JP2007306799A - Ultrasonic actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種電子機器に用いられる振動アクチュエータに関するものであり、さらに言えば、電気機械変換素子を用いた超音波アクチュエータに関する。 The present invention relates to a vibration actuator used in various electronic devices, and more particularly to an ultrasonic actuator using an electromechanical transducer.
従来の超音波アクチュエータを図13、14に示す。図13は従来の超音波アクチュエータの圧電素子部の斜視図であり、図14は同断面図である。 A conventional ultrasonic actuator is shown in FIGS. FIG. 13 is a perspective view of a piezoelectric element portion of a conventional ultrasonic actuator, and FIG. 14 is a sectional view thereof.
圧電素子100は5ヵ所の支持部101A、101B、101C、101D、101Eにて支持されており、この圧電素子100には、4分割電極102a、102b、102c、102dが形成され、反対側の圧電素子全面には全面電極(図示せず)が形成されている。
The
ワイヤー104aは、はんだ105aにより電極102aと、はんだ105dにより電極102dと接続されている。また、ワイヤー104bは、はんだ105bにより電極102bと、はんだ105cにより電極102cと接続されている。さらに、ワイヤー104gは、前記全面電極に接続されている。これらのワイヤー104a、104b、104gを通じて圧電素子100に電圧が印加される。
The
圧電素子100の上面には駆動子102が設けられ、その先端部は可動体103に接触している。この駆動子102の先端部は、前記支持部101Cにより可動体103に押圧しており、これにより駆動子102の先端部と可動体103との摩擦力を高めて圧電素子100の振動を駆動子102を介してより確実に可動体103に伝搬させている。
A
次にこの超音波アクチュエータの可動方法について簡単に説明する。 Next, a method for moving the ultrasonic actuator will be briefly described.
図15、図16、図17(a)〜(d)は、それぞれ圧電素子の振動形態を説明する概念図である。 FIGS. 15, 16, and 17 (a) to 17 (d) are conceptual diagrams for explaining the vibration modes of the piezoelectric elements.
前記ワイヤー104gをグランドに接続し、前記ワイヤー104aには所定周波数の正弦波の基準電圧を、前記ワイヤー104bには基準電圧と位相が90°、または−90°ずれた電圧を印加する。すると、図15に示すように、圧電素子100に、屈曲振動の2次モードおよび、図16に示す伸縮振動(所謂、縦振動。以下、縦振動ともいう。)の一次モードが誘起される。
The
屈曲振動の共振周波数、および、伸縮振動の共振周波数はそれぞれ圧電素子100の材料、形状等により決定されるが、この二つの共振周波数を略一致させ、その近傍の周波数の電圧を印加することにより、圧電素子100には、屈曲2次モードと伸縮1次モードが調和的に誘起され、図17(a)、(b)、(c)、(d)に示す形状の変化を順番に起こす。
The resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the stretching vibration are determined by the material, shape, etc. of the
その結果、圧電素子100に設けられた駆動子102が紙面方向から見て略楕円運動を起こす。つまり、圧電素子100の屈曲振動と伸縮振動の合成により駆動子102が楕円運動を起こす。この楕円運動により駆動子102に支持された可動体103が矢印Aまたは矢印Bの方向に駆動され、超音波アクチュエータとしての役割をなしている。
As a result, the
また、一方で、図18に示すように、矩形状の圧電素子110を用い略半球状の駆動子112を複数設けた圧電アクチュエータも提案されている。
On the other hand, as shown in FIG. 18, there has also been proposed a piezoelectric actuator using a rectangular
なお、本出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
近年、電子機器の小型化にともない上述した超音波アクチュエータも小型化が求められているが、超音波アクチュエータを小型化した場合、効率を低下させてしまう恐れがあった。 In recent years, along with miniaturization of electronic equipment, the above-described ultrasonic actuator is also required to be miniaturized. However, when the ultrasonic actuator is miniaturized, there is a possibility that efficiency may be reduced.
すなわち、駆動子の剛性を確保するため駆動子の形状が相対的に大きくなってしまい、上述のように圧電素子の屈曲振動の腹の部分に略半球状の駆動子を設けた構成では圧電素子の屈曲振動を阻害してしまい、その結果、効率を低下させてしまう恐れがあった。 That is, the shape of the drive element becomes relatively large in order to ensure the rigidity of the drive element, and in the configuration in which the substantially hemispherical drive element is provided in the antinode portion of the bending vibration of the piezoelectric element as described above, the piezoelectric element In this case, the bending vibration is hindered, and as a result, the efficiency may be reduced.
そこで本発明は、駆動子による圧電素子の振動を阻害することを抑制し、超音波アクチュエータとしての効率を向上させることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to suppress the inhibition of vibration of a piezoelectric element by a driver, and to improve the efficiency as an ultrasonic actuator.
この目的を達成するために、本発明に係る超音波アクチュエータは、圧電素子で構成、又は圧電素子を含んで構成され、少なくとも屈曲振動を含む振動方向が互いに異なる複数の振動を行うアクチュエータ本体と、前記アクチュエータ本体における屈曲振動の振動方向を向く面に対して点接触状又は/及び線接触状に取り付けられて、該アクチュエータ本体の振動に従って動作することで駆動力を出力する駆動子とを備えることを特徴としたものである。 In order to achieve this object, an ultrasonic actuator according to the present invention is composed of a piezoelectric element or an actuator main body that includes a piezoelectric element, and that performs a plurality of vibrations with different vibration directions including at least bending vibrations, and A driver that is attached in a point contact shape and / or a line contact shape with respect to a surface of the actuator body that faces the vibration direction of the bending vibration, and outputs a driving force by operating according to the vibration of the actuator body. It is characterized by.
本発明によれば、駆動子とアクチュエータ本体との接触部をできるだけ少なくすることによりアクチュエータ本体の屈曲振動を駆動子が阻害することを抑制することができ、その結果、超音波アクチュエータとしての効率を向上させることができるものである。 According to the present invention, it is possible to suppress the driver from inhibiting the bending vibration of the actuator body by reducing the contact portion between the driver and the actuator body as much as possible. As a result, the efficiency as an ultrasonic actuator can be reduced. It can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
《発明の実施形態1》
図1は本発明の実施形態1における超音波アクチュエータの分解斜視図、図2は同断面図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ultrasonic actuator according to
図1、2において、PZT、水晶等の圧電材料からなる圧電素子1の表面の二箇所に球状の駆動子2,2を設けている。
1 and 2,
圧電素子1の前面には4分割された給電電極8が設けられ、背面には全面電極(図示せず)が設けられている。この給電電極8及び全面電極にはんだ6にてワイヤー9が接続されており、ワイヤー9はケース4に設けられた貫通孔(図示せず)から外部へ導出されている。このワイヤー9を通じて圧電素子1の給電電極8及び全面電極に特定の周波数の交流電圧が印加されることによって、圧電素子1が印加電圧の周波数に応じて振動する。詳しくは、圧電素子1は、その長手方向に伸縮振動すると共に、その短手方向に屈曲振動する。この圧電素子1がアクチュエータ本体を構成する。
The
前記はんだ6が形成されている圧電素子1の部位は、伸縮振動および屈曲振動のノード部周辺であり、ワイヤー9を接続する部位としてこのノード部を使用することにより圧電素子1の振動におよぼす悪影響、すなわち、はんだ6形成による圧電素子1への不要な負荷をできるだけ抑制しようとするものである。
The part of the
前記駆動子2,2は、接着剤10にて圧電素子1に接着されている。詳しくは、駆動子2,2は、図2,6に示すように、圧電素子1における屈曲振動の振動方向を向く面(図2,6においては圧電素子1の上面)に接着されている。駆動子2の材料としては、ジルコニア、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、タングステンカーバイド等が挙げられる。該駆動子2,2が接着される二箇所は、圧電素子1の屈曲振動の腹の略中心に該当する箇所であり、この箇所に駆動子2,2を設けることで圧電素子1の振動をより有効に活用することができる。
The
前記駆動子2,2は、図2に示すように、圧電素子1の上面(即ち、屈曲振動の振動方向を向く面)に対して点接触状に取り付けられている。ここで、「点接触状」とは、駆動子2と圧電素子1とが厳密に接触している状態に限られず、駆動子2と圧電素子1との間に接着剤10を介在させて該駆動子2と圧電素子1とが実質的に点接触している状態も意味する。
As shown in FIG. 2, the
前記接着剤10としては、圧電素子の材料、駆動子の材料よりも柔らかいことが望ましい。具体的には、合成樹脂、特にエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂が挙げられる。このような材料を用いることにより圧電素子1の屈曲振動をできるだけ阻害せずに各駆動子2と圧電素子1の固定を実現することができる。
The
前記圧電素子1は、ケース4に収容されており、ケース4内に設けた支持体5A〜5Cにより圧電素子1は支持されている。詳しくは、圧電素子1の伸縮方向(長手方向)が後述する可動体3の可動方向(即ち、超音波アクチュエータの駆動力が出力される駆動方向)と同方向(図2のA、B方向)になるように圧電素子1をケース4内に配置し、この可動体3の可動方向と同方向のケース4内壁面に壁面支持体5A、5Cを設けている。また、ケース4の内底面にも裏面支持体5Bが設けられ、圧電素子1を支持している。すなわち、圧電素子1は、その長手方向における両端面がケース4内壁面によって壁面支持体5A,5Cを介して支持されている。
The
裏面支持体5Bは、前記駆動子2,2が圧力をかけて後述する可動体3を支持する(即ち、可動体3に当接する)ように設けられており、これにより可動体3を安定して動作させることができる。可動体3を支持する2つの駆動子2,2のそれぞれの圧力は、給電電極8に電圧が印加されていない状態で略同一となるように設定されている。
The
前記壁面支持体及び裏面支持体は、板バネ、ゴム等の弾性部材からなり、また図3に示すように、導電部32を設けることができる。ケース4の壁面内部に引出電極37を設けるとともにケース4の底面内部にも引出電極37を設け、壁面支持体35A、35C、裏面支持体35Bの導電部32を介して圧電素子1の給電電極(図示せず)とを導通させている。
The wall surface support and the back support are made of an elastic member such as a leaf spring or rubber, and can be provided with a
前記駆動子2,2は、可動体3を支持(即ち、可動体3と当接)しており、圧電素子1の振動により各駆動子2が略楕円運動をすることによって可動体3が図2のA、または、B方向へ動く。つまり、駆動子2,2は、略楕円運動をしながら、矢印A及びBの方向へ駆動力を出力している。また、圧電素子1の伸縮振動の振動方向と可動体3の可動方向が同方向であり、屈曲振動の振動方向が可動体3の可動方向と垂直で且つ圧電素子1と可動体3を結ぶ方向(つまり、駆動子2が可動体3を支持する方向)である。
The
可動体3の材料としてはアルミナが挙げられ、駆動子2にアルミナを用いる場合磨耗の観点から、可動体3のアルミナは駆動子2のアルミナよりも柔らかいものを用いることが望ましい。
The material of the
このように構成された超音波アクチュエータは、換言すれば、給電電極8を設けた圧電素子1と、この圧電素子1の表面に設けた駆動子2,2と、この駆動子2,2により支持される可動体3とを有し、前記圧電素子1は前記給電電極8に給電することにより少なくとも屈曲振動を含む複数の振動が合成された振動をし、この振動により前記駆動子2,2を略楕円運動させて前記可動体3を前記圧電素子1との間で相対運動させるものであって、前記駆動子2,2は、略球形状であるとともに前記圧電素子1の屈曲振動の振動方向の圧電素子表面に実装されている。
In other words, the ultrasonic actuator configured as described above is supported by the
次に、図4〜図6を用いて前記構成の超音波アクチュエータの動作について説明する。 Next, the operation of the ultrasonic actuator having the above configuration will be described with reference to FIGS.
前記導電部32を介して圧電素子1の特定の給電電極8に特定の周波数の交流電圧を印加することによって、圧電素子1は、図4に示す屈曲振動の2次モードおよび、図5に示す伸縮振動の1次モードが誘起される。屈曲振動の共振周波数および伸縮振動の共振周波数は、それぞれ圧電素子の材料、形状等により決定されるが、この二つの周波数を略一致させ、その近傍の周波数の電圧を印加させることにより、圧電素子1には屈曲2次モードと伸縮1次モードとが調和的に誘起され、図6(a)、(b)、(c)、(d)に示す形状の変化を順番に起こし、その結果、圧電素子1に設けられた駆動子2,2が紙面方向から見て略楕円運動を起こす。すなわち、圧電素子1が紙面と同じ平面内において伸縮振動及び屈曲振動を行い、その結果、駆動子2,2が該平面内で略楕円運動を行う。
By applying an AC voltage having a specific frequency to the specific
すなわち、圧電素子1の屈曲振動と伸縮振動との合成により駆動子2,2が楕円運動を起こす。この楕円運動により駆動子2,2が当接する可動体3が図2または図3の矢印Aまたは矢印Bの方向に駆動され、超音波アクチュエータとしての役割をなしている。
That is, the driving
したがって、実施形態1によれば、駆動子2,2の形状を球状とすることによって、各駆動子2と圧電素子1との接触面積を小さくでき、圧電素子1の屈曲振動を阻害することを抑制することができる。その結果、超音波アクチュエータとしての効率を向上させることができる。ここで、「球状」とは、厳密な球形状に限られず、駆動子2が圧電素子1に対して概略点接触となるような実質的な球形状も含む意味である。
Therefore, according to the first embodiment, by making the shapes of the
《発明の実施形態2》
次に、本発明の実施形態2に係る超音波アクチュエータについて説明する。
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Next, an ultrasonic actuator according to
前記実施形態1では各駆動子2を接着剤10を介して点接触状に圧電素子1に取り付けているが、実施形態2に係る超音波アクチュエータでは、図7に示すように、環状体71を各駆動子2の周囲に配している。つまり、各駆動子2と圧電素子1との接触点の周囲に環状体71を配置したものである。すなわち、各駆動子2は、圧電素子1に対して点接触状に取り付けられるだけでなく、環状体71を介しても圧電素子1に取り付けられている。この環状体71は、各駆動子2及び圧電素子1それぞれに対して線接触状に取り付けられている。尚、各駆動子2と環状体71、および環状体71と圧電素子1とは、それぞれ接着剤10を介して取り付けられている。ただし、各駆動子2は、圧電素子1に対して点接触状には取り付けられておらず、環状体71を介して線接触状にのみ取り付けられる構成であってもよい。ここで、「線接触状」とは、環状体71と駆動子2又は圧電素子1とが厳密に接触している状態に限られず、環状体71と駆動子2又は圧電素子1との間に接着剤10を介在させて該環状体71と駆動子2又は圧電素子1とが実質的に線接触している状態も意味する。
In the first embodiment, each
このように環状体71を配置させることによって、各駆動子2と環状体71、および環状体71と圧電素子1との間で、それぞれの接触点を増やすことができ、これにより駆動子2,2と圧電素子1との接続強度を向上させることができる。環状体71は、振動を妨げず接着強度を向上させる意味より、駆動子2より柔らかく、接着剤10より堅い材質が望ましい。具体的には、アルミ、鉄などの金属や硬度の高いエポキシ、フェノールなどの樹脂である。
By disposing the
したがって、実施形態2によれば、駆動子2,2の形状を球状とすると共に、各駆動子2と圧電素子1との間に環状体71を介在させて該各駆動子2を圧電素子1に対して点接触状に取り付けることによって、各駆動子2と圧電素子1との接触面積を小さくすることができ、圧電素子1の屈曲振動を阻害することを抑制することができる。その結果、超音波アクチュエータとしての効率を向上させることができる。
Therefore, according to the second embodiment, the shape of the
《発明の実施形態3》
続いて、本発明の実施形態3に係る超音波アクチュエータについて説明する。
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Subsequently, an ultrasonic actuator according to
前記実施形態1,2では、駆動子2の形状として球形状を説明したが、円柱状の駆動子を用いることもできる。その場合、各駆動子2は、円柱の軸が該各駆動子2の略楕円運動する平面(即ち、圧電素子1が屈曲振動を行う平面)に対して略直交するように配設されて、圧電素子1表面に実装されている(図10参照)。このときの断面図は、図2と同様になる。また、この円柱状の各駆動子2は球形状の場合と同様の接着剤10にて圧電素子1に固定することが望ましい。こうして、各駆動子2は、圧電素子1の上面(即ち、屈曲振動の振動方向を向く面)に対して線接触状に取り付けられている。このとき、各駆動子2と圧電素子1との接触部は線状となり、その接触部は、圧電素子1の屈曲振動の腹の略中心に該当する箇所に位置し、駆動子2の略楕円運動する平面に対して略直交するように延びている。ここで、「線接触状」とは、駆動子2と圧電素子1とが厳密に接触している状態に限られず、駆動子2と圧電素子1との間に接着剤10を介在させて該駆動子2と圧電素子1とが実質的に線接触している状態も意味する。また、「円柱状」とは、厳密な円柱形状に限られず、駆動子2が圧電素子1に対して概略線接触となるような実質的な円柱形状も含む意味である。
In the first and second embodiments, the spherical shape has been described as the shape of the
このように構成された超音波アクチュエータは、換言すれば、給電電極8を設けた圧電素子1と、この圧電素子1の表面に設けた駆動子2,2と、この駆動子2,2により支持される可動体3とを有し、前記圧電素子1は前記給電電極8に給電することにより少なくとも屈曲振動を含む複数の振動が合成された振動をし、この振動により前記駆動子2,2を略楕円運動させて前記可動体3を前記圧電素子1との間で相対運動させるものであって、前記駆動子2,2は、略円柱形状であるとともにこの略円柱の軸方向が前記駆動子2,2の略楕円運動する面に略垂直方向になるように前記圧電素子1の屈曲振動の振動方向の圧電素子表面に実装されている。
In other words, the ultrasonic actuator configured as described above is supported by the
したがって、実施形態3によれば、駆動子2,2の形状を円柱状とすることによって、各駆動子2と圧電素子1との接触面積を小さくして圧電素子1の屈曲振動を阻害することを抑制することができると共に、該各駆動子2をその軸が圧電素子1の屈曲振動を行う平面に対して直交するように配設して圧電素子1に取り付けることによって、圧電素子1の屈曲振動の阻害をさらに抑制することができる。
Therefore, according to the third embodiment, by making the shape of the
《発明の実施形態4》
次に、本発明の実施形態4に係る超音波アクチュエータについて説明する。
<<
Next, an ultrasonic actuator according to
図8は、実施形態4に係る超音波アクチュエータの分解斜視図であり、図9、図10は、実施形態4の変形例に係る超音波アクチュエータである。本実施形態4が実施形態1〜3と異なる点は、圧電素子と駆動子との間に共振器を介在させた点である。すなわち、圧電素子を含んで構成される共振器がアクチュエータ本体を構成する。 FIG. 8 is an exploded perspective view of the ultrasonic actuator according to the fourth embodiment, and FIGS. 9 and 10 are ultrasonic actuators according to a modification of the fourth embodiment. The fourth embodiment is different from the first to third embodiments in that a resonator is interposed between the piezoelectric element and the driver. That is, the resonator including the piezoelectric element constitutes the actuator body.
図8に示す超音波アクチュエータは、金属やセラミックなどで構成した共振器1a内に、圧電素子1b、1cをはめ込んだ構成となっている。
The ultrasonic actuator shown in FIG. 8 has a configuration in which
この共振器1a内の圧電素子1b、1cの特定の給電電極(図示せず)に特定の周波数の交流電圧を印加することにより圧電素子1b、1cを駆動源にして、共振器1aには、図4に示す屈曲振動の2次モードおよび、図5に示す伸縮振動の1次モードが誘起される。
By applying an alternating voltage of a specific frequency to specific power supply electrodes (not shown) of the
詳しくは、圧電素子1b,1cは、共振器1aの短手方向の一側に偏心した状態(即ち、長手方向に延びる中心軸に対して偏心した状態)で配設されている。このように配設された圧電素子1b,1cそれぞれに伸縮振動を行わせると、該圧電素子1b,1cの伸縮振動に応じて共振器1aが全体として伸縮振動すると共に、共振器1aの短手方向の一側に偏心した部分(圧電素子1b,1cが配設された部分)が伸縮することにより共振器1aが全体として屈曲振動を行う。
Specifically, the
屈曲振動の共振周波数および伸縮振動の共振周波数はそれぞれ共振器1aの材料、形状等により決定されるが、この二つの周波数を略一致させるように共振器1aを構成し、その近傍の周波数の電圧を印加させることにより、共振器1aには屈曲2次モードと伸縮1次モードとが調和的に誘起され、該共振器1aは図6(a)、(b)、(c)、(d)に示す形状の変化を順番に起こす。その結果、共振器1aに設けられた駆動子2,2が紙面方向から見て略楕円運動を起こす。すなわち、共振器1aの屈曲振動と伸縮振動との合成により駆動子2,2が楕円運動を起こす。この楕円運動により駆動子2,2と当接する可動体3が図2または図3の矢印Aまたは矢印Bの方向に駆動され、超音波アクチュエータとしての役割をなしている。
The resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the stretching vibration are determined by the material, shape, etc. of the
このような構成を取ることで、高価な圧電体の体積を減らすことができるので、安価に超音波アクチュエータを構成することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to reduce the volume of the expensive piezoelectric body, and thus it is possible to configure the ultrasonic actuator at a low cost.
図9に示す超音波アクチュエータは、金属やセラミックなどで構成した共振器1a内に、圧電素子1d、1e、1f、1gを貼り付けた構成になっている。このような構成の超音波アクチュエータについても上述のような方法にて駆動子2,2に略楕円運動を起こすことができ、可動体3を駆動させることができる。この構成も実施形態1〜3と比較して高価な圧電体の体積を減らすことができるので、安価に超音波アクチュエータを構成することができる。
The ultrasonic actuator shown in FIG. 9 has a structure in which
また、駆動子2の形状として球形状を説明したが、図10に示すように、円柱状の駆動子2を用いることもできる。その場合、各駆動子2は、円柱の軸が該各駆動子2の略楕円運動する平面(即ち、共振器1aが屈曲振動を行う面)に対して略直交するように配設され、共振器1aの表面に線接触状に実装される。このとき、各駆動子2と共振器1aとの接触部は線状となり、該接触部は、共振器1aの屈曲振動の腹の略中心に該当する箇所に位置し、駆動子2の略楕円運動する平面に対して略直交するように延びている。また、この円柱状の各駆動子2は球形状の場合と同様の接着剤10にて共振器1aに取り付けられることが望ましい。すなわち、アクチュエータ本体が圧電素子1b,1cと共振器1aとで構成されている点以外は、前記実施形態3と同じ構成である。
Further, although the spherical shape has been described as the shape of the
以上のように、各駆動子2の形状を球状又は円柱状としているため、各駆動子2と共振器1aとの接触部をできるだけ少なくすることによって共振器1aの屈曲振動を駆動子2,2が阻害することを防止することができ、その結果、超音波アクチュエータとしての効率を向上させることができる。
As described above, since the shape of each
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
The present invention may be configured as follows with respect to the embodiment.
すなわち、前記実施形態では、超音波アクチュエータの駆動力が付与されて駆動される可動体3は平板状であるが、これに限られるものではなく、可動体の構成としては任意の構成を採用することができる。例えば、図11に示すように、可動体は所定の軸X回りに回動可能な円板体31であり、超音波アクチュエータの駆動子2,2が該円板体31の側周面31aに当接するように構成されていてもよい。かかる構成の場合、超音波アクチュエータを駆動すると、駆動子2,2の概略楕円運動によって、該円板体31が所定の軸X回りに回動させられる。また、図12に示すように、可動体は所定の軸X回りに回動可能な円板体32であり、超音波アクチュエータの駆動子2,2が該円板体32の平面部32aに当接するように構成されていてもよい。かかる構成の場合、超音波アクチュエータを駆動すると、駆動子2,2の概略楕円運動によって、該円板体32が駆動子2,2と当接部における接線方向に駆動され、結果として該円板体32が所定の軸X回りに回動させられる。
That is, in the above-described embodiment, the
また、裏面支持体5B,35Bはケース4の内底面に設けたが、ケース4の底面に開口部(図示せず)を設けこの開口部を貫通して圧電素子1を支持するように裏面支持体を構成することも可能である。この場合、裏面支持体は、この超音波アクチュエータが実装される被実装体に設けられており、この被実装体に超音波アクチュエータを実装することにより圧電素子を裏面から支持するとともに駆動子を介して可動体を押圧するものである。このとき裏面支持体は、圧電素子と接する部位付近のみ弾性体で構成し、それ以外の部位を非弾性体で構成してもよい。
Further, the back supports 5B and 35B are provided on the inner bottom surface of the
なお、本実施の形態では、振動モードは伸縮1次モードと屈曲2次モードで説明したが、その他の伸縮1次と屈曲4次など、その他のモードでも構わない。 In the present embodiment, the vibration mode has been described with the expansion / contraction primary mode and the bending secondary mode, but other modes such as other expansion / contraction primary and bending quaternary modes may be used.
また、壁面支持体すべてを弾性体としたが、少なくとも一つを弾性体にしてもよいし、環状の支持体一つのみを圧電素子の周囲部に支持体を貫通するように設けこの支持体の圧電素子との接続近傍部のみを弾性体としても同様の効果を得ることができる。 Further, although all the wall surface supports are elastic bodies, at least one of them may be an elastic body, or only one annular support body is provided so as to penetrate the support body around the piezoelectric element. Similar effects can be obtained by using only the vicinity of the connection with the piezoelectric element as an elastic body.
また、圧電素子の前面、背面に給電電極を形成する単板構成で説明したが、電極と圧電体を積層構造にする積層体の事例でも同様である。その場合は、複数の内部電極と接続され圧電素子の任意の面に形成される外部電極に電圧を印加する事により、駆動子に楕円運動を発生させることができる。 In addition, the single plate configuration in which the feeding electrode is formed on the front surface and the back surface of the piezoelectric element has been described, but the same applies to the case of a stacked body in which the electrode and the piezoelectric body are stacked. In that case, elliptical motion can be generated in the driver by applying a voltage to an external electrode connected to a plurality of internal electrodes and formed on an arbitrary surface of the piezoelectric element.
また、給電電極の構成は、最も単純な前面の4分割電極と、背面の全面電極の構成で説明したが、2分割電極や、5分割電極などその他の電極構成にした場合も、同様の効果を得ることができる。 Further, the configuration of the feeding electrode has been described with the simplest configuration of the four-divided electrode on the front surface and the full-surface electrode on the rear surface. Can be obtained.
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
《その他》
本明細書中に記載の超音波アクチュエータは以下のようにも表現できる。
<Others>
The ultrasonic actuator described in this specification can also be expressed as follows.
(1)圧電素子で構成、又は圧電素子を含んで構成され、少なくとも屈曲振動を含む振動方向が互いに異なる複数の振動を行うアクチュエータ本体と、
前記アクチュエータ本体における屈曲振動の振動方向を向く面に対して点接触状又は/及び線接触状に取り付けられて、該アクチュエータ本体の振動に従って動作することで駆動力を出力する駆動子とを備える超音波アクチュエータ。
(1) An actuator body configured by a piezoelectric element or including a piezoelectric element and performing a plurality of vibrations having vibration directions different from each other including at least bending vibrations;
And a driver that is attached in a point contact shape and / or a line contact shape to a surface facing the vibration direction of the bending vibration in the actuator main body, and outputs a driving force by operating according to the vibration of the actuator main body. Sonic actuator.
(2)前記駆動子は、前記アクチュエータ本体の前記面に対して接着剤を介して取り付けられている(1)記載の超音波アクチュエータ。 (2) The ultrasonic actuator according to (1), wherein the driver is attached to the surface of the actuator body via an adhesive.
(3)前記接着剤は、前記駆動子及び前記アクチュエータ本体より柔らかい(2)記載の超音波アクチュエータ。 (3) The ultrasonic actuator according to (2), wherein the adhesive is softer than the driver and the actuator body.
(4)前記駆動子は、球状であって、前記アクチュエータ本体の前記面に対して点接触状に取り付けられている(1)記載の超音波アクチュエータ。 (4) The ultrasonic actuator according to (1), wherein the driver is spherical and is attached to the surface of the actuator body in a point contact manner.
(5)前記アクチュエータ本体の前記面上において前記駆動子と該面との接触部を囲むように設けられた環状体をさらに備え、
前記駆動子は、さらに前記環状体を介して前記アクチュエータ本体の前記面に取り付けられている(4)記載の超音波アクチュエータ。
(5) further comprising an annular body provided on the surface of the actuator body so as to surround a contact portion between the driver and the surface;
The ultrasonic actuator according to (4), wherein the driver is further attached to the surface of the actuator body via the annular body.
(6)前記駆動子及び前記環状体は、前記アクチュエータ本体の前記面に対して接着剤を介して取り付けられている(5)記載の超音波アクチュエータ。 (6) The ultrasonic actuator according to (5), wherein the driver and the annular body are attached to the surface of the actuator body via an adhesive.
(7)前記環状体は、前記接着剤より堅い(6)記載の超音波アクチュエータ。 (7) The ultrasonic actuator according to (6), wherein the annular body is harder than the adhesive.
(8)前記アクチュエータ本体は、前記圧電素子と該圧電素子が配設され且つ少なくとも屈曲振動を含む振動方向が互いに異なる複数の振動を行う共振器とを有し、
前記駆動子は、球状であって、前記アクチュエータ本体における屈曲振動の振動方向を向く面に取り付けられている(1)に記載の超音波アクチュエータ。
(8) The actuator body includes the piezoelectric element and a resonator in which the piezoelectric element is disposed and which performs a plurality of vibrations in which vibration directions including at least bending vibration are different from each other,
The ultrasonic actuator according to (1), wherein the driver is spherical and is attached to a surface of the actuator body facing a vibration direction of bending vibration.
(9)前記駆動子は、前記アクチュエータ本体の前記面に対して接着剤を介して取り付けられている(8)記載の超音波アクチュエータ。 (9) The ultrasonic actuator according to (8), wherein the driver is attached to the surface of the actuator body via an adhesive.
(10)前記接着剤は、前記駆動子及び前記アクチュエータ本体より柔らかい(9)記載の超音波アクチュエータ。 (10) The ultrasonic actuator according to (9), wherein the adhesive is softer than the driver and the actuator body.
(11)前記アクチュエータ本体の前記面上において前記駆動子と該面との接触部を囲むように設けられた環状体をさらに備え、
前記駆動子は、さらに前記環状体を介して前記アクチュエータ本体の前記面に取り付けられている(8)記載の超音波アクチュエータ。
(11) Further comprising an annular body provided on the surface of the actuator body so as to surround a contact portion between the driver and the surface,
The ultrasonic actuator according to (8), wherein the driver is further attached to the surface of the actuator body via the annular body.
(12)前記駆動子及び前記環状体は、前記アクチュエータ本体の前記面に対して接着剤を介して取り付けられている(11)記載の超音波アクチュエータ。 (12) The ultrasonic actuator according to (11), wherein the driver and the annular body are attached to the surface of the actuator body via an adhesive.
(13)前記環状体は、前記接着剤より堅い(12)記載の超音波アクチュエータ。 (13) The ultrasonic actuator according to (12), wherein the annular body is harder than the adhesive.
(14)前記駆動子は、円柱状であって、その軸が前記アクチュエータ本体が屈曲振動を行う平面に対して直交するように配設されている(1)記載の超音波アクチュエータ。 (14) The ultrasonic actuator according to (1), wherein the driver has a cylindrical shape, and an axis thereof is disposed so as to be orthogonal to a plane on which the actuator body performs bending vibration.
(15)前記アクチュエータ本体は、前記圧電素子と該圧電素子が配設され且つ少なくとも屈曲振動を含む振動方向が互いに異なる複数の振動を行う共振器とを有し、
前記駆動子は、円柱状であって、その軸が前記アクチュエータ本体が屈曲振動を行う平面に対して直交するように配設されている(1)に記載の超音波アクチュエータ。
(15) The actuator main body includes the piezoelectric element and a resonator in which the piezoelectric element is disposed and which performs a plurality of vibrations having different vibration directions including at least bending vibration,
The ultrasonic actuator according to (1), wherein the driver has a cylindrical shape, and an axis thereof is arranged so as to be orthogonal to a plane on which the actuator body performs bending vibration.
(16)前記駆動子は、前記アクチュエータ本体の前記面において屈曲振動の腹の部分に取り付けられている(1)記載の超音波アクチュエータ。 (16) The ultrasonic actuator according to (1), wherein the driver is attached to an antinode of bending vibration on the surface of the actuator body.
(17)前記アクチュエータ本体は、2次の屈曲振動と1次の縦振動とを行う(1)記載の超音波アクチュエータ。 (17) The ultrasonic actuator according to (1), wherein the actuator body performs secondary bending vibration and primary longitudinal vibration.
本発明の超音波アクチュエータは、前記駆動子が前記圧電素子の屈曲振動の振動方向の圧電素子表面に対して点接触状又は線接触状に実装されるという特徴を有し、高効率化が可能なため、特に、高効率化、小型化が要求される電子機器等に有用である。 The ultrasonic actuator of the present invention is characterized in that the driver is mounted in a point contact shape or a line contact shape with respect to the surface of the piezoelectric element in the vibration direction of the bending vibration of the piezoelectric element, and high efficiency is possible. Therefore, it is particularly useful for electronic devices that require high efficiency and downsizing.
1、1b、1c、1d、1e、1f、1g 圧電素子
1a 共振器
2 駆動子
3 可動体
4 ケース
5A、5C 壁面支持体
5B 底面支持体
6 はんだ
8 給電電極
9、9a、9b、9g ワイヤー
10 接着剤
32 導電部
35A、35C 壁面支持体
35B 底面支持体
37 引出電極
71 環状体
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記アクチュエータ本体における屈曲振動の振動方向を向く面に対して取り付けられて、該アクチュエータ本体の振動に従って動作することで駆動力を出力する駆動子とを備える超音波アクチュエータ。 An actuator main body configured with a piezoelectric element or including a piezoelectric element, and performing a plurality of vibrations in which vibration directions including at least bending vibrations are different from each other;
An ultrasonic actuator comprising: a driver that is attached to a surface of the actuator body facing a vibration direction of bending vibration and outputs a driving force by operating according to the vibration of the actuator body.
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