JP2005086991A - Piezo-electric actuator, motor, and apparatus equipped with piezo-electric actuator - Google Patents

Piezo-electric actuator, motor, and apparatus equipped with piezo-electric actuator Download PDF

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玲子 長濱
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晃 真保
Akihiro Sawada
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezo-electric actuator, a motor and an apparatus equipped with the piezo-electric actuator, capable of efficiently exciting bending secondary vibration. <P>SOLUTION: The piezo-electric device 22 is fixed at both sides of a rectangular reinforcement plate 21, and a protruding portion 23, which protrudes along a longitudinal direction of the piezo-electric device 22 from a short edge of the reinforcement plate 21, is provided. When the protruding portion 23 is brought into contact with a driven body and the piezo-electric device 22 is vibrated, the protruding portion 23 is vibrated, to drive the driven body with a friction force between protruding portion and the driven body. At this time, a length dimension L2 of the protruding portion 23 is formed longer than a width dimension W2. Compared to ones with the length dimension being smaller than the width dimension, since the center of gravity of the protruding portion 23 is disposed farther outward in the long-edge direction of the piezo-electric device 22, the inertia moment by the protruding portion 23 becomes large, and bending secondary vibration by the piezo-electric actuator 2 is facilitated. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、圧電素子の振動によって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータ、モータおよび圧電アクチュエータを備えた機器に関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator that drives a driven body by vibration of a piezoelectric element, a motor, and a device including the piezoelectric actuator.

圧電素子の振動で被駆動体を駆動する圧電アクチュエータとしては、矩形平板状の圧電素子側面に突起を設け、この突起を被駆動体に当接したもの(例えば、特許文献1)や、矩形平板状の圧電素子に補強板を積層し、補強板に一体的に形成された突起を当接するもの(例えば、特許文献2)などが知られている。これらの圧電アクチュエータでは、当該圧電アクチュエータを振動の面内方向の一方向に付勢する付勢手段が設けられており、圧電素子の振動によって発生する突起の振動と付勢力とにより被駆動体を駆動する。この時、突起は圧電素子の短辺方向に振動する、いわゆる屈曲振動によって被駆動体を駆動方向に駆動する。したがって、圧電アクチュエータに励振される屈曲振動の振動挙動が、駆動効率を大きく左右することとなる。つまり、圧電アクチュエータの駆動効率を向上させるためには圧電素子に効率よく屈曲振動を励振させて、突起に所望の屈曲振動を描かせることが重要となる。   As a piezoelectric actuator that drives a driven body by vibration of a piezoelectric element, a protrusion is provided on the side surface of a rectangular flat plate-shaped piezoelectric element, and the protrusion is in contact with the driven body (for example, Patent Document 1), or a rectangular flat plate There is known a structure in which a reinforcing plate is laminated on a piezoelectric element and a protrusion formed integrally with the reinforcing plate is brought into contact (for example, Patent Document 2). These piezoelectric actuators are provided with urging means for urging the piezoelectric actuator in one direction in the in-plane direction of vibration, and the driven body is driven by the vibration of the protrusion and the urging force generated by the vibration of the piezoelectric element. To drive. At this time, the protrusion vibrates in the short side direction of the piezoelectric element, and drives the driven body in the driving direction by so-called bending vibration. Therefore, the bending behavior of the bending vibration excited by the piezoelectric actuator greatly affects the driving efficiency. That is, in order to improve the drive efficiency of the piezoelectric actuator, it is important to efficiently excite the flexural vibration in the piezoelectric element and draw the desired flexural vibration on the protrusion.

特開平7−184382号公報(第3−4頁、第2図)JP 7-184382 A (page 3-4, FIG. 2) 特開2001−286167号公報(第5−7頁、図1)JP 2001-286167 A (page 5-7, FIG. 1)

しかしながら特許文献1では、突起部の形状について長さ寸法の言及があるものの、幅寸法については言及がなく、適切な突起部の形状については開示されていない。したがって、突起部の長さ寸法を設定しても、幅寸法によっては圧電素子の振動挙動が異なってしまうため、所望の屈曲振動を得ることができない。また特許文献2においても、突起部の形状は平面的に曲面形状に形成されているが、寸法についての記載はなく特許文献1の圧電アクチュエータと同様に、突起部の寸法によって圧電素子の振動挙動が異なってしまい、良好な屈曲振動を得ることができない。   However, in Patent Document 1, although the length dimension is mentioned with respect to the shape of the protrusion, the width dimension is not mentioned, and the appropriate shape of the protrusion is not disclosed. Therefore, even if the length dimension of the protrusion is set, the desired bending vibration cannot be obtained because the vibration behavior of the piezoelectric element varies depending on the width dimension. Also, in Patent Document 2, the shape of the protrusion is formed into a curved surface in a plan view, but there is no description about the size, and like the piezoelectric actuator of Patent Document 1, the vibration behavior of the piezoelectric element depends on the size of the protrusion. Are different, and good bending vibration cannot be obtained.

本発明の目的は、効率よく屈曲振動を得られる圧電アクチュエータ、モータ、および圧電アクチュエータを備えた機器を提供することである。   The objective of this invention is providing the apparatus provided with the piezoelectric actuator, the motor, and the piezoelectric actuator which can obtain a bending vibration efficiently.

本発明の圧電アクチュエータは、略矩形板状の圧電素子を備え、圧電素子の短辺方向に屈曲する屈曲振動を励振することにより被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであって、圧電素子の長辺方向に沿って突出し被駆動体に当接される突出部を備え、この突出部の圧電素子の長辺方向に沿った寸法は、圧電素子との接続部分における圧電素子の短辺方向に沿った寸法より長いことを特徴とする。   A piezoelectric actuator of the present invention is a piezoelectric actuator that includes a piezoelectric element having a substantially rectangular plate shape and drives a driven body by exciting bending vibration that bends in the short side direction of the piezoelectric element. A protrusion that protrudes along the direction and contacts the driven body, and the dimension of the protrusion along the long side direction of the piezoelectric element is along the short side direction of the piezoelectric element at the connection portion with the piezoelectric element. It is characterized by being longer than the dimensions.

この発明によれば、突出部において圧電素子の長辺方向に沿った寸法は、圧電素子との接続部分における圧電素子の短辺方向に沿った寸法より長いので、同面積の突出部と比較して突出部の重心がより圧電素子の長辺方向外側に配置される。これにより、圧電素子が屈曲振動する際に、屈曲振動の節から突出部の重心までの距離がより長くなり、圧電素子の屈曲振動が励振されやすくなる。よって圧電素子の振動からより効率よく屈曲振動が励振され、被駆動体が効率よく駆動される。
また、突出部において圧電素子の長辺方向に沿った寸法が長いので、屈曲振動の節から突出部先端までの距離も長くなり、突出部先端における振動振幅が大きくなるとともに振動速度が速くなる。これにより、被駆動体の高速駆動が可能となる。
According to the present invention, the dimension along the long side direction of the piezoelectric element in the protrusion is longer than the dimension along the short side direction of the piezoelectric element at the connection portion with the piezoelectric element. Thus, the center of gravity of the protruding portion is arranged on the outer side in the long side direction of the piezoelectric element. As a result, when the piezoelectric element bends and vibrates, the distance from the node of the bending vibration to the center of gravity of the protrusion becomes longer, and the bending vibration of the piezoelectric element is easily excited. Therefore, bending vibration is more efficiently excited from the vibration of the piezoelectric element, and the driven body is driven efficiently.
Moreover, since the dimension along the long side direction of the piezoelectric element is long in the protruding portion, the distance from the bending vibration node to the tip of the protruding portion is also increased, and the vibration amplitude at the tip of the protruding portion is increased and the vibration speed is increased. As a result, the driven body can be driven at high speed.

本発明では、当該圧電アクチュエータは、圧電素子の長辺方向略中央を中心に伸縮する縦一次振動と、圧電素子の短辺方向に圧電素子の略中央を中心として点対称に振動する屈曲二次振動とを合わせた振動を行うように構成されていることが望ましい。
この発明によれば、圧電アクチュエータが屈曲二次振動と同時に縦一次振動を励振するので、突出部先端はこれらの振動を組み合わせた略楕円軌道を描いて振動する。このとき例えば突出先端を被駆動体に接触させて圧電アクチュエータを被駆動体側に適当な付勢力で付勢するように構成すれば、突出部先端が略楕円軌道の一部で被駆動体を一方向に駆動するので、被駆動体が安定して駆動される。
In the present invention, the piezoelectric actuator includes longitudinal primary vibration that expands and contracts about the center of the long side of the piezoelectric element, and bending secondary that vibrates point-symmetrically about the center of the piezoelectric element in the short side direction of the piezoelectric element. It is desirable that the vibration is combined with the vibration.
According to the present invention, since the piezoelectric actuator excites the longitudinal primary vibration simultaneously with the bending secondary vibration, the tip of the protrusion vibrates while drawing a substantially elliptical orbit combining these vibrations. At this time, for example, if the projecting tip is brought into contact with the driven body and the piezoelectric actuator is urged toward the driven body with an appropriate urging force, the tip of the projecting portion is part of a substantially elliptical track and the driven body is integrated. Since it is driven in the direction, the driven body is driven stably.

本発明では、突出部先端は、直線状または円弧状に形成されていることが望ましい。
この発明によれば、突出部先端の形状が適切に設定されているので、被駆動体に対して突出部が安定して接触し、駆動力が安定する。例えば突出部先端が直線状に形成されている場合では、長期間の使用によって突出部先端が摩耗した場合でも、突出部先端形状が変化しないため、同じ角度で被駆動体に接触する。したがって長期間の使用においても駆動力の変動が最小限に抑制され、駆動力が安定する。
また、突出部先端が円弧状に形成されている場合では、突出部が被駆動体に対して点接触するので、被駆動体への当接位置が安定し、押圧角度が一定となるので駆動力が安定する。
In the present invention, it is desirable that the tip of the protruding portion is formed in a linear shape or an arc shape.
According to this invention, since the shape of the tip of the protrusion is appropriately set, the protrusion stably contacts the driven body, and the driving force is stabilized. For example, in the case where the tip of the protrusion is formed in a straight line, even if the tip of the protrusion is worn due to long-term use, the shape of the tip of the protrusion does not change, so that the driven body contacts at the same angle. Therefore, even during long-term use, fluctuations in the driving force are suppressed to a minimum, and the driving force is stabilized.
In addition, when the tip of the protruding portion is formed in an arc shape, the protruding portion makes point contact with the driven body, so that the abutting position on the driven body is stable and the pressing angle becomes constant. Power stabilizes.

本発明では、突出部は、圧電素子の長辺方向両端に、圧電素子の略中央を中心として点対称の位置に設けられていることが望ましい。
一方の突出部は被駆動体の駆動に用いられるため、被駆動体に押圧されている。したがって、圧電素子に電圧を印加して圧電素子を振動させたときに当該一方の突出部が所望の振動を励振しにくい。
この発明によれば、突出部が圧電素子の長辺方向両端に設けられているので、被駆動体に押圧されない他方の突出部が振動を励振し、この振動が圧電素子全体に伝達されることによって圧電素子全体が励振し易くなる。つまり、圧電アクチュエータの始動性が良好となる。
In the present invention, it is desirable that the protrusions be provided at both ends of the piezoelectric element in the long side direction at point-symmetric positions with the approximate center of the piezoelectric element as the center.
Since one protrusion is used for driving the driven body, it is pressed against the driven body. Therefore, when a voltage is applied to the piezoelectric element to vibrate the piezoelectric element, the one protrusion is difficult to excite a desired vibration.
According to the present invention, since the protrusions are provided at both ends of the piezoelectric element in the long side direction, the other protrusion not pressed by the driven body excites vibration, and this vibration is transmitted to the entire piezoelectric element. This facilitates excitation of the entire piezoelectric element. That is, the startability of the piezoelectric actuator is improved.

また、突出部が圧電素子の長辺方向両端に設けられているので、圧電素子の長辺方向両端において屈曲振動の励振を助け、圧電アクチュエータ全体の屈曲振動が容易に励振されるとともに振幅が大きくなる。
さらに、突出部が圧電素子の略中央を中心として点対称の位置に設けられているため、圧電素子の振動が略中央を中心として点対称となり、振動のバランスが取れて安定した駆動が実現される。
In addition, since the protruding portions are provided at both ends of the piezoelectric element in the long side direction, the bending vibration is helped at both ends of the piezoelectric element in the long side direction, and the bending vibration of the entire piezoelectric actuator is easily excited and the amplitude is large. Become.
Furthermore, since the protrusion is provided at a point-symmetrical position with the approximate center of the piezoelectric element as the center, the vibration of the piezoelectric element becomes point-symmetrical with the approximate center as the center, and the vibration is balanced and stable driving is realized. The

本発明のモータは、前述の圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータによって回転駆動される出力軸とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、モータの出力軸を圧電アクチュエータが駆動するので、出力軸から回転駆動が取り出される。このモータが前述の圧電アクチュエータを備えているので、前述の効果と同様の効果が得られ、良好に屈曲振動を励振して出力軸が効率よく回転駆動される。
A motor according to the present invention includes the above-described piezoelectric actuator and an output shaft that is rotationally driven by the piezoelectric actuator.
According to this invention, since the piezoelectric actuator drives the output shaft of the motor, the rotational drive is taken out from the output shaft. Since this motor includes the above-described piezoelectric actuator, the same effect as described above can be obtained, and the output shaft can be efficiently rotated by exciting the flexural vibration.

本発明の機器は、前述の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、機器が前述の圧電アクチュエータを備えているので、前述の効果と同様の効果が得られ、屈曲振動が効率よく得られ、駆動効率が良好となる。
A device according to the present invention includes the piezoelectric actuator described above.
According to this invention, since the device includes the above-described piezoelectric actuator, the same effects as those described above can be obtained, bending vibration can be obtained efficiently, and driving efficiency can be improved.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the second embodiment and later described below, the same reference numerals are given to the same components and components having the same functions as those in the first embodiment described below, and description thereof will be simplified or omitted.

〔第一実施形態〕
本発明の第一実施形態について説明する。
図1には、第一実施形態にかかる駆動機構(機器)1の平面図が示されている。この図1において駆動機構1は、圧電素子22を備えた圧電アクチュエータ2と、圧電アクチュエータ2を振動可能に支持する支持体3とを備えている。この駆動機構1は、円盤状の被駆動体100とともに固定体4に固定されている。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 shows a plan view of a drive mechanism (device) 1 according to the first embodiment. In FIG. 1, the drive mechanism 1 includes a piezoelectric actuator 2 having a piezoelectric element 22 and a support 3 that supports the piezoelectric actuator 2 so as to vibrate. The drive mechanism 1 is fixed to a fixed body 4 together with a disk-like driven body 100.

図2には、圧電アクチュエータ2および支持体3の拡大斜視図が示されている。この図2にも示されるように圧電アクチュエータ2は、略矩形平板状に形成された補強板21と、この補強板21の表裏両面に設けられた平板状の圧電素子22とを備えている。
補強板21は、ステンレス鋼、その他の任意の材料から構成され、両側の短辺略中央には、長辺方向に沿って突出する突出部23がそれぞれ一体的に形成されている。
図3には、圧電アクチュエータ2の拡大平面図が示されている。この図3にも示されるように、突出部23は、平面略矩形状に形成されており、先端部分が突出部23の寸法に比して大きな円弧半径からなる円弧状となっている。突出部23の長さ寸法(補強板21の長辺方向に沿った方向の寸法)L2は、幅寸法(補強板21の短辺方向に沿った方向の寸法)W2より長くなるように形成されている。
ここで、幅寸法W2は、突出部23と圧電素子22との接続部分における幅寸法をいい、本実施形態では突出部23が補強板21と一体的に形成されているので、幅寸法W2は、補強板21の略矩形状部分と突出部23との接続部分における幅寸法をいい、また圧電アクチュエータ2の平面視において突出部23と圧電素子22との接続部分の幅寸法をいう。
なお、幅寸法W2は、補強板21の幅寸法W1の1/2以下であることが望ましい。また、二つの突出部23の面積の合計は、圧電素子22の面積に対して1/10より小さいことが望ましい。突出部23がこのような寸法および面積に設定されることにより、突出部23が圧電アクチュエータ2の振動を過大に阻害することがなく、圧電アクチュエータ2全体の振動挙動への影響が少なくなるので、圧電素子22や補強板21の寸法によって圧電アクチュエータ2全体の振動挙動をほぼ設定できる。
さらに、突出部23の幅寸法W2と長さ寸法L2との比は、幅寸法W2を1とすると長さ寸法L2が1.5以上であることが望ましく、2であると最適である。突出部23がこのような寸法に設定されることにより、後述する屈曲二次振動がより励振されやすくなり、被駆動体100が駆動速度が増加する。
FIG. 2 shows an enlarged perspective view of the piezoelectric actuator 2 and the support 3. As shown in FIG. 2, the piezoelectric actuator 2 includes a reinforcing plate 21 formed in a substantially rectangular flat plate shape, and flat plate-shaped piezoelectric elements 22 provided on both the front and back surfaces of the reinforcing plate 21.
The reinforcing plate 21 is made of stainless steel or any other material, and projecting portions 23 that project along the long side direction are integrally formed at the approximate centers of the short sides on both sides.
FIG. 3 shows an enlarged plan view of the piezoelectric actuator 2. As shown in FIG. 3, the projecting portion 23 is formed in a substantially rectangular plane shape, and the tip portion has an arc shape having a larger arc radius than the size of the projecting portion 23. A length dimension (dimension in the direction along the long side direction of the reinforcing plate 21) L2 of the protrusion 23 is formed to be longer than a width dimension (dimension in the direction along the short side direction of the reinforcing plate 21) W2. ing.
Here, the width dimension W2 refers to the width dimension at the connection portion between the protrusion 23 and the piezoelectric element 22, and in the present embodiment, the protrusion 23 is formed integrally with the reinforcing plate 21, and therefore the width dimension W2 is In addition, the width dimension of the connection portion between the substantially rectangular portion of the reinforcing plate 21 and the protrusion 23 is referred to, and the width dimension of the connection portion between the protrusion 23 and the piezoelectric element 22 in a plan view of the piezoelectric actuator 2.
The width dimension W2 is preferably less than or equal to ½ of the width dimension W1 of the reinforcing plate 21. The total area of the two protrusions 23 is preferably smaller than 1/10 of the area of the piezoelectric element 22. By setting the projecting portion 23 to such a size and area, the projecting portion 23 does not excessively inhibit the vibration of the piezoelectric actuator 2 and the influence on the vibration behavior of the entire piezoelectric actuator 2 is reduced. The vibration behavior of the entire piezoelectric actuator 2 can be substantially set by the dimensions of the piezoelectric element 22 and the reinforcing plate 21.
Further, the ratio of the width dimension W2 to the length dimension L2 of the protrusion 23 is preferably such that the length dimension L2 is 1.5 or more when the width dimension W2 is 1, and is optimal when it is two. By setting the projecting portion 23 to such a dimension, a bending secondary vibration described later is more easily excited, and the driven body 100 increases in driving speed.

補強板21は、突出部23の先端が被駆動体100の外周に当接されており、当接部分において、補強板21の長手方向が被駆動体100に対して略直角に(つまり被駆動体100の半径方向に沿うように)配置されている。また、補強板21には、長辺から幅方向外側に突出する腕部24が一体的に形成されている。これらの腕部24は、補強板21の長辺に対してほぼ直角に突出しており、これらの端部にはそれぞれ孔241が穿設されている。
ここで、腕部24は、補強板21の長辺方向中央よりも所定距離だけ被駆動体100に近い位置に配置されている。つまり、腕部24において補強板21の長辺方向に沿った方向の中心位置から、補強板21の長辺端部までの距離L3は、補強板21の長さ寸法L1の1/2よりも小さくなっている。圧電素子22に繰り返し電圧が印加されると圧電アクチュエータ2は振動するが、一方の突出部23が被駆動体100に当接されているため、当該一方の突出部23側の圧電素子22が振動しにくくなる。したがって、圧電アクチュエータ2全体では振動挙動が長手方向の中心に対して対称とはならず、振動の節が若干被駆動体100側に移動する。この移動分を予め計算や実験などにより求めておき、腕部24をこの移動分だけ被駆動体100に近い位置に配置することにより、腕部24が振動の節に対応する位置に配置され、圧電アクチュエータ2の振動阻害が防止されている。
In the reinforcing plate 21, the tip of the protruding portion 23 is in contact with the outer periphery of the driven body 100, and the longitudinal direction of the reinforcing plate 21 is substantially perpendicular to the driven body 100 at the contact portion (that is, driven). (Along the radial direction of the body 100). Further, the reinforcing plate 21 is integrally formed with an arm portion 24 that protrudes outward in the width direction from the long side. These arm portions 24 project substantially at right angles to the long sides of the reinforcing plate 21, and holes 241 are formed in these end portions.
Here, the arm portion 24 is disposed at a position closer to the driven body 100 by a predetermined distance than the center of the reinforcing plate 21 in the long side direction. That is, the distance L3 from the center position of the arm portion 24 in the direction along the long side direction of the reinforcing plate 21 to the end portion of the long side of the reinforcing plate 21 is less than 1/2 of the length dimension L1 of the reinforcing plate 21. It is getting smaller. When a voltage is repeatedly applied to the piezoelectric element 22, the piezoelectric actuator 2 vibrates, but since one protrusion 23 is in contact with the driven body 100, the piezoelectric element 22 on the one protrusion 23 side vibrates. It becomes difficult to do. Therefore, the vibration behavior of the entire piezoelectric actuator 2 is not symmetric with respect to the center in the longitudinal direction, and the vibration node slightly moves to the driven body 100 side. This movement is obtained in advance by calculation or experiment, and the arm 24 is arranged at a position close to the driven body 100 by this movement, so that the arm 24 is arranged at a position corresponding to the vibration node, Vibration inhibition of the piezoelectric actuator 2 is prevented.

圧電素子22は、補強板21の両面の略矩形状部分に接着されている。つまり、圧電素子22は、補強板21の略矩形状部分と同様に、幅寸法W1、長さ寸法L1の略矩形状に形成されている。圧電素子22の材料は特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT(登録商標))、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
圧電素子22の両面には、ニッケルおよび金などがめっき、スパッタ、蒸着等の方法によって形成されて電極が形成されている。この電極は、溝によってめっきが互いに電気的に絶縁されることで複数の電極が形成され、これらの電極は、圧電素子22の長手方向に沿った中心線を軸として線対称に形成されている。つまり、圧電素子22を幅方向にほぼ三等分するように二本の溝25Aが形成され、これらの溝25Aで分割された三つの電極のうち両側の電極ではさらに長手方向をほぼ二等分するように溝25Bが形成されている。これらの溝25A,25Bにより、圧電素子22の表面には五つの電極22A,22B,22C,22D,22Eが形成される。
The piezoelectric element 22 is bonded to substantially rectangular portions on both sides of the reinforcing plate 21. That is, the piezoelectric element 22 is formed in a substantially rectangular shape having a width dimension W1 and a length dimension L1 in the same manner as the substantially rectangular portion of the reinforcing plate 21. The material of the piezoelectric element 22 is not particularly limited. Lead zirconate titanate (PZT (registered trademark)), crystal, lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead metaniobate, polyvinylidene fluoride, lead zinc niobate Various types such as lead scandium niobate can be used.
On both surfaces of the piezoelectric element 22, nickel and gold are formed by a method such as plating, sputtering, or vapor deposition to form electrodes. A plurality of electrodes are formed by the electrodes being electrically insulated from each other by the grooves, and these electrodes are formed symmetrically about the center line along the longitudinal direction of the piezoelectric element 22. . That is, two grooves 25A are formed so as to divide the piezoelectric element 22 into approximately three equal parts in the width direction, and among the three electrodes divided by these grooves 25A, the longitudinal direction is further divided into approximately two equal parts. Thus, a groove 25B is formed. Five electrodes 22A, 22B, 22C, 22D, and 22E are formed on the surface of the piezoelectric element 22 by these grooves 25A and 25B.

これらの電極22A,22B,22C,22D,22Eのうち、対角線上両端に位置する電極22Aおよび電極22Eをつなぐリード線(図示せず)と、電極22Bおよび電極22Dをつなぐリード線(図示せず)と、電極22Cに接続されたリード線(図示せず)と、補強板21に接続されたリード線(図示せず)は、圧電素子22に所定周波数の電圧を印加する印加装置(図示せず)に接続されている。ここで、それぞれのリード線は、圧電アクチュエータ2の振動の節近傍に接続されることが望ましい。つまり、電極22A,22B,22D,22Eでは、リード線が圧電素子22の長辺方向略中央近傍の溝25B近傍に接続されることが望ましく、また電極22Cのリード線は、圧電素子22の長辺方向で腕部24の位置に対応する位置に接続されることが望ましい。これにより、リード線による圧電アクチュエータ2の振動阻害が良好に防止されている。
なお、これらの電極22A,22B,22C,22D,22Eは、補強板21を挟んで設けられた表裏両方の圧電素子22に同様に設けられており、例えば電極22Aの裏面側にも別の電極22Aが形成されている。
Among these electrodes 22A, 22B, 22C, 22D, and 22E, a lead wire (not shown) that connects the electrodes 22A and 22E located at both ends on the diagonal line, and a lead wire (not shown) that connects the electrodes 22B and 22D ), A lead wire (not shown) connected to the electrode 22C, and a lead wire (not shown) connected to the reinforcing plate 21 are applied to a voltage applying device (not shown) to the piezoelectric element 22. Connected). Here, each lead wire is preferably connected in the vicinity of a vibration node of the piezoelectric actuator 2. That is, in the electrodes 22A, 22B, 22D, and 22E, it is desirable that the lead wire be connected to the vicinity of the groove 25B in the vicinity of the center in the long side direction of the piezoelectric element 22, and the lead wire of the electrode 22C is the length of the piezoelectric element 22. It is desirable to connect to a position corresponding to the position of the arm portion 24 in the side direction. Thereby, the vibration inhibition of the piezoelectric actuator 2 by the lead wire is well prevented.
These electrodes 22A, 22B, 22C, 22D, and 22E are similarly provided on both the front and back piezoelectric elements 22 provided with the reinforcing plate 21 interposed therebetween. For example, another electrode is provided on the back side of the electrode 22A. 22A is formed.

ここで、圧電素子22の寸法や、厚さ、電極の分割形態などは、圧電素子22に繰り返し電圧が印加された時に、圧電素子22が長手方向に伸縮する、いわゆる縦一次振動と、圧電素子22の平面中心に対して点対称に、面内で縦振動に直交する方向に屈曲する、いわゆる屈曲二次振動とが同時に現れるように適宜設定される。この時、縦一次振動の共振周波数と、屈曲二次振動の共振周波数とは互いに近接するように設定されていることが望ましく、縦一次振動の共振周波数に対する屈曲二次振動の共振周波数の比は、0.97より大きく、1.03以下であることが望ましい。また、圧電素子22の長辺(長さ寸法L1)と短辺(幅寸法W1)との長さ比は、長辺の長さを1とすると短辺の長さが0.274以上であることが望ましい。   Here, the dimensions, thicknesses, and electrode division forms of the piezoelectric element 22 are the so-called longitudinal primary vibration in which the piezoelectric element 22 expands and contracts in the longitudinal direction when a voltage is repeatedly applied to the piezoelectric element 22, and the piezoelectric element. It is appropriately set so that a so-called bending secondary vibration that bends in a direction orthogonal to the longitudinal vibration in the plane is point-symmetric with respect to the plane center of 22 at the same time. At this time, it is desirable that the resonance frequency of the longitudinal primary vibration and the resonance frequency of the bending secondary vibration are set to be close to each other, and the ratio of the resonance frequency of the bending secondary vibration to the resonance frequency of the longitudinal primary vibration is , Greater than 0.97 and not greater than 1.03. The length ratio of the long side (length dimension L1) to the short side (width dimension W1) of the piezoelectric element 22 is such that the length of the short side is 0.274 or more when the length of the long side is 1. It is desirable.

なお、縦一次振動の共振周波数に対する屈曲二次振動の共振周波数の比が0.97以下である場合、および縦一次振動の共振周波数に対する屈曲二次振動の共振周波数の比が1.03より大きい場合には、縦一次振動の共振点と屈曲二次振動の共振点が離れてしまい、突出部23が良好な楕円軌道を描くことができない。
圧電素子22に印加される電圧の周波数は、縦一次振動の共振周波数と屈曲二次振動の共振周波数との間、より好ましくは縦一次振動の共振周波数と、縦一次振動および屈曲二次振動の間の反共振周波数との間で、両方の振動が良好に現れる周波数を適宜選択する。なお、圧電アクチュエータ2に印加される電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形波、台形波などを採用できる。
The ratio of the resonance frequency of the bending secondary vibration to the resonance frequency of the longitudinal primary vibration is 0.97 or less, and the ratio of the resonance frequency of the bending secondary vibration to the resonance frequency of the longitudinal primary vibration is greater than 1.03. In this case, the resonance point of the longitudinal primary vibration and the resonance point of the bending secondary vibration are separated from each other, and the protruding portion 23 cannot draw a good elliptical orbit.
The frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 22 is between the resonance frequency of the longitudinal primary vibration and the resonance frequency of the bending secondary vibration, more preferably the resonance frequency of the longitudinal primary vibration, the longitudinal primary vibration, and the bending secondary vibration. A frequency at which both vibrations appear favorably between the anti-resonance frequencies is appropriately selected. In addition, the waveform of the voltage applied to the piezoelectric actuator 2 is not specifically limited, For example, a sine wave, a rectangular wave, a trapezoidal wave etc. are employable.

図2に戻って、支持体3は、圧電アクチュエータ2が固定される一対の固定部31と、これらの固定部31の間に一体的に形成され、固定体4にスライド可能に支持されるスライド部32とを備えている。固定部31には、腕部24の孔241に対応する位置にねじ部34が形成されている。このねじ部34に孔241を貫通してねじ26が螺合されることにより圧電アクチュエータ2が固定部31に固定されている。   Returning to FIG. 2, the support body 3 is a slide that is integrally formed between the pair of fixing portions 31 to which the piezoelectric actuator 2 is fixed, and is fixed to the fixing body 4 so as to be slidable. Part 32. A screw part 34 is formed in the fixing part 31 at a position corresponding to the hole 241 of the arm part 24. The piezoelectric actuator 2 is fixed to the fixing portion 31 by the screw 26 being screwed into the screw portion 34 through the hole 241.

図4には、駆動機構1の側断面図が示されている。この図4にも示されるように、スライド部32は、固定体4に凹状に形成されたスライド溝41に配置されている。また、スライド部32の幅方向略中央には、被駆動体100に対する突出部23の当接方向に沿って長孔33が複数箇所(本実施形態では二箇所)形成されている。この長孔33には、ねじ421が貫通しており、このねじ421は、固定体4に形成されたねじ孔42に螺合されている。これにより、支持体3は長孔33の長手方向にスライド可能となっている。つまり、圧電アクチュエータ2の突出部23は、被駆動体100への当接部分から被駆動体100の半径方向に沿って離間可能となっている。   FIG. 4 shows a side sectional view of the drive mechanism 1. As shown in FIG. 4, the slide portion 32 is disposed in a slide groove 41 formed in a concave shape on the fixed body 4. In addition, a plurality of long holes 33 (two in the present embodiment) are formed at substantially the center in the width direction of the slide portion 32 along the contact direction of the protrusion 23 with respect to the driven body 100. A screw 421 passes through the long hole 33, and the screw 421 is screwed into a screw hole 42 formed in the fixed body 4. Thereby, the support body 3 can slide in the longitudinal direction of the long hole 33. That is, the protrusion 23 of the piezoelectric actuator 2 can be separated from the contact portion with the driven body 100 along the radial direction of the driven body 100.

なお、固定部31とスライド部32とは段差を有して形成されている。つまり固定部31およびスライド部32によって中央に凹状部分が形成されている。これにより、圧電アクチュエータ2が固定部31に取り付けられた時に圧電アクチュエータ2とスライド部32との間には隙間が形成され、圧電アクチュエータ2が振動してもスライド部32を貫通するねじ421に干渉しないようになっている。
前述の図1にも示されるように、支持体3両側の固定部31において、被駆動体100側とは反対の端部側面には、円柱状に突出したばね取付部35がそれぞれ形成されている。このばね取付部35にはばね36の一端が挿入されている。ばね36は、その伸縮方向が圧電アクチュエータ2の離間方向に平行となるように配置され、他端は、固定体4に設けられた係止片37に固定されている。このばね36のばね力により、圧電アクチュエータ2の突出部23は被駆動体100に適当な付勢力で押しつけられている。
The fixed portion 31 and the slide portion 32 are formed with a step. That is, the fixed portion 31 and the slide portion 32 form a concave portion in the center. Thereby, when the piezoelectric actuator 2 is attached to the fixed portion 31, a gap is formed between the piezoelectric actuator 2 and the slide portion 32, and even if the piezoelectric actuator 2 vibrates, it interferes with the screw 421 penetrating the slide portion 32. It is supposed not to.
As shown in FIG. 1 described above, the fixed portions 31 on both sides of the support 3 are respectively formed with spring mounting portions 35 protruding in a columnar shape on the side surfaces of the end opposite to the driven body 100 side. Yes. One end of a spring 36 is inserted into the spring mounting portion 35. The spring 36 is disposed so that its expansion / contraction direction is parallel to the separation direction of the piezoelectric actuator 2, and the other end is fixed to a locking piece 37 provided on the fixed body 4. Due to the spring force of the spring 36, the protrusion 23 of the piezoelectric actuator 2 is pressed against the driven body 100 with an appropriate biasing force.

被駆動体100は、固定体4に嵌合された軸受ピン43(図4)で回転可能に支持されている。被駆動体100には、外周に沿って断面円弧状の凹部101が形成され、この凹部101に圧電アクチュエータ2の突出部23の先端が当接されている。この凹部101の表面は、突出部23との摩耗を低減できるように滑らかに仕上げられている。   The driven body 100 is rotatably supported by a bearing pin 43 (FIG. 4) fitted to the fixed body 4. The driven body 100 is formed with a concave portion 101 having an arc-shaped cross section along the outer periphery, and the tip of the protruding portion 23 of the piezoelectric actuator 2 is in contact with the concave portion 101. The surface of the recess 101 is smoothly finished so as to reduce wear with the protrusion 23.

このような駆動機構1は、次のように動作する。
図5は、圧電アクチュエータ2の振動挙動を示す図である。この図5に示されるように、印加装置により補強板21と圧電素子22表面の電極との間に交流電圧を印加して圧電素子22を振動させる。この時、圧電素子22においては電極22A,22Eおよび電極22Cのみに選択的に電圧を印加することにより、圧電アクチュエータ2は、主に電極22Cによって圧電素子22の長手方向略中心(長手方向略中心よりも被駆動体100に所定距離近い位置)を中心に伸縮する縦一次振動が励振される。また、主に電極22A,22Eによって、圧電素子22の面内で縦一次振動と直交する方向、つまり圧電素子22の短手方向に沿って屈曲する屈曲二次振動が励振される。これらの縦一次振動および屈曲二次振動が組み合わされることにより、圧電アクチュエータ2は図5の二点鎖線で示されるように伸縮しながら屈曲する振動を励振し、突出部23はこれらの振動を組み合わせた楕円軌道Rを描いて振動する。突出部23は、楕円軌道Rの一部で被駆動体100の凹部101に押し付けられて、被駆動体100との摩擦力によって被駆動体100を円周方向に間欠回転させる。これを所定の周波数で繰り返し行うことにより、被駆動体100は一方向に所定の回転速度で回転する。
Such a driving mechanism 1 operates as follows.
FIG. 5 is a diagram showing the vibration behavior of the piezoelectric actuator 2. As shown in FIG. 5, an AC voltage is applied between the reinforcing plate 21 and the electrode on the surface of the piezoelectric element 22 by an applying device to vibrate the piezoelectric element 22. At this time, in the piezoelectric element 22, by selectively applying a voltage only to the electrodes 22A, 22E and the electrode 22C, the piezoelectric actuator 2 can be substantially centered in the longitudinal direction of the piezoelectric element 22 (approximately the center in the longitudinal direction) mainly by the electrode 22C. Longitudinal primary vibration that expands and contracts around a position closer to the driven body 100 than a predetermined distance) is excited. Also, the bending secondary vibration that bends along the direction orthogonal to the longitudinal primary vibration in the plane of the piezoelectric element 22, that is, the short direction of the piezoelectric element 22, is mainly excited by the electrodes 22 </ b> A and 22 </ b> E. By combining these longitudinal primary vibration and bending secondary vibration, the piezoelectric actuator 2 excites vibration that bends while expanding and contracting as shown by a two-dot chain line in FIG. 5, and the protrusion 23 combines these vibrations. It oscillates by drawing an elliptical orbit R. The protruding portion 23 is pressed against the concave portion 101 of the driven body 100 at a part of the elliptical orbit R, and intermittently rotates the driven body 100 in the circumferential direction by a frictional force with the driven body 100. By repeating this at a predetermined frequency, the driven body 100 rotates at a predetermined rotation speed in one direction.

ここで、一方の突出部23が被駆動体100に接触している状態では、当該一方の突出部23では圧電素子22が振動しにくく、他方の突出部23では接触部材がないのでフリーの状態となる。このため、印加装置により電圧を印加した圧電アクチュエータ2の始動時には、一方の突出部23では被駆動体100との接触により振動が阻害されるが、他方の突出部23では印加電圧に応じて振動が励振される。この振動が一方の突出部23側に伝達され、被駆動体100を駆動できるだけの振動が得られる状態に達したときに一方の突出部23が振動を開始する。なお、被駆動体100を駆動できるだけの振動が得られる状態とは、圧電素子22の振動により一方の突出部23先端に得られる振動が、突出部23と被駆動体100との接触部分における圧電アクチュエータ2に加えられた付勢力に打ち勝ち、被駆動体100から離れるだけの振幅を得た状態をいう。
一方の突出部23が振動を開始し、圧電素子22全体が共振すると、圧電アクチュエータ2の振動が定常状態となる。この定常状態では突出部23は略楕円軌道Rを描いて振動し、被駆動体100を所定の速度で駆動する。
Here, in a state where one protrusion 23 is in contact with the driven body 100, the piezoelectric element 22 is less likely to vibrate in the one protrusion 23, and there is no contact member in the other protrusion 23, so that it is free. It becomes. For this reason, when the piezoelectric actuator 2 to which a voltage is applied by the applying device is started, vibration is inhibited by contact with the driven body 100 at one protrusion 23, but vibration occurs according to the applied voltage at the other protrusion 23. Is excited. When this vibration is transmitted to the one projecting portion 23 and reaches a state in which a vibration sufficient to drive the driven body 100 is obtained, the one projecting portion 23 starts to vibrate. Note that a state in which vibration enough to drive the driven body 100 is obtained means that vibration obtained at the tip of one protrusion 23 due to vibration of the piezoelectric element 22 is piezoelectric at the contact portion between the protrusion 23 and the driven body 100. A state in which the urging force applied to the actuator 2 is overcome and an amplitude sufficient to leave the driven body 100 is obtained.
When one protrusion 23 starts to vibrate and the entire piezoelectric element 22 resonates, the vibration of the piezoelectric actuator 2 is in a steady state. In this steady state, the protrusion 23 vibrates in a substantially elliptical orbit R and drives the driven body 100 at a predetermined speed.

被駆動体100を反対方向に回転させる場合には、圧電素子22に印加する電圧の電極を圧電アクチュエータ2の長手方向に沿った中心線を軸として線対称に切り替える。つまり、圧電素子22の電極22B,22Dおよび電極22Cに所定周波数の電圧を印加すれば、突出部23は反対方向の楕円軌道を描いて振動する。これにより、被駆動体100は反対方向に回転する。   When the driven body 100 is rotated in the opposite direction, the electrode of the voltage applied to the piezoelectric element 22 is switched symmetrically about the center line along the longitudinal direction of the piezoelectric actuator 2 as an axis. That is, when a voltage having a predetermined frequency is applied to the electrodes 22B and 22D and the electrode 22C of the piezoelectric element 22, the protruding portion 23 vibrates while drawing an elliptical orbit in the opposite direction. Thereby, the driven body 100 rotates in the opposite direction.

このような第一実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(1) 突出部23において圧電素子22の長辺方向に沿った長さ寸法L2が、短辺方向に沿った幅寸法W2より長いので、同面積で幅寸法W2が長さ寸法L2より長い突出部と較べて突出部23の重心が圧電素子22の長辺方向に関してより外側に配置される。
図6には、圧電アクチュエータ2の屈曲二次振動の振幅を表す図が示されている。この図6に示されるように、圧電素子22が屈曲二次振動をする場合には、圧電素子22上に三つの節Aを有して振動する。このとき突出部23に近い節Aから重心Cまでの距離は、同面積で幅寸法が長さ寸法より大きい突出部の場合に較べてより大きくなる。したがって、突出部23に働く慣性モーメントがより大きくなるため、圧電アクチュエータ2において、屈曲二次振動をより簡単に励振できる。よって、良好な屈曲二次振動を得られ、被駆動体100を効率よく駆動できる。
According to such a first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the length dimension L2 along the long side direction of the piezoelectric element 22 is longer than the width dimension W2 along the short side direction at the protrusion 23, the width dimension W2 is longer than the length dimension L2 in the same area. The center of gravity of the protruding portion 23 is arranged on the outer side with respect to the long side direction of the piezoelectric element 22 as compared with the portion.
FIG. 6 shows a diagram representing the amplitude of the bending secondary vibration of the piezoelectric actuator 2. As shown in FIG. 6, when the piezoelectric element 22 performs bending secondary vibration, the piezoelectric element 22 vibrates with three nodes A on the piezoelectric element 22. At this time, the distance from the node A close to the protrusion 23 to the center of gravity C is larger than that of the protrusion having the same area and the width dimension larger than the length dimension. Therefore, since the moment of inertia acting on the protrusion 23 becomes larger, the bending secondary vibration can be more easily excited in the piezoelectric actuator 2. Therefore, a favorable bending secondary vibration can be obtained, and the driven body 100 can be driven efficiently.

(2) 突出部23の長さ寸法L2が幅寸法W2より長いので、同面積で長さ寸法が幅寸法より短い突出部に較べて、屈曲二次振動の節Aから突出部23の先端までの距離を長くできる。したがって、突出部23先端において得られる屈曲二次振動の振幅をより大きくすることができる。これにより、突出部23の一回の振幅による被駆動体100の駆動変位を大きくできるので、被駆動体100を高速駆動できる。
また、突出部23先端の屈曲二次振動の振動振幅が大きくなるので、例えば被駆動体100との間にごみが付着していた場合でも大きな振動振幅でごみを乗り越えることができ、被駆動体100を良好にかつ安定して駆動できる。また、例えば被駆動体100の表面粗さが大きい場合でも、突出部23先端の振動振幅が大きいので、被駆動体100を良好に駆動できる。反対に、被駆動体100の表面粗さを大きくできるので、被駆動体100の凹部101の表面粗さを厳密に管理する必要がなく、被駆動体100の製造コストを削減できる。
さらに、突出部23の長さ寸法L2が比較的長いので、長期間の使用によって突出部23先端が多少摩耗した場合でも圧電素子22が被駆動体100に接触することがなく、長期間にわたって被駆動体100を良好に駆動でき、圧電アクチュエータ2の耐久性を向上させることができる。
(2) Since the length dimension L2 of the protrusion 23 is longer than the width dimension W2, as compared with the protrusion having the same area and the length dimension shorter than the width dimension, from the bending secondary vibration node A to the tip of the protrusion 23 Can be made longer. Therefore, the amplitude of the bending secondary vibration obtained at the tip of the protrusion 23 can be further increased. Thereby, since the drive displacement of the driven body 100 by one amplitude of the protrusion part 23 can be enlarged, the driven body 100 can be driven at high speed.
In addition, since the vibration amplitude of the bending secondary vibration at the tip of the protrusion 23 is increased, for example, even when dust is attached to the driven body 100, it is possible to get over the dust with a large vibration amplitude. 100 can be driven well and stably. For example, even when the surface roughness of the driven body 100 is large, the driven body 100 can be driven satisfactorily because the vibration amplitude at the tip of the protrusion 23 is large. On the contrary, since the surface roughness of the driven body 100 can be increased, it is not necessary to strictly manage the surface roughness of the concave portion 101 of the driven body 100, and the manufacturing cost of the driven body 100 can be reduced.
Furthermore, since the length L2 of the protrusion 23 is relatively long, the piezoelectric element 22 does not come into contact with the driven body 100 even when the tip of the protrusion 23 is slightly worn due to long-term use, and the protrusion 23 is covered for a long time. The drive body 100 can be driven satisfactorily and the durability of the piezoelectric actuator 2 can be improved.

(3) 圧電アクチュエータ2が縦一次振動と屈曲二次振動とを組み合わせた振動をすることにより突出部23が楕円軌道Rを描くので、楕円軌道Rの一部で被駆動体100を高効率で一方向に駆動できる。
また、圧電素子22の電極を切り替えることにより、被駆動体100を正逆両方向に駆動できる。
(3) Since the piezoelectric actuator 2 vibrates a combination of longitudinal primary vibration and bending secondary vibration, the projecting portion 23 draws an elliptical orbit R, so that the driven body 100 is made highly efficient with a part of the elliptical orbit R. Can be driven in one direction.
Further, the driven body 100 can be driven in both forward and reverse directions by switching the electrodes of the piezoelectric element 22.

(4) 突出部23の先端が円弧状に形成されているので、被駆動体100に対して常に点接触でき、安定した押圧角度が得られ、駆動力を安定させることができる。
(5) 腕部24が、圧電素子22の長手方向略中央よりも所定距離だけ被駆動体100に近い位置に設けられている。したがって、突出部23から腕部24までの距離が短くなるので、圧電素子22において腕部24から被駆動体100側の突出部23までの部分の振動のぶれによって、突出部23が被駆動体100に対して位置ずれするのを防止できる。これにより、圧電アクチュエータ2の駆動力を安定させることができ、高トルクが得られる。
また、一方の突出部23が被駆動体100に接触しているので圧電アクチュエータ2の振動の節が、圧電素子22の長辺方向中央より被駆動体100側にずれる。このとき腕部24がこのずれ分だけ被駆動体100側に近づいた位置に配置されているので、腕部24が振動の節を支持でき、腕部24による振動の阻害を防止できる。
(4) Since the tip of the projecting portion 23 is formed in an arc shape, it is possible to always make point contact with the driven body 100, obtain a stable pressing angle, and stabilize the driving force.
(5) The arm portion 24 is provided at a position closer to the driven body 100 by a predetermined distance than the substantially longitudinal center of the piezoelectric element 22. Therefore, since the distance from the protrusion 23 to the arm 24 is shortened, the protrusion 23 is driven by the vibration of the portion of the piezoelectric element 22 from the arm 24 to the protrusion 23 on the driven body 100 side. It is possible to prevent displacement with respect to 100. Thereby, the driving force of the piezoelectric actuator 2 can be stabilized and a high torque can be obtained.
Further, since one protrusion 23 is in contact with the driven body 100, the vibration node of the piezoelectric actuator 2 is shifted from the center in the long side direction of the piezoelectric element 22 toward the driven body 100. At this time, since the arm portion 24 is arranged at a position closer to the driven body 100 by this amount of deviation, the arm portion 24 can support the vibration node, and the inhibition of vibration by the arm portion 24 can be prevented.

(6) 突出部23が補強板21の長辺方向両端に設けられているので、圧電素子22の両側で慣性モーメントが大きくなり、より効率よく良好な屈曲二次振動を得ることができる。
また、圧電アクチュエータ2の始動時には、被駆動体100に当接されない他方の突出部23が良好に屈曲二次振動を励振し、この振動を一方の突出部23に伝達する。このため、圧電素子22の片側のみに突出部23が設けられている場合と較べて、圧電素子22全体が早く共振して定常状態となるので、圧電アクチュエータ2の始動性を向上させることができる。これにより、印加電圧が低い場合や、高い始動トルクが要求される場合でも比較的早く始動できる。
(6) Since the protrusions 23 are provided at both ends of the reinforcing plate 21 in the long side direction, the moment of inertia is increased on both sides of the piezoelectric element 22, and a good bending secondary vibration can be obtained more efficiently.
Further, when the piezoelectric actuator 2 is started, the other protrusion 23 that is not in contact with the driven body 100 excites the bending secondary vibration well and transmits this vibration to the one protrusion 23. For this reason, compared with the case where the protrusion 23 is provided only on one side of the piezoelectric element 22, the entire piezoelectric element 22 resonates and enters a steady state, so that the startability of the piezoelectric actuator 2 can be improved. . Thereby, even when the applied voltage is low or a high starting torque is required, the engine can be started relatively quickly.

〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態の駆動機構が被駆動体の内周側に当接されているものである。
図7には、第二実施形態にかかる駆動機構1の平面図が、また図8には駆動機構1の側断面図が示されている。これらの図7および図8において、圧電アクチュエータ2および支持体3は円盤状の固定体4に固定されており、この固定体4の外周には環状の被駆動体100が、周方向に等間隔で配置された複数のボール44を介して回転可能に設けられている。複数のボール44は、被駆動体100の内周に形成された溝102と、固定体4の外周に形成された傾斜部分と、固定体4に固定された環状の押さえ板441の傾斜部分とで挟まれることによって溝102に収まっている。また、固定体4と押さえ板441との間には環状のボール保持部442が介装されている。このボール保持部442は、外周にボール44と同数の略半円形の切欠部分が形成され、この切欠部分にボール44がそれぞれ配置されることで、固定体4の外周で所定間隔を保っている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the drive mechanism of the first embodiment is in contact with the inner peripheral side of the driven body.
FIG. 7 shows a plan view of the drive mechanism 1 according to the second embodiment, and FIG. 8 shows a side sectional view of the drive mechanism 1. 7 and 8, the piezoelectric actuator 2 and the support 3 are fixed to a disk-shaped fixed body 4, and an annular driven body 100 is equidistant from the outer periphery of the fixed body 4 in the circumferential direction. It is rotatably provided through a plurality of balls 44 arranged in the above. The plurality of balls 44 includes a groove 102 formed on the inner periphery of the driven body 100, an inclined portion formed on the outer periphery of the fixed body 4, and an inclined portion of an annular pressing plate 441 fixed to the fixed body 4. It fits in the groove | channel 102 by being pinched | interposed by. Further, an annular ball holding portion 442 is interposed between the fixed body 4 and the pressing plate 441. The ball holding portion 442 is formed with substantially the same number of semi-circular cutout portions as the balls 44 on the outer periphery, and the balls 44 are respectively disposed in the cutout portions, thereby maintaining a predetermined interval on the outer periphery of the fixed body 4. .

圧電アクチュエータ2の補強板21には、短辺の片側のみに突出部23が設けられている。突出部23は、補強板21の短辺略中央から長手方向に沿って突出しており、先端が円弧状に形成されている。この突出部23の寸法は、第一実施形態の突出部23と同様に長さ寸法L2が幅寸法W2より長く形成されている。
圧電素子22表面に設けられた電極は、第一実施形態の圧電素子22の電極よりも少なく、第一実施形態の電極22A,22C,22Dが溝25Aで絶縁されずに結合されることにより、略T字形の電極22Fが形成されている。
The reinforcing plate 21 of the piezoelectric actuator 2 is provided with a protrusion 23 only on one side of the short side. The protruding portion 23 protrudes from the approximate center of the short side of the reinforcing plate 21 along the longitudinal direction, and the tip is formed in an arc shape. As for the dimension of this protrusion part 23, the length dimension L2 is formed longer than the width dimension W2 similarly to the protrusion part 23 of 1st embodiment.
The number of electrodes provided on the surface of the piezoelectric element 22 is less than that of the piezoelectric element 22 of the first embodiment, and the electrodes 22A, 22C, and 22D of the first embodiment are coupled without being insulated by the groove 25A. A substantially T-shaped electrode 22F is formed.

圧電素子22の電極22B,22E,22Fに接続された図示しないリード線は、固定体4に形成された配線用の孔46を通って反対側において図示しない印加装置に接続される。また、電極22B,22Eは、固定体4の反対側において圧電アクチュエータ2の振動を検出する検出装置(図示せず)にも接続されている。
なお、それぞれのリード線は圧電アクチュエータ2の振動の節近傍で電極22B,22E,22Fに接続されていることが望ましい。
被駆動体100には、内周に沿って断面円弧状の凹部101が形成され、この凹部101に圧電アクチュエータ2の突出部23が当接されている。
A lead wire (not shown) connected to the electrodes 22B, 22E, 22F of the piezoelectric element 22 is connected to an application device (not shown) on the opposite side through a wiring hole 46 formed in the fixed body 4. The electrodes 22B and 22E are also connected to a detection device (not shown) that detects the vibration of the piezoelectric actuator 2 on the opposite side of the fixed body 4.
Each lead wire is preferably connected to the electrodes 22B, 22E, and 22F in the vicinity of the vibration node of the piezoelectric actuator 2.
The driven body 100 is formed with a concave portion 101 having an arcuate cross section along the inner periphery, and the protruding portion 23 of the piezoelectric actuator 2 is in contact with the concave portion 101.

このような駆動機構1では、圧電素子22の電極22B,22Fに電圧を印加すると、圧電アクチュエータ2に縦一次振動が励振される。また、電極22Eのみに電圧が印加されないため圧電素子22の振動が非対称となり、圧電アクチュエータ2には同時に屈曲二次振動が励振される。これらの縦一次振動および屈曲二次振動により、突出部23は第一実施形態と同様に楕円振動を描いて振動し、被駆動体100を内周側から押圧して被駆動体100を回転させる。
このとき、電極22Eには電圧が印加されないが、圧電アクチュエータ2全体の振動により電極22E部分の圧電素子22には微小の変位が生じて微小電圧が発生する。検出装置ではこの微小電圧を検出して圧電アクチュエータ2の振動挙動を把握し、印加電圧の電圧や印加周波数などを調整することにより、圧電アクチュエータ2の振動が所定の振動挙動となるように制御する。
電圧を印加する電極を電極22E,22Fに切り替えると、突出部23が反対方向に楕円軌道を描いて被駆動体100を反対方向に回転駆動する。この場合には電極22Bを検出電極として用いればよい。
In such a drive mechanism 1, when a voltage is applied to the electrodes 22 </ b> B and 22 </ b> F of the piezoelectric element 22, longitudinal primary vibration is excited in the piezoelectric actuator 2. Further, since no voltage is applied only to the electrode 22E, the vibration of the piezoelectric element 22 becomes asymmetrical, and the bending secondary vibration is excited in the piezoelectric actuator 2 at the same time. Due to these longitudinal primary vibration and bending secondary vibration, the protrusion 23 vibrates in an elliptical manner as in the first embodiment, and presses the driven body 100 from the inner peripheral side to rotate the driven body 100. .
At this time, no voltage is applied to the electrode 22E, but a minute displacement is generated in the piezoelectric element 22 in the portion of the electrode 22E due to the vibration of the entire piezoelectric actuator 2, and a minute voltage is generated. The detection device detects the minute voltage, grasps the vibration behavior of the piezoelectric actuator 2, and controls the vibration of the piezoelectric actuator 2 to have a predetermined vibration behavior by adjusting the voltage and frequency of the applied voltage. .
When the electrode to which the voltage is applied is switched to the electrodes 22E and 22F, the projecting portion 23 draws an elliptical orbit in the opposite direction and rotationally drives the driven body 100 in the opposite direction. In this case, the electrode 22B may be used as the detection electrode.

このような第二実施形態によれば、第一実施形態の(1)〜(5)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(7) 突出部23の長さ寸法L2が長く形成されているので、効率よく屈曲二次振動を励振できる。したがって、屈曲二次振動を励振するための電極22B,22Eが第一実施形態の電極22A,22B,22D,22Eと較べて圧電素子22の片側のみに設けられている場合でも、良好に屈曲二次振動を励振できる。
また、圧電素子22に形成される電極数を減少できるので、配線を少なくすることができ、構造を簡単にできるとともに、配線による圧電アクチュエータ2の振動阻害を最小限に抑制できる。
According to such a second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the same effects as the effects (1) to (5) of the first embodiment.
(7) Since the length dimension L2 of the projecting portion 23 is long, the bending secondary vibration can be excited efficiently. Therefore, even when the electrodes 22B and 22E for exciting the bending secondary vibration are provided only on one side of the piezoelectric element 22 as compared with the electrodes 22A, 22B, 22D and 22E of the first embodiment, the bending The next vibration can be excited.
In addition, since the number of electrodes formed on the piezoelectric element 22 can be reduced, wiring can be reduced, the structure can be simplified, and vibration inhibition of the piezoelectric actuator 2 by wiring can be suppressed to a minimum.

〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態は、本発明の圧電アクチュエータを液体吐出装置に適用したものである。
図9には、第三実施形態にかかる液体吐出装置50が示されている。この図9において、液体吐出装置50は、内部に液体が流通するチューブ51と、チューブ51の上を転動して内部の液体を順次送液するボール52と、ボール52をチューブ51側に押圧しながら転動させるロータ(被駆動体)53と、ロータ53を回転駆動する圧電アクチュエータ2とを備えている。これらのチューブ51の一部、ボール52、ロータ53、および圧電アクチュエータ2は基部54に収納されている。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the piezoelectric actuator of the present invention is applied to a liquid ejection device.
FIG. 9 shows a liquid ejection device 50 according to the third embodiment. In FIG. 9, the liquid discharge device 50 includes a tube 51 through which liquid flows, a ball 52 that rolls on the tube 51 and sequentially sends the liquid inside, and presses the ball 52 toward the tube 51. A rotor (driven body) 53 that rolls while rotating and a piezoelectric actuator 2 that rotationally drives the rotor 53 are provided. A part of these tubes 51, the ball 52, the rotor 53, and the piezoelectric actuator 2 are accommodated in the base 54.

圧電アクチュエータ2の突出部23は、補強板21の短辺から長辺方向に突出するように、補強板21の対角線上両端に形成されている。これらの突出部23は、第一実施形態および第二実施形態と同様に長さ寸法L2が幅寸法W2より長く設定され、先端が円弧状に形成されており、一方の突出部23がロータ53の外周側面に当接されている。ここで、圧電アクチュエータ2は、長手方向がロータ53の径方向に対して所定角度で傾斜するように配置されている。
圧電素子22表面には電極が形成されているが、本実施形態では第一実施形態とは異なり溝が設けられておらず、圧電素子22全面に電極が一つ形成されている。圧電素子22表裏面の電極は印加装置に接続されている。
圧電アクチュエータ2は長手方向略中央を腕部24によって両側から支持されている。腕部24はねじ27によって基部54に固定され、ねじ27を中心に回動可能に保持されている。腕部24には略U字形の付勢部材28が一体的に形成されており、この付勢部材28の端部にはねじ29の先端が側面から略直角に当接されている。ねじ29は基部54に螺合され、先端が付勢部材28側に進退可能に支持されている。
The protruding portions 23 of the piezoelectric actuator 2 are formed at both ends of the reinforcing plate 21 on a diagonal line so as to protrude in the long side direction from the short side of the reinforcing plate 21. As in the first embodiment and the second embodiment, these protrusions 23 are set such that the length dimension L2 is longer than the width dimension W2, the tip is formed in an arc shape, and one protrusion 23 is the rotor 53. It is contact | abutted to the outer peripheral side surface. Here, the piezoelectric actuator 2 is disposed such that the longitudinal direction is inclined at a predetermined angle with respect to the radial direction of the rotor 53.
An electrode is formed on the surface of the piezoelectric element 22, but in this embodiment, unlike the first embodiment, no groove is provided, and one electrode is formed on the entire surface of the piezoelectric element 22. The electrodes on the front and back surfaces of the piezoelectric element 22 are connected to an application device.
The piezoelectric actuator 2 is supported from both sides by an arm portion 24 at a substantially longitudinal center. The arm portion 24 is fixed to the base portion 54 with a screw 27 and is held so as to be rotatable about the screw 27. A substantially U-shaped urging member 28 is formed integrally with the arm portion 24, and the tip of a screw 29 is brought into contact with the end of the urging member 28 at a substantially right angle from the side surface. The screw 29 is screwed into the base portion 54, and the tip is supported so as to be able to advance and retreat toward the biasing member 28 side.

圧電素子22の電極に電圧を印加して圧電素子22を伸縮させると、圧電アクチュエータ2に縦一次振動が励振される。またこのとき、突出部23が圧電素子22の長辺方向に沿った中心線に対して非対称に設けられているため、圧電アクチュエータ2全体に重量のアンバランスが生じ、圧電アクチュエータ2には屈曲二次振動が励振される。これらの縦一次振動および屈曲二次振動により突出部23が楕円軌道を描いて振動し、ロータ53を回転させる。   When a voltage is applied to the electrodes of the piezoelectric element 22 to expand and contract the piezoelectric element 22, longitudinal primary vibration is excited in the piezoelectric actuator 2. At this time, since the protrusion 23 is provided asymmetrically with respect to the center line along the long side direction of the piezoelectric element 22, the weight of the piezoelectric actuator 2 is unbalanced, and the piezoelectric actuator 2 is bent twice. The next vibration is excited. The protrusion 23 vibrates along an elliptical orbit by these longitudinal primary vibration and bending secondary vibration, and rotates the rotor 53.

ロータ53が回転するとロータ53の押圧力によってボール52がチューブ51を押しつぶしながら転動する。二つのボール52の間に挟まれたチューブ51内部の液体は順次送液されてチューブ51の開口端から吐出される。突出部23のロータ53に対する当接力の調整は、ねじ29を回転させて先端を進退させることによって付勢部材28の付勢力を変更することで行う。この付勢力の変更によって圧電アクチュエータ2がねじ27を中心に回動し、ロータ53への当接力が変更される。突出部23がロータ53に強く押し付けられると、突出部23の楕円軌道のうちロータ53を駆動可能な摩擦力が得られる部分が多くなるので、ロータ53の駆動速度が速くなる。   When the rotor 53 rotates, the ball 52 rolls while crushing the tube 51 by the pressing force of the rotor 53. The liquid inside the tube 51 sandwiched between the two balls 52 is sequentially fed and discharged from the open end of the tube 51. Adjustment of the abutting force of the projecting portion 23 against the rotor 53 is performed by changing the urging force of the urging member 28 by rotating the screw 29 to advance and retract the tip. Due to the change of the urging force, the piezoelectric actuator 2 rotates around the screw 27, and the contact force to the rotor 53 is changed. When the protruding portion 23 is strongly pressed against the rotor 53, the portion of the elliptical orbit of the protruding portion 23 where the frictional force capable of driving the rotor 53 is increased, and the driving speed of the rotor 53 is increased.

このような第三実施形態によれば、第一実施形態の(1)〜(4)、および(6)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(8) 突出部23の長さ寸法L2が幅寸法W2より長いので、圧電アクチュエータ2の長辺方向がロータ53の径方向に対して傾くように配置しても圧電素子22がロータ53と干渉することなく圧電アクチュエータ2を配置できる。
また、圧電アクチュエータ2の長辺方向をロータ53の径方向に対して傾くように配置しているので、ロータ53からの反力によって突出部23の屈曲二次振動をより一層容易に発生させることができる。
According to the third embodiment, in addition to the same effects as the effects (1) to (4) and (6) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(8) Since the length dimension L 2 of the protrusion 23 is longer than the width dimension W 2, the piezoelectric element 22 interferes with the rotor 53 even if the long side direction of the piezoelectric actuator 2 is inclined with respect to the radial direction of the rotor 53. The piezoelectric actuator 2 can be arranged without doing so.
Further, since the piezoelectric actuator 2 is arranged so that the long side direction is inclined with respect to the radial direction of the rotor 53, the secondary bending vibration of the protruding portion 23 can be more easily generated by the reaction force from the rotor 53. Can do.

(9) 圧電アクチュエータ2が突出部23の取付位置による重量アンバランスによって屈曲二次振動を励振するので、圧電素子22には電極を一つ形成すればよい。したがって、圧電アクチュエータ2の配線、構造を簡単にでき、圧電アクチュエータ2の振動阻害を良好に防止して、より高効率に励振できる。  (9) Since the piezoelectric actuator 2 excites the bending secondary vibration by the weight imbalance depending on the mounting position of the protrusion 23, the piezoelectric element 22 may be formed with one electrode. Therefore, the wiring and structure of the piezoelectric actuator 2 can be simplified, vibration inhibition of the piezoelectric actuator 2 can be satisfactorily prevented, and excitation can be performed with higher efficiency.

なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
圧電アクチュエータの突出部の形状は、各実施形態において円弧状に形成されていたが、これに限らず、例えば図10から図12に示されるような形状であってもよい。
図10に示される突出部23では、先端が直線状に形成されている。このような突出部23であっても、長さ寸法L2が幅寸法W2より長く形成されていれば、突出部23の重心を圧電アクチュエータ2の長辺方向に関してより外側に配置することができ、屈曲二次振動を効率よく励振できる。また、突出部23先端が直線状に形成されているので、長期間の使用によって先端部分が多少摩耗しても、被駆動体への当接面積が大きく変化しないので、長期間にわたって安定した駆動力を得ることができる。そして、突出部23先端を簡単に加工できるので、製造コストを低減できる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
The shape of the projecting portion of the piezoelectric actuator is formed in an arc shape in each embodiment, but is not limited thereto, and may be a shape as shown in FIGS. 10 to 12, for example.
In the protrusion part 23 shown by FIG. 10, the front-end | tip is formed in linear form. Even with such a protruding portion 23, if the length dimension L2 is formed longer than the width dimension W2, the center of gravity of the protruding portion 23 can be disposed more outward in the long side direction of the piezoelectric actuator 2, Bending secondary vibration can be excited efficiently. In addition, since the tip of the protruding portion 23 is formed in a straight line, even if the tip is worn slightly due to long-term use, the contact area to the driven body does not change greatly, so that stable driving over a long period of time is possible. You can gain power. And since the front-end | tip of the protrusion part 23 can be processed easily, manufacturing cost can be reduced.

圧電アクチュエータの突出部の形状は、図10の他、図11のような台形や、図12のような変形形状であってもよい。特に図12においては、突出部23は、補強板21の矩形部分への接続部分から先端に向かうにしたがって幅寸法が大きくなるように形成され、先端は略円弧状に形成されている。このような形状であれば、例えば圧電アクチュエータ2の長手方向に関するスペースに余裕がない場合でも、長さ寸法L2をある程度制限しながら突出部23の重心を圧電アクチュエータ2の長辺方向外側に配置できるので、有用である。   The shape of the protruding portion of the piezoelectric actuator may be a trapezoid as shown in FIG. 11 or a deformed shape as shown in FIG. In particular, in FIG. 12, the protruding portion 23 is formed so that the width dimension increases from the connecting portion to the rectangular portion of the reinforcing plate 21 toward the tip, and the tip is formed in a substantially arc shape. With such a shape, for example, even when there is no room in the longitudinal direction of the piezoelectric actuator 2, the center of gravity of the protruding portion 23 can be disposed outside the longitudinal direction of the piezoelectric actuator 2 while limiting the length L 2 to some extent. So it is useful.

第一実施形態および第二実施形態では圧電アクチュエータ2は、その長辺方向が被駆動体100の径方向に沿うように配置されていたが、これに限らず例えば第三実施形態のように被駆動体100の径方向に対して傾くように配置してもよい。この場合では、被駆動体100からの反力によって突出部23が屈曲二次振動を励振し易くなる。このため、屈曲二次振動を発生させるために電圧が印加されない電極22A,22B,22D,22Eを小さくすることができるので、駆動に使われる電極の面積を大きくすることができ、駆動力を大きくすることができる。   In the first embodiment and the second embodiment, the piezoelectric actuator 2 is arranged so that the long side direction thereof is along the radial direction of the driven body 100. However, the piezoelectric actuator 2 is not limited to this and is covered, for example, as in the third embodiment. You may arrange | position so that it may incline with respect to the radial direction of the drive body 100. FIG. In this case, the protrusion 23 can easily excite the secondary bending vibration by the reaction force from the driven body 100. For this reason, since the electrodes 22A, 22B, 22D, and 22E to which no voltage is applied in order to generate the bending secondary vibration can be reduced, the area of the electrodes used for driving can be increased and the driving force can be increased. can do.

突出部の寸法は、長さ寸法が幅寸法より長くなる範囲で適宜設定してよい。例えば突出部の重量を大きくしたり、長さ寸法を長くして突出部の重心を屈曲二次振動の節から遠くすると、屈曲二次振動の共振周波数が低下する傾向がある。これを利用して縦一次振動の共振周波数と屈曲二次振動の共振周波数とが互いに近接するように突出部の寸法を調整してもよい。このような調整を行えば、圧電素子の寸法や補強板の寸法を変更することなく、ある程度の共振周波数の微調整が行える。
また、突出部は、前述の実施形態の補強板21と一体的に形成されるものに限らず、補強板21とは別体で設けられていてもよい。この場合には、共通の形状の補強板に圧電アクチュエータの駆動条件などによって突出部の形状、寸法などを設定して取り付けることができるので、汎用性を向上させることができる。
You may set the dimension of a protrusion part suitably in the range from which a length dimension becomes longer than a width dimension. For example, if the weight of the protruding portion is increased or the length dimension is increased so that the center of gravity of the protruding portion is moved away from the node of the bending secondary vibration, the resonance frequency of the bending secondary vibration tends to decrease. By utilizing this, the dimension of the protrusion may be adjusted so that the resonance frequency of the longitudinal primary vibration and the resonance frequency of the bending secondary vibration are close to each other. By performing such adjustment, fine adjustment of a certain resonance frequency can be performed without changing the dimensions of the piezoelectric element and the reinforcing plate.
Further, the protruding portion is not limited to the one formed integrally with the reinforcing plate 21 of the above-described embodiment, and may be provided separately from the reinforcing plate 21. In this case, versatility can be improved because the shape and dimensions of the protrusions can be set and attached to the reinforcing plate having a common shape depending on the driving conditions of the piezoelectric actuator.

あるいは、突出部の寸法に応じて圧電アクチュエータの寸法を調整してもよい。
図13は、突出部および圧電素子22の寸法を調整する例を示す図である。この図13において、図13(A)は本発明の圧電アクチュエータの図、図13(B)および図13(C)は、図13(A)の圧電アクチュエータに対して各寸法を変更した場合の図である。
例えば図13(B)において、図13(A)の圧電アクチュエータ2よりも突出部23の長さ寸法を長くした場合では、屈曲二次振動の振動振幅が大きくなる。このため、突出部23が描く楕円軌道は、図13(A)の突出部23における楕円軌道よりも屈曲二次振動の成分が大きいものとなり、圧電素子22の短辺方向に沿った振動の成分が強くなる。さらに、屈曲二次振動の節から突出部23の先端までの距離が大きいので、同じ周波数で振動した場合には突出部23先端の速度が速くなるから、被駆動体を高速で駆動する場合に有用となる。このとき、突出部23の長さ寸法が大きくなることにより腕部24から突出部23までの圧電アクチュエータ2の振動が不安定になるのを防止するため、腕部24を圧電素子22の長手方向中央よりも突出部23に近い側に設けるとよい。
反対に、図13(A)の圧電アクチュエータ2は、図13(B)の圧電アクチュエータ2よりも縦一次振動の成分が大きくなるので、被駆動体への押し付け力が大きくなる。したがって被駆動体の重量が大きい場合など、被駆動体の駆動に高いトルクを必要とする場合に有用となる。
Or you may adjust the dimension of a piezoelectric actuator according to the dimension of a protrusion part.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of adjusting the dimensions of the protruding portion and the piezoelectric element 22. In FIG. 13, FIG. 13A is a diagram of the piezoelectric actuator of the present invention, and FIGS. FIG.
For example, in FIG. 13B, when the length of the protrusion 23 is made longer than that of the piezoelectric actuator 2 of FIG. 13A, the vibration amplitude of the bending secondary vibration becomes large. For this reason, the elliptical orbit drawn by the protrusion 23 has a component of bending secondary vibration larger than that of the elliptical orbit in the protrusion 23 in FIG. 13A, and the vibration component along the short side direction of the piezoelectric element 22. Becomes stronger. Furthermore, since the distance from the node of the bending secondary vibration to the tip of the protrusion 23 is large, the speed of the tip of the protrusion 23 is increased when vibrating at the same frequency. Useful. At this time, in order to prevent the vibration of the piezoelectric actuator 2 from the arm portion 24 to the protruding portion 23 from becoming unstable due to an increase in the length of the protruding portion 23, the arm portion 24 is moved in the longitudinal direction of the piezoelectric element 22. It may be provided on the side closer to the protrusion 23 than the center.
On the other hand, the piezoelectric actuator 2 in FIG. 13A has a component of longitudinal primary vibration larger than that of the piezoelectric actuator 2 in FIG. 13B, so that the pressing force against the driven body is increased. Therefore, it is useful when a high torque is required for driving the driven body, such as when the driven body is heavy.

図13(B)のように突出部23の長さ寸法を大きくすると、圧電アクチュエータ2の屈曲二次振動の共振周波数が低下する。ここで、圧電アクチュエータ2を縦一次振動および屈曲二次振動の両方の共振点付近で振動させるには、縦一次振動の共振周波数と屈曲二次振動の共振周波数の差が10kHzより小さいことが望ましく、より望ましくは5kHzより小さいとよい。したがって、突出部23の長さ寸法の変更により両者の共振周波数との差が大きくなりすぎる場合には、図13(C)のように、圧電素子22の幅寸法を大きくする。すると、屈曲二次振動の共振周波数が増加するので、縦一次振動の共振周波数との差が小さくなり、圧電アクチュエータ2を両者の共振点付近で良好に振動させることができる。   When the length dimension of the protrusion 23 is increased as shown in FIG. 13B, the resonance frequency of the bending secondary vibration of the piezoelectric actuator 2 is lowered. Here, in order to vibrate the piezoelectric actuator 2 near the resonance point of both the longitudinal primary vibration and the bending secondary vibration, it is desirable that the difference between the resonance frequency of the longitudinal primary vibration and the resonance frequency of the bending secondary vibration is smaller than 10 kHz. More desirably, it is less than 5 kHz. Therefore, when the difference between the resonance frequencies of both of the protrusions 23 becomes too large due to the change in the length of the protrusion 23, the width of the piezoelectric element 22 is increased as shown in FIG. Then, since the resonance frequency of the bending secondary vibration increases, the difference from the resonance frequency of the longitudinal primary vibration becomes small, and the piezoelectric actuator 2 can be vibrated well in the vicinity of both resonance points.

なお、図13(B)および図13(C)の圧電アクチュエータ2において、図13(A)の突出部23の長さ寸法を長くした分(増加分)と同じ距離だけ腕部24の取付位置を突出部23側にずらすと、突出部23先端から腕部24までの距離が変化しない。したがって、このような複数種類の寸法の圧電アクチュエータ2に対しても被駆動体の位置や圧電アクチュエータ2の固定位置が変化しないので、共通の支持体3を利用でき、また支持体3の固定位置も同じにすることができるから、圧電アクチュエータ2以外の構成部品の共通化を図ることができる。反対に、共通の構成部品に対して複数種類の寸法の圧電アクチュエータを固定することができるので、使用用途や使用条件に対応した圧電アクチュエータを適宜選択して取り付けることができ、圧電アクチュエータの適用範囲を広げることができ、汎用性を向上させることができる。   In addition, in the piezoelectric actuator 2 of FIG. 13 (B) and FIG. 13 (C), the attachment position of the arm part 24 by the same distance as the length dimension of the protrusion part 23 of FIG. Is shifted to the protruding portion 23 side, the distance from the tip of the protruding portion 23 to the arm portion 24 does not change. Therefore, since the position of the driven body and the fixing position of the piezoelectric actuator 2 do not change for the piezoelectric actuators 2 having a plurality of types of dimensions, the common supporting body 3 can be used, and the fixing position of the supporting body 3 can be fixed. Therefore, the components other than the piezoelectric actuator 2 can be shared. On the other hand, piezoelectric actuators with multiple dimensions can be fixed to a common component, so that piezoelectric actuators can be selected and installed as appropriate for the intended use and usage conditions. Can be expanded, and versatility can be improved.

圧電アクチュエータは、各実施形態において回転体を駆動するものとして利用されていたが、これに限らず例えば棒状部材を長手方向に移動させるものとして利用してもよい。また、圧電アクチュエータは、回転体を駆動し、この回転体に固定される軸を設けることによって、この軸を出力軸とするモータに利用してもよい。
また、圧電アクチュエータは、モータや各実施形態の駆動機構、液体吐出装置に限らず、その他例えば第一実施形態の被駆動体を車輪として利用することにより、圧電アクチュエータを玩具の自動車に適用したり、時計の針駆動用や日車駆動用のアクチュエータとして利用するなど、様々な機器に適用できる。
The piezoelectric actuator has been used as one that drives the rotating body in each embodiment. However, the piezoelectric actuator is not limited to this, and may be used as one that moves, for example, a rod-shaped member in the longitudinal direction. In addition, the piezoelectric actuator may be used for a motor having an output shaft as an output shaft by driving a rotating body and providing a shaft fixed to the rotating body.
In addition, the piezoelectric actuator is not limited to the motor, the drive mechanism of each embodiment, and the liquid ejection device, but may be applied to a toy car by using, for example, the driven body of the first embodiment as a wheel. It can be applied to various devices such as a watch hand drive and a date wheel drive actuator.

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
The best configuration, method and the like for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, but the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but may be configured for the above-described embodiments without departing from the scope and spirit of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of materials, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, material, etc. disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such restrictions is included in this invention.

本発明の効果を確認するために、以下の実験を行った。
(実施例)
第一実施形態と略同様の駆動機構1において、圧電素子22の長さ寸法L1=7mm、幅寸法W1=2mmとした。また、突出部23の長さ寸法L2=0.45mm、幅寸法W2=0.5mmとした。また、突出23の被駆動体100への押付力を0.078Nとし、圧電素子22に5Vの電圧を印加し、被駆動体100を駆動した。この時、被駆動体100の駆動速度が最も高速となるような印加電圧の周波数は270kHZであった。
In order to confirm the effect of the present invention, the following experiment was conducted.
(Example)
In the drive mechanism 1 that is substantially the same as that of the first embodiment, the length L1 of the piezoelectric element 22 is 7 mm and the width W1 is 2 mm. Further, the length dimension L2 = 0.45 mm of the protrusion 23 and the width dimension W2 = 0.5 mm were set. The pressing force of the protrusion 23 against the driven body 100 was 0.078 N, and a voltage of 5 V was applied to the piezoelectric element 22 to drive the driven body 100. At this time, the frequency of the applied voltage at which the driving speed of the driven body 100 was the highest was 270 kHz.

(比較例)
突出部23の長さ寸法L2=0.9mm、幅寸法W2=0.5mmとした。また、被駆動体100の駆動速度が最も高速となるような圧電素子22への印加電圧の周波数は286kHZであった。他の条件は実施例と同じである。
(Comparative example)
The length L2 of the protrusion 23 was set to 0.9 mm and the width W2 was set to 0.5 mm. In addition, the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 22 at which the driving speed of the driven body 100 was the highest was 286 kHz. Other conditions are the same as in the examples.

(実施例および比較例の結果)
実施例の駆動機構1では被駆動体100の駆動速度は約1.3m/sであった。
一方、比較例の駆動機構1では、被駆動体100の駆動速度は約0.5m/sであった。
以上より、突出部23の長さ寸法L2が幅寸法W2より長いと、被駆動体100の駆動速度をより速くできることがわかる。
(Results of Examples and Comparative Examples)
In the driving mechanism 1 of the example, the driving speed of the driven body 100 was about 1.3 m / s.
On the other hand, in the driving mechanism 1 of the comparative example, the driving speed of the driven body 100 was about 0.5 m / s.
From the above, it can be seen that the drive speed of the driven body 100 can be increased when the length dimension L2 of the protrusion 23 is longer than the width dimension W2.

本発明の圧電アクチュエータは、棒状部材や回転体を駆動する駆動機構に利用できる他、液体吐出装置や玩具の自動車、時計など、様々な機器に利用することができる。   The piezoelectric actuator of the present invention can be used for various devices such as a liquid ejection device, a toy car, a watch, etc., as well as a driving mechanism for driving a rod-shaped member or a rotating body.

本発明の第一実施形態にかかる駆動機構を示す平面図。The top view which shows the drive mechanism concerning 1st embodiment of this invention. 圧電アクチュエータおよび支持体を示す斜視図。The perspective view which shows a piezoelectric actuator and a support body. 圧電アクチュエータの拡大平面図。The enlarged plan view of a piezoelectric actuator. 駆動機構の側断面図。The sectional side view of a drive mechanism. 圧電アクチュエータの振動挙動を示す図。The figure which shows the vibration behavior of a piezoelectric actuator. 突出部の振動および変位を示す図。The figure which shows the vibration and displacement of a protrusion part. 第二実施形態にかかる駆動機構を示す平面図。The top view which shows the drive mechanism concerning 2nd embodiment. 駆動機構の側断面図。The sectional side view of a drive mechanism. 第三実施形態にかかる液体吐出装置を示す平面図。FIG. 9 is a plan view showing a liquid ejection device according to a third embodiment. 圧電アクチュエータの突出部の変形例を示す図。The figure which shows the modification of the protrusion part of a piezoelectric actuator. 圧電アクチュエータの突出部の別の変形例を示す図。The figure which shows another modification of the protrusion part of a piezoelectric actuator. 圧電アクチュエータの突出部のさらに別の変形例を示す図。The figure which shows another modification of the protrusion part of a piezoelectric actuator. 圧電アクチュエータの形状の変形例を示す図。The figure which shows the modification of the shape of a piezoelectric actuator.

符号の説明Explanation of symbols

1…駆動機構(機器)、2…圧電アクチュエータ、21…補強板、22…圧電素子、23…突出部、24…腕部、50…液体吐出装置(機器)、53…ロータ(被駆動体)、100…被駆動体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Drive mechanism (apparatus), 2 ... Piezoelectric actuator, 21 ... Reinforcement plate, 22 ... Piezoelectric element, 23 ... Projection part, 24 ... Arm part, 50 ... Liquid discharge apparatus (apparatus), 53 ... Rotor (driven body) , 100: driven body.

Claims (6)

略矩形板状の圧電素子を備え、前記圧電素子の短辺方向に屈曲する屈曲振動を励振することにより被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであって、
前記圧電素子の長辺方向に沿って突出し前記被駆動体に当接される突出部を備え、
この突出部の前記圧電素子の長辺方向に沿った寸法は、前記圧電素子との接続部分における前記圧電素子の短辺方向に沿った寸法より長い
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
A piezoelectric actuator comprising a substantially rectangular plate-like piezoelectric element, and driving a driven body by exciting bending vibration that is bent in the short side direction of the piezoelectric element,
Protruding portions that protrude along the long side direction of the piezoelectric element and are in contact with the driven body,
A dimension of the projecting portion along the long side direction of the piezoelectric element is longer than a dimension along the short side direction of the piezoelectric element at a connection portion with the piezoelectric element.
請求項1に記載の圧電アクチュエータにおいて、
当該圧電アクチュエータは、前記圧電素子の長辺方向略中央を中心に伸縮する縦一次振動と、前記圧電素子の短辺方向に前記圧電素子の略中央を中心として点対称に振動する屈曲二次振動とを合わせた振動を行うように構成されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
The piezoelectric actuator according to claim 1,
The piezoelectric actuator includes a longitudinal primary vibration that expands and contracts around the approximate center of the long side of the piezoelectric element, and a bending secondary vibration that vibrates point-symmetrically around the approximate center of the piezoelectric element in the short side direction of the piezoelectric element. A piezoelectric actuator characterized by being configured to vibrate in combination with.
請求項1または請求項2に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記突出部先端は、直線状または円弧状に形成されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
The piezoelectric actuator according to claim 1 or 2,
The tip of the protrusion is formed in a linear shape or an arc shape.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記突出部は、前記圧電素子の長辺方向両端に、前記圧電素子の略中央を中心として点対称の位置に設けられている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 3,
The piezoelectric actuator is characterized in that the projecting portions are provided at both ends in the long side direction of the piezoelectric element at point-symmetrical positions about the approximate center of the piezoelectric element.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータによって回転駆動される出力軸とを備えたことを特徴とするモータ。   A motor comprising the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 4 and an output shaft that is rotationally driven by the piezoelectric actuator. 請求項1から請求項4のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えた機器。   The apparatus provided with the piezoelectric actuator in any one of Claims 1-4.
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