆動電圧値を調整することによ
り、駆動力の差を無くすことができる。
In the present actuator 2, when the driving force varies depending on the driving direction, the rod 22 that resonates is used.
By adjusting the drive voltage value of the piezoelectric element 4 in accordance with, it is possible to eliminate the difference in drive force.

【0033】図7は、圧電素子4の駆動回路16の一例
を示すブロック図である。駆動回路16は、正弦波信号
を出力する発振器40と、圧電素子4を駆動できるよう
に出力信号を増幅するパワーアンプ42と、発振器40
により出力する信号の周波数及びパワーアンプ42によ
る増幅率を制御するための制御部44とを有する。この
構成によれば、制御部44は、発振器40を制御して上
記4つの固有振動モードのいずれかに対応する周波数の
駆動信号を発生させることにより、圧電素子4を駆動し
て所望の固有振動モードを励起させる。制御部44はま
た、各方向の駆動力を厳密に一致させるために、固有振
動モードの切替えに合わせて増幅率を制御して、圧電素
子4の駆動電圧値を調整する。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of the drive circuit 16 for the piezoelectric element 4. The drive circuit 16 includes an oscillator 40 that outputs a sine wave signal, a power amplifier 42 that amplifies the output signal so as to drive the piezoelectric element 4, and an oscillator 40.
And a control unit 44 for controlling the frequency of the signal output by and the amplification factor of the power amplifier 42. According to this configuration, the control unit 44 controls the oscillator 40 to generate a drive signal having a frequency corresponding to any one of the above four natural vibration modes, thereby driving the piezoelectric element 4 to obtain a desired natural vibration. Excite the mode. The control unit 44 also controls the amplification factor in accordance with the switching of the natural vibration mode and adjusts the driving voltage value of the piezoelectric element 4 in order to exactly match the driving force in each direction.

【0034】以上の説明は、本発明の一実施形態に関す
るものであって、本発明は種々改変可能である。例え
ば、本発明に係るアクチュエータは、単一の変位素子の
振動を利用して複数方向の駆動力を作用するものであれ
ば、図1に示す構成に限らない。
The above description relates to one embodiment of the present invention, and the present invention can be variously modified. For example, the actuator according to the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 1 as long as it applies a driving force in a plurality of directions by utilizing the vibration of a single displacement element.

【0035】例えば、図8に示すアクチュエータ102
は、ロッド122(122A,122B,122C,1
22D)の一端は、ベース部126に固定されずに自由
端となっている。各ロッド122の(長手方向の)長さ
は少しずつ異ならせてあり、これにより各ロッド122
は異なる振動数で共振する。各ロッド122の固有振動
数は、圧電素子104の共振周波数又はその近傍に設定
されており、ロッド122のいずれか一つと圧電素子1
04を同時に共振させることが可能である。圧電素子1
04の共振現象を利用することで、アクチュエータ10
2は、図1に示すアクチュエータ2に比べてチップ部1
24の変位をより大きくし、駆動効率を向上させること
ができる。なお、圧電素子の共振を利用する態様につい
ては、後述する実施形態において詳しく説明する。
For example, the actuator 102 shown in FIG.
Is a rod 122 (122A, 122B, 122C, 1
22D) has one end that is not fixed to the base portion 126 and is a free end. The length of each rod 122 (in the longitudinal direction) is slightly different, so that each rod 122
Resonate at different frequencies. The natural frequency of each rod 122 is set to the resonance frequency of the piezoelectric element 104 or in the vicinity thereof.
It is possible to resonate 04 at the same time. Piezoelectric element 1
By utilizing the resonance phenomenon of 04, the actuator 10
2 is a chip portion 1 as compared with the actuator 2 shown in FIG.
The displacement of 24 can be made larger and the driving efficiency can be improved. Note that a mode of utilizing the resonance of the piezoelectric element will be described in detail in an embodiment described later.

【0036】図9は、本発明に係る別のアクチュエータ
の概略斜視図を示す。このアクチュエータ202は、振
動部材として薄板状の4つの金属製アーム250A,2
50B,250C,250Dが十字状に一体的に形成さ
れ、その中心が、圧電素子204のベース部226との
接合部とは反対側に位置するようになっている。各ロッ
ド250A,250B,250C,250Dの自由端に
はそれぞれ、被駆動体である球体228(図10)と接
触するためのチップ部224A,224B,224C,
224Dが設けてある。各アーム250の長さは少しず
つ異ならせてあり、これにより各アーム250は異なる
振動数で共振する。各アーム250の固有振動数は、圧
電素子204の共振周波数又はその近傍に設定されてお
り、アーム250のいずれか一つを共振させることが可
能である。
FIG. 9 shows a schematic perspective view of another actuator according to the present invention. The actuator 202 includes four thin plate-shaped metal arms 250A and 2A as vibration members.
50B, 250C, and 250D are integrally formed in a cross shape, and the center thereof is located on the side opposite to the joint between the piezoelectric element 204 and the base portion 226. The free ends of the rods 250A, 250B, 250C and 250D are respectively provided with tip parts 224A, 224B, 224C for contacting with a spherical body 228 (FIG. 10) which is a driven body.
224D is provided. The lengths of the arms 250 are slightly different so that the arms 250 resonate at different frequencies. The natural frequency of each arm 250 is set to the resonance frequency of the piezoelectric element 204 or in the vicinity thereof, and any one of the arms 250 can resonate.

【0037】図10を参照して、球体228に対しアク
チュエータ202を押圧した状態で、例えば図(a)に
示すようにアーム250Aをその固有振動数で共振させ
ると、球体228には力Fが作用し、球体228は図
面上時計周り方向に回転する。一方、例えば図(b)に
示すようにアーム250Cをその固有振動数で共振させ
ると、球体228には力Fが作用し、球体228は図
面上反時計周り方向に回転する。
Referring to FIG. 10, when the arm 250A is resonated at its natural frequency as shown in FIG. 10A with the actuator 202 pressed against the sphere 228, the force F 1 is applied to the sphere 228. And the sphere 228 rotates clockwise in the drawing. On the other hand, for example, when the arm 250C resonates at its natural frequency as shown in FIG. 7B, the force F 2 acts on the sphere 228, and the sphere 228 rotates counterclockwise in the drawing.

【0038】図11は、本発明に係るさらに別のアクチ
ュエータを示す概略斜視図である。このアクチュエータ
302の圧電素子304は、XY平面上に配置されたベ
ース部326に接合された、Z方向に伸びた四角柱形状
を有する積層型圧電素子である。ベース部326との接
合部と反対側には、同じXY断面形状を有するチップ部
324が取付けられている。チップ部324の対向する
2つの面上から、振動部材として薄板状のアーム350
A、350CがY方向に伸びている。2つのアーム35
0A、350Cの長さには微小な差が設けてあり、各ア
ームが異なる固有振動数で共振するようになっている。
チップ部324の先端には、被駆動体として例えばロー
タ352が押圧されている。
FIG. 11 is a schematic perspective view showing still another actuator according to the present invention. The piezoelectric element 304 of the actuator 302 is a laminated piezoelectric element that is joined to a base portion 326 arranged on the XY plane and has a rectangular prism shape extending in the Z direction. A tip portion 324 having the same XY cross-sectional shape is attached to the side opposite to the joint portion with the base portion 326. A thin plate-shaped arm 350 serving as a vibrating member is provided from two facing surfaces of the tip portion 324.
A and 350C extend in the Y direction. Two arms 35
There is a slight difference between the lengths of 0A and 350C, and each arm resonates at a different natural frequency.
A rotor 352 as a driven body is pressed against the tip of the tip portion 324.

【0039】本実施形態では、圧電素子304は、伸縮
振動と曲げ振動の固有振動数がほぼ一致するように設計
されており、これにより、チップ部324は、圧電素子
304の伸縮振動によりZ方向に関し、曲げ振動により
Y方向に関して振動することができる。アーム350
A、350Cの曲げ振動の固有振動数は、圧電素子30
4の縮退した振動数の近傍に設定されており、また、チ
ップ部324にY方向に伸びたアーム350A、350
Cが取付けてあるため、圧電素子304を縮退した固有
振動数又はその近傍で共振させる際に、圧電素子304
の振動はYZ平面内に、すなわちチップ部324の振動
はY方向に規制される。
In the present embodiment, the piezoelectric element 304 is designed so that the natural frequencies of the stretching vibration and the bending vibration are substantially equal to each other, whereby the tip portion 324 is caused by the stretching vibration of the piezoelectric element 304 in the Z direction. With respect to, the bending vibration can vibrate in the Y direction. Arm 350
The natural frequencies of the bending vibrations of A and 350C are the piezoelectric element 30.
4 is set near the degenerate frequency, and the arms 350A and 350 extending in the Y direction are attached to the tip portion 324.
Since C is attached, when the piezoelectric element 304 is resonated at the degenerated natural frequency or in the vicinity thereof, the piezoelectric element 304
In the YZ plane, that is, the vibration of the tip portion 324 is restricted in the Y direction.

【0040】このような構成において、圧電素子304
の駆動周波数をアーム350Aの固有振動数に一致させ
ると、アーム350Aの振動に合わせて、圧電素子30
4が伸縮振動と曲げ振動を同時に行う。より詳しくは、
圧電素子304が縮むと左に曲がり[図12(a)の状
態]、伸びると右に曲がる。アクチュエータ302は、
この固有振動モードにおいてチップ部324が図12略
右上45度の第1の方向に振動するように設計されてい
る。一方、圧電素子304の駆動周波数をアーム350
Cの固有振動数に一致させると、アーム350Cの振動
に合わせて、圧電素子304が伸縮振動と曲げ振動を同
時に行う。より詳しくは、圧電素子304が縮むと右に
曲がり[図12(b)の状態]、伸びると左に曲がる。
アクチュエータ302は、この固有振動モードにおいて
チップ部324が図12略左上45度の第2の方向に振
動するように設計されている。本実施形態では、2つの
固有振動モード(1つの伸縮振動と1つの曲げ振動)が
縮退しているので、アクチュエータ304の振動系には
2つの自由度が存在しており、チップ部424は、上記
第1及び第2の方向に独立して変位することができる。
したがって、チップ部324の先端に押圧されたロータ
352は、圧電素子304の駆動周波数を切換えてアー
ム350A、350Cを選択的に振動させることにより
正逆回転することができる。アーム350A、350C
の形状差は微小であるので、2つの固有振動モードでの
出力を略等しくすることが可能である。
In such a structure, the piezoelectric element 304
When the driving frequency of the arm 350A is matched with the natural frequency of the arm 350A, the piezoelectric element 30 is synchronized with the vibration of the arm 350A.
4 performs stretching vibration and bending vibration at the same time. For more details,
When the piezoelectric element 304 contracts, it bends to the left [state of FIG. 12 (a)], and when it extends, it bends to the right. The actuator 302 is
In this natural vibration mode, the tip portion 324 is designed to vibrate in the first direction at approximately 45 degrees in the upper right of FIG. On the other hand, the drive frequency of the piezoelectric element 304 is set to the arm 350.
When the natural frequency of C is matched, the piezoelectric element 304 simultaneously performs stretching vibration and bending vibration in accordance with the vibration of the arm 350C. More specifically, when the piezoelectric element 304 contracts, it bends to the right [state of FIG. 12 (b)], and when it extends, it bends to the left.
The actuator 302 is designed so that the tip portion 324 vibrates in the second direction of about 45 degrees at the upper left of FIG. 12 in this natural vibration mode. In this embodiment, since two natural vibration modes (one stretching vibration and one bending vibration) are degenerated, the vibration system of the actuator 304 has two degrees of freedom, and the tip portion 424 is It can be independently displaced in the first and second directions.
Therefore, the rotor 352 pressed by the tip of the tip portion 324 can rotate forward and backward by switching the drive frequency of the piezoelectric element 304 and selectively vibrating the arms 350A and 350C. Arm 350A, 350C
Since the difference in the shape of is small, it is possible to make the outputs in the two natural vibration modes substantially equal.

【0041】圧電素子304が縮むと右に曲がり、伸び
ると左に曲がる固有振動モードは、圧電素子304が縮
むと左に曲がり、伸びると右に曲がる固有振動モードに
おいて、圧電素子304のZ方向の振動に対しY方向の
振動の位相が反転したものである。アーム350A、3
50Bの一方が振動したとき、固有振動モードのいずれ
が励起されるかは、アームと圧電素子からなる振動系の
運動量の総和が0になる条件から決定される。
When the piezoelectric element 304 contracts, it bends to the right, and when it expands, it bends to the left. When the piezoelectric element 304 contracts, it bends to the left, and when it expands, it bends to the right. The phase of the vibration in the Y direction is inverted with respect to the vibration. Arm 350A, 3
Which one of the natural vibration modes is excited when one of the vibrations of 50B vibrates is determined by the condition that the sum of the momentums of the vibration system including the arm and the piezoelectric element becomes zero.

【0042】図13は、本発明に係るさらにまた別のア
クチュエータを示す概略斜視図である。このアクチュエ
ータ402の圧電素子404とチップ部424は、Z方
向に中心軸を有する円柱状に形成されている。また、チ
ップ部424からは、振動部材として薄板状の3つのア
ーム450A,450B,450Cが互いに120度の
間隔をあけてXY平面上に伸びている。3つのアーム4
50A,450B,450Cの長さには微小な差が設け
てあり、各アームが異なる固有振動数で共振するように
なっている。チップ部424の先端には、被駆動体とし
て球体428が押圧されている。なお、図13ではベー
ス部は図示が省略されている。
FIG. 13 is a schematic perspective view showing still another actuator according to the present invention. The piezoelectric element 404 and the tip portion 424 of this actuator 402 are formed in a cylindrical shape having a central axis in the Z direction. Further, three thin plate-shaped arms 450A, 450B, and 450C as vibrating members extend from the tip portion 424 on the XY plane with an interval of 120 degrees therebetween. Three arms 4
There is a slight difference in the length of 50A, 450B, and 450C, and each arm resonates at a different natural frequency. At the tip of the tip portion 424, a spherical body 428 is pressed as a driven body. The base portion is not shown in FIG.

【0043】本実施形態では、圧電素子404は、伸縮
振動と曲げ振動の固有振動数がほぼ一致するように設計
されている。また、アーム450A,450B,450
Cの曲げ振動の固有振動数は、圧電素子404の縮退し
た振動数の近傍に設定されている。圧電素子404及び
チップ部424は断面形状が円形となっているため、ア
ーム450A,450B,450Cが取付けてない状態
で、圧電素子404を曲げ振動モードで共振させたと
き、チップ部424はXY平面の任意の方向に振動する
ことができる。実際には、チップ部424にはXY平面
の所定の方向に伸びたアーム450A,450B,45
0Cが取付けてあるため、圧電素子404を縮退した固
有振動数又はその近傍で共振させる際に、チップ部42
4の振動は上記所定の方向に規制される。
In this embodiment, the piezoelectric element 404 is designed so that the natural frequencies of the stretching vibration and the bending vibration are substantially the same. Also, the arms 450A, 450B, 450
The natural frequency of the bending vibration of C is set near the degenerated frequency of the piezoelectric element 404. Since the piezoelectric element 404 and the tip portion 424 have a circular cross-sectional shape, when the piezoelectric element 404 is resonated in the bending vibration mode with the arms 450A, 450B, and 450C not attached, the tip portion 424 has the XY plane. It can vibrate in any direction. In practice, the tip portion 424 has arms 450A, 450B, 45 extending in a predetermined direction of the XY plane.
Since 0C is attached, when the piezoelectric element 404 resonates at the degenerated natural frequency or in the vicinity thereof, the tip portion 42
The vibration of No. 4 is restricted in the above predetermined direction.

【0044】このような構成において、圧電素子404
の駆動周波数をアーム450A,450B,450Cの
いずれかの固有振動数に一致させると、選択されたアー
ムの共振に合わせて、圧電素子404が伸縮振動と曲げ
振動を同時に行う。図13には、アーム450Aを共振
させた場合のチップ部424の変位方向のみが示されて
いる。本実施形態では、3つの固有振動モード(1つの
伸縮振動と2つの曲げ振動)が縮退しているので、アク
チュエータ404の振動系には3つの自由度が存在して
おり、チップ部424は、アーム450A,450B,
450Cのいずれかの振動に合わせて3つの方向に独立
して変位することができる。したがって、本アクチュエ
ータ402は、被駆動体である球体428を三軸周りに
回転することができる。
In such a structure, the piezoelectric element 404
When the drive frequency is matched with the natural frequency of any of the arms 450A, 450B, and 450C, the piezoelectric element 404 simultaneously performs stretching vibration and bending vibration in accordance with the resonance of the selected arm. FIG. 13 shows only the displacement direction of the tip portion 424 when the arm 450A is resonated. In this embodiment, since three natural vibration modes (one stretching vibration and two bending vibrations) are degenerated, the vibration system of the actuator 404 has three degrees of freedom, and the tip portion 424 is Arms 450A, 450B,
It can be independently displaced in three directions according to the vibration of any of 450C. Therefore, the actuator 402 can rotate the spherical body 428 that is a driven body around three axes.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、単一の変位素子及び駆
動回路を用いて被駆動体を複数方向に駆動できる比較的
安価なアクチュエータを提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a relatively inexpensive actuator which can drive a driven body in a plurality of directions by using a single displacement element and a drive circuit.

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

【図1】 本発明に係るアクチュエータの一実施形態を
示す概略斜視図。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of an actuator according to the present invention.

【図2】 図1のアクチュエータに用いる積層型圧電素
子の断面図。
2 is a cross-sectional view of a laminated piezoelectric element used in the actuator of FIG.

【図3】 (a)被駆動体として球体を駆動する場合の
駆動方向を示す図。 (b)被駆動体としてスライダを駆動する場合の駆動方
向を示す図。
FIG. 3A is a diagram showing a driving direction in the case of driving a sphere as a driven body. (B) The figure which shows the drive direction at the time of driving a slider as a driven body.

【図4】 図1のアクチュエータにより球体を回転させ
る原理を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the principle of rotating a sphere by the actuator of FIG.

【図5】 図1のアクチュエータにおいて、4つのロッ
ドの特性を同一に設計した場合の固有振動モードを示す
図。
FIG. 5 is a diagram showing natural vibration modes in the actuator of FIG. 1 when the characteristics of four rods are designed to be the same.

【図6】 図1のアクチュエータにおいて、4つのロッ
ドの特性を僅かに異ならせて設計した場合の固有振動モ
ードを示す図。
FIG. 6 is a diagram showing natural vibration modes in the actuator of FIG. 1 when the characteristics of four rods are designed to be slightly different.

【図7】 図2の圧電素子の駆動回路の一例を示すブロ
ック図。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a drive circuit for the piezoelectric element shown in FIG.

【図8】 本発明に係るアクチュエータの他の実施形態
を示す概略斜視図。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing another embodiment of the actuator according to the present invention.

【図9】 本発明に係るアクチュエータの別の実施形態
を示す概略斜視図。
FIG. 9 is a schematic perspective view showing another embodiment of the actuator according to the present invention.

【図10】 図9のアクチュエータにより球体を回転さ
せる原理を示す図。
10 is a diagram showing the principle of rotating a sphere by the actuator of FIG.

【図11】 本発明に係るアクチュエータのさらに別の
実施形態を示す概略斜視図。
FIG. 11 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the actuator according to the present invention.

【図12】 図11のアクチュエータにおける固有振動
モードを示す図。
12 is a diagram showing a natural vibration mode in the actuator of FIG.

【図13】 本発明に係るアクチュエータのさらにまた
別の実施形態を示す概略斜視図。
FIG. 13 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the actuator according to the present invention.

【図14】 従来のアクチュエータの一例を示す概略斜
視図。
FIG. 14 is a schematic perspective view showing an example of a conventional actuator.

【図15】 従来のアクチュエータの別の例を示す概略
斜視図。
FIG. 15 is a schematic perspective view showing another example of a conventional actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2:アクチュエータ、4:圧電素子(変位素子)、2
2:ロッド(振動部材)、24:チップ部、25:押圧
部材、26:ベース部、28:球体(被駆動体)。
2: Actuator, 4: Piezoelectric element (displacement element), 2
2: rod (vibration member), 24: tip portion, 25: pressing member, 26: base portion, 28: spherical body (driven body).

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1及び第2の固有振動モードを備えた
振動体と、通電により振動し、これにより前記振動体を
振動させるための変位素子とを有するアクチュエータで
あって、 前記変位素子に通電し第1の振動数で振動させることに
より第1の固有振動モードを励起させ、このとき振動体
の振動を被駆動体に伝達させることで被駆動体を第1の
方向に駆動し、 前記変位素子に通電し第2の振動数で振動させることに
より第2の固有振動モードを励起させ、このとき振動体
の振動を被駆動体に伝達させることにより、被駆動体を
第1の方向とは異なる第2の方向に駆動することを特徴
とするアクチュエータ。
1. An actuator comprising: a vibrating body having first and second natural vibration modes; and a displacement element for vibrating when energized to vibrate the vibrating body. The first natural vibration mode is excited by energizing and vibrating at the first frequency, and at this time, the driven body is driven in the first direction by transmitting the vibration of the vibrating body to the driven body, The displacement element is energized to vibrate at the second frequency to excite the second natural vibration mode, and at this time, the vibration of the vibrating body is transmitted to the driven body so that the driven body moves in the first direction. An actuator which drives in a different second direction.
【請求項2】 前記振動体は第1及び第2の振動部材を
有し、第1の固有振動モードにおいて第1の振動部材が
共振し、第2の固有振動モードにおいて第2の振動部材
が共振することを特徴とする請求項1のアクチュエー
タ。
2. The vibrating body has first and second vibrating members, wherein the first vibrating member resonates in a first natural vibration mode and the second vibrating member in a second natural vibration mode. The actuator according to claim 1, which resonates.
【請求項3】 前記振動体を被駆動体に押圧する押圧部
材をさらに備えた請求項1又は2のアクチュエータ。
3. The actuator according to claim 1, further comprising a pressing member that presses the vibrating body against a driven body.
【請求項4】 前記振動体に前記第1及び/又は第2の
固有振動モードを励起させる際に、前記変位素子が共振
することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
アクチュエータ。
4. The actuator according to claim 1, wherein the displacement element resonates when the vibrating body excites the first and / or second natural vibration modes. .
【請求項5】 前記変位素子が圧電素子であることを特
徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のアクチュエー
タ。
5. The actuator according to claim 1, wherein the displacement element is a piezoelectric element.
【請求項6】 第1及び第2の固有振動モードを備えた
振動体と、通電により振動し、これにより前記振動体を
振動させるための変位素子とを有するアクチュエータで
あって、 前記変位素子に通電し第1の振動数で振動させることに
より第1の固有振動モードを励起させ、このとき振動体
の振動を被駆動体に伝達させることで被駆動体を第1の
方向に駆動し、 前記変位素子に通電し第1の振動数と微小に異なる第2
の振動数で振動させることにより第2の固有振動モード
を励起させ、このとき振動体の振動を被駆動体に伝達さ
せることにより、被駆動体を第1の方向とは異なる第2
の方向に駆動することを特徴とするアクチュエータ。
6. An actuator having a vibrating body having first and second natural vibration modes, and a displacement element for vibrating when energized to vibrate the vibrating body, the actuator comprising: The first natural vibration mode is excited by energizing and vibrating at the first frequency, and at this time, the driven body is driven in the first direction by transmitting the vibration of the vibrating body to the driven body, The second element that is slightly different from the first frequency when the displacement element is energized
The second natural vibration mode is excited by vibrating at a frequency of, and the vibration of the vibrating body is transmitted to the driven body at this time, so that the driven body has a second direction different from the first direction.
An actuator characterized by being driven in the direction of.
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JP2011120415A (en) * 2009-12-07 2011-06-16 Murata Mfg Co Ltd Drive system

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