JP2009142121A - Piezoelectric actuator - Google Patents

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了一 福永
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator which is achieved by compactifying a pre-pressurizing mechanism in an SIDM (Smooth Impact Drive Mechanism). <P>SOLUTION: The piezoelectric actuator 1 includes a piezoelectric element 3, a contactor 5 disposed on one end of the piezoelectric element 3, a driven object 7 disposed at one side of the contacttor 5, and a pre-pressure applying unit 9 which is disposed at the other side of the contactor 5 and presses the contactor 5 toward the driven object 7. It is preferable that the contact surface 29 of the contactor 5 be a spherical surface, that the driven object 7 extend longer than the spherical surface in the direction of driving, and that the other end of the piezoelectric element 3 be supported rotatably. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電アクチュエータに関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric actuator.

圧電素子を用いた駆動装置として、スムーズインパクト駆動機構(SIDM)による圧電アクチュエータが存在している。例えば、特許文献1には、かかるSIDMを用いて、カメラのCCDシフト方式手ぶれ補正を実現している。SIDMの原理は次のとおりである。まず、所定の固定支持部から圧電素子を介して棒状の駆動軸を延長させ、その駆動軸に駆動対象となる被駆動体を当接させておく。圧電素子にノコギリ波状の電圧波形を入力すると、圧電素子は伸長時は、ゆっくり伸長し、短縮時は急激に短縮する。これによって、駆動軸も、一方向にはゆっくり移動し、反対方向には急激に移動する。そして、被駆動体は、駆動軸がゆっくり移動する際には、摩擦力によって駆動軸と一体的に移動し、駆動軸が急激に移動する際には、被駆動体は、慣性によってその場に留まろうとする。このようにして、被駆動体は、入力されるノコギリ波状の電圧波形の向きに応じて、一方向に移動させられる。   As a drive device using a piezoelectric element, there is a piezoelectric actuator using a smooth impact drive mechanism (SIDM). For example, Patent Document 1 uses the SIDM to realize CCD shift type camera shake correction of a camera. The principle of SIDM is as follows. First, a rod-like drive shaft is extended from a predetermined fixed support portion via a piezoelectric element, and a driven body to be driven is brought into contact with the drive shaft. When a sawtooth voltage waveform is input to the piezoelectric element, the piezoelectric element expands slowly when extended, and rapidly shortens when shortened. As a result, the drive shaft also moves slowly in one direction and moves rapidly in the opposite direction. When the drive shaft moves slowly, the driven body moves integrally with the drive shaft by frictional force, and when the drive shaft moves suddenly, the driven body moves to the spot due to inertia. Try to stay. In this manner, the driven body is moved in one direction according to the direction of the input sawtooth voltage waveform.

しかしながら、上述した圧電アクチュエータにおいては、被駆動体における駆動軸の反対側から予圧を付与し、被駆動体を駆動軸に押し付けていた。そのため、被駆動体が移動し続けても予圧を付与し続けられるよう、複雑かつ大掛かりな予圧機構を必要とされていた。
特開2006−81348号公報
However, in the piezoelectric actuator described above, preload is applied from the opposite side of the drive shaft in the driven body, and the driven body is pressed against the drive shaft. For this reason, a complicated and large preload mechanism is required so that the preload can be continuously applied even if the driven body continues to move.
JP 2006-81348 A

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、SIDMにおいて予圧機構をコンパクトにし小型化を図ることできる圧電アクチュエータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator capable of reducing the size by making the preload mechanism compact in SIDM.

上述した課題を解決するため、本発明に係る圧電アクチュエータは、圧電素子と、前記圧電素子の一端側に設けられた接触子と、前記接触子の一方側に設けられた被駆動体と、前記接触子の他方側に設けられ、前記接触子を前記被駆動体に向けて付勢する予圧付与部とを備える。   In order to solve the above-described problems, a piezoelectric actuator according to the present invention includes a piezoelectric element, a contact provided on one end side of the piezoelectric element, a driven body provided on one side of the contact, A preload applying portion that is provided on the other side of the contact and urges the contact toward the driven body.

また、前記接触子の接触面は、突出面で構成されており、前記被駆動体は、駆動方向でみて前記突出面よりも長く延びており、前記圧電素子の他端側は、回転自在に支持されていると好適である。   Further, the contact surface of the contactor is formed of a protruding surface, the driven body extends longer than the protruding surface in the driving direction, and the other end side of the piezoelectric element is rotatable. It is preferred that it is supported.

前記被駆動体は、回転自在に支持された円盤部材であり、前記被駆動体は、前記円盤部材の環状側面において、前記突出面に当接されていてもよい。あるいは、前記被駆動体は、直方体または球体であってもよい。   The driven body may be a disk member that is rotatably supported, and the driven body may be in contact with the protruding surface on an annular side surface of the disk member. Alternatively, the driven body may be a rectangular parallelepiped or a sphere.

本発明によれば、予圧付与部が接触子を挟んで被駆動体と反対側に設けられており、接触子に対して被駆動体に向けた予圧が付与されるので、被駆動体が移動し続けても接触子に予圧を付与するだけでよく、予圧付与部をコンパクトにし、圧電アクチュエータの小型化を図ることができる。   According to the present invention, the preload applying portion is provided on the opposite side of the driven body across the contact, and the preload directed to the driven body is applied to the contact so that the driven body moves. Even if it continues, it is only necessary to apply a preload to the contact, and the preload applying portion can be made compact and the piezoelectric actuator can be miniaturized.

また、被駆動体に対してそれと当接する接触子を球面で構成し、被駆動体の方が接触子よりも駆動方向に対して長く延びている関係とし、尚且つ、圧電素子の接触子との反対側を回転自在に支持したため、被駆動体ではなく接触子に予圧を付与するようにしても、圧電素子に過大な剪断力が作用することを回避することができる。   In addition, the contact that abuts against the driven body is a spherical surface, and the driven body extends in the driving direction longer than the contact, and the contact of the piezoelectric element Since the opposite side is rotatably supported, it is possible to avoid an excessive shearing force from acting on the piezoelectric element even if a preload is applied to the contact instead of the driven body.

なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。   The other features of the present invention and the operational effects thereof will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

以下、本発明に係るSIDM圧電アクチュエータの実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。   Embodiments of a SIDM piezoelectric actuator according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

図1に、本実施の形態に係るSIDM圧電アクチュエータの構成を示す。圧電アクチュエータ1は、圧電素子3と、接触子5と、被駆動体7と、予圧付与部9とを備えている。接触子5は、圧電素子3の一端側に設けられている。圧電素子3の他端側は、回転支持軸11を介して、概ねコの字状のフレーム13に回転自在に支持されている。被駆動体7は、接触子5の一方側に設けられている。本実施の形態では、被駆動体7は、円盤部材であり、フレーム13に回転自在に支持されている。予圧付与部9は、接触子5の他方側に設けられていて、接触子5を被駆動体7に向けて付勢している。   FIG. 1 shows the configuration of the SIDM piezoelectric actuator according to the present embodiment. The piezoelectric actuator 1 includes a piezoelectric element 3, a contact 5, a driven body 7, and a preload applying unit 9. The contact 5 is provided on one end side of the piezoelectric element 3. The other end of the piezoelectric element 3 is rotatably supported by a generally U-shaped frame 13 via a rotation support shaft 11. The driven body 7 is provided on one side of the contact 5. In the present embodiment, the driven body 7 is a disk member and is rotatably supported by the frame 13. The preload applying portion 9 is provided on the other side of the contact 5 and biases the contact 5 toward the driven body 7.

さらに、図2に基づいて、接触子や予圧付与部の周辺を詳細について説明する。図2は、図1において、フレームや被駆動体を除き、接触子や予圧付与部を見やすく描いた図である。圧電素子3の他方側には、ブラケット部15が設けられている。このブラケット部15は、概ねL字状に構成されており、その一端側に圧電素子3が接続する。また、他端寄りには、回転支持軸11が挿通される貫通穴17が設けられている。   Furthermore, based on FIG. 2, the periphery of a contactor and a preload provision part is demonstrated in detail. FIG. 2 is a diagram in which the contact and the preload applying portion are easily seen in FIG. 1 except for the frame and the driven body. A bracket portion 15 is provided on the other side of the piezoelectric element 3. The bracket portion 15 is generally L-shaped, and the piezoelectric element 3 is connected to one end side thereof. Further, a through hole 17 through which the rotation support shaft 11 is inserted is provided near the other end.

予圧付与部9は、概ね棒状の本体部19と、コイルばね21とを含んでいる。本体部19は、圧電素子3及び接触子5が並ぶ方向にほぼ沿って延びており、その長手方向の中ほどには、貫通穴23が設けられている。本体部19は、この貫通穴23に挿通される図示省略する軸部材によって、フレーム13に対して回転自在に支持される。本体部19の端部には、切り欠き25が形成されており、切り欠き25内には、コイルばね21の一端側が収容されている。   The preload applying portion 9 includes a substantially rod-shaped main body portion 19 and a coil spring 21. The main body 19 extends substantially along the direction in which the piezoelectric elements 3 and the contacts 5 are arranged, and a through hole 23 is provided in the middle of the longitudinal direction. The main body 19 is rotatably supported with respect to the frame 13 by a shaft member (not shown) inserted through the through hole 23. A notch 25 is formed at the end of the main body 19, and one end side of the coil spring 21 is accommodated in the notch 25.

接触子5は、圧電素子3の一端側に設けられており、本体部27と、接触面29とを有している。接触面29は、本体部27の一方側に設けられており、本体部27の他方側には、ばね受け面31が形成されている。ばね受け面31には、コイルばね21の他端側が接続されている。接触面29は、本体部27のベース面33から突出する突出面で構成されており、本実施の形態では一例として球面で構成されている。接触面29は、円盤部材からなる被駆動体7に対して、その環状側面35において被駆動体7と当接している(図1も参照)。また、本体部27のベース面33は、被駆動体7の環状側面35と対面する関係にあり、ばね受け面31とは傾斜する関係にある。また、接触面29の球面形態と、環状側面35の環状形態とから了解されるように、被駆動体7(環状側面35)は、接触子5(接触面29)に対して、駆動方向(本実施の形態では周方向)に対して長く延びている関係にある。   The contact 5 is provided on one end side of the piezoelectric element 3 and has a main body 27 and a contact surface 29. The contact surface 29 is provided on one side of the main body 27, and a spring receiving surface 31 is formed on the other side of the main body 27. The other end side of the coil spring 21 is connected to the spring receiving surface 31. The contact surface 29 is configured by a protruding surface that protrudes from the base surface 33 of the main body 27, and is configured by a spherical surface as an example in the present embodiment. The contact surface 29 is in contact with the driven body 7 at the annular side surface 35 of the driven body 7 made of a disk member (see also FIG. 1). Further, the base surface 33 of the main body 27 is in a relationship facing the annular side surface 35 of the driven body 7, and is in a relationship of inclining with the spring receiving surface 31. Further, as can be understood from the spherical shape of the contact surface 29 and the annular shape of the annular side surface 35, the driven body 7 (annular side surface 35) is driven with respect to the contact 5 (contact surface 29). In this embodiment, it is in a relation of extending in the circumferential direction).

次に、以上のように構成された圧電アクチュエータの動作について説明する。図1に示されるように、接触子5は、被駆動体7に当接しており、被駆動体7の反対方向からは予圧付与部9によって予圧が付与されている。圧電素子3にノコギリ波状の電圧波形が入力されると、圧電素子3は、伸長時はゆっくり伸長し、短縮時は急激に短縮する。あるいは、それと反転したようなノコギリ波状の電圧波形が入力されると、逆に、圧電素子3は、伸長時は急激に伸長し、短縮時はゆっくり短縮する。   Next, the operation of the piezoelectric actuator configured as described above will be described. As shown in FIG. 1, the contact 5 is in contact with the driven body 7, and preload is applied from the opposite direction of the driven body 7 by the preload applying section 9. When a sawtooth voltage waveform is input to the piezoelectric element 3, the piezoelectric element 3 expands slowly when extended and rapidly decreases when shortened. Alternatively, when a sawtooth voltage waveform that is inverted to that is input, the piezoelectric element 3 conversely expands rapidly when extended, and slowly decreases when shortened.

これに伴って、接触子5も、一方向にはゆっくり移動し、反対方向には急激に移動する。よって、被駆動体7は、接触子5がゆっくり移動する際には、摩擦力によって接触子5に連れられて移動(回転)し、接触子5が急激に移動する際には、被駆動体7は、慣性によってその場に留まろうとする。このようにして、被駆動体7は、入力されるノコギリ波状の電圧波形の向きに応じて、一方向に回転させられる。   Along with this, the contact 5 also moves slowly in one direction and moves abruptly in the opposite direction. Therefore, the driven body 7 is moved (rotated) by the frictional force when the contactor 5 moves slowly, and the driven body 7 is moved when the contactor 5 moves suddenly. 7 tries to stay in place due to inertia. In this way, the driven body 7 is rotated in one direction according to the direction of the input sawtooth voltage waveform.

また、前述したように、既存のSIDMにおいては、被駆動体に対して予圧を付与していたので、被駆動体が移動し続けても予圧を付与し続けられるよう複雑かつ大掛かりな予圧機構が必要とされていた。これに対し、本発明では、予圧付与部9が接触子5を挟んで被駆動体7と反対側に設けられており、接触子5に対して被駆動体7に向けた予圧が付与されるので、被駆動体7が移動し続けても接触子5に予圧を付与するだけでよく、予圧付与部9を図示構成及び上述の構成のようにコンパクトにし、圧電アクチュエータの小型化を図ることができる。   Further, as described above, in the existing SIDM, since the preload is applied to the driven body, a complicated and large preload mechanism is provided so that the preload can be continuously applied even if the driven body continues to move. Was needed. On the other hand, in the present invention, the preload applying portion 9 is provided on the opposite side of the driven body 7 with the contact 5 interposed therebetween, and a preload directed toward the driven body 7 is applied to the contact 5. Therefore, even if the driven body 7 continues to move, it is only necessary to apply a preload to the contact 5, and the preload applying portion 9 can be made compact as in the illustrated configuration and the above-described configuration, thereby reducing the size of the piezoelectric actuator. it can.

さらに、既存のSIDMにおいては、被駆動体ではなくそれを駆動する駆動軸の方に予圧を付与しようとした場合には、駆動軸が長尺の棒状であって片持ち態様で固定されていたので、駆動軸に対する被駆動体の位置変化に伴って、圧電素子に過大な剪断力が作用する恐れがあった。これに対して、本実施の形態では、被駆動体7の環状側面35に対してそれと当接する接触子5の接触面29を球面で構成し、被駆動体7の方が接触子5よりも駆動方向に対して長く延びている関係とし、尚且つ、圧電素子3の接触子5との反対側を回転自在に支持したため、被駆動体7ではなく接触子5に予圧を付与するようにしても、圧電素子3に過大な剪断力が作用することを回避することができる。   Furthermore, in the existing SIDM, when preload is applied to the drive shaft that drives the driven body instead of the driven body, the drive shaft is a long rod and is fixed in a cantilever manner. Therefore, an excessive shearing force may act on the piezoelectric element as the position of the driven body with respect to the drive shaft changes. On the other hand, in the present embodiment, the contact surface 29 of the contact 5 that contacts the annular side surface 35 of the driven body 7 is formed of a spherical surface, and the driven body 7 is more than the contact 5. Since the piezoelectric element 3 is supported so as to extend long in the driving direction and the opposite side of the piezoelectric element 3 to the contact 5 is rotatably supported, a preload is applied to the contact 5 instead of the driven body 7. However, it is possible to avoid an excessive shearing force from acting on the piezoelectric element 3.

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。   Although the contents of the present invention have been specifically described with reference to the preferred embodiments, various modifications can be made by those skilled in the art based on the basic technical idea and teachings of the present invention. It is self-explanatory.

例えば、本発明の圧電アクチュエータは、被駆動体が回転駆動されることには限定されず、直線駆動される態様として実施することもできる。   For example, the piezoelectric actuator of the present invention is not limited to the driven body being rotationally driven, and can also be implemented as a linearly driven mode.

また、フレームは、コの字状の他、U字状またはV字状など他の形態を採用することも可能である。予圧付与部における予圧発生源は、コイルばねに限定されるものではない。   In addition to the U-shape, the frame may adopt other forms such as a U-shape or a V-shape. The preload generation source in the preload application unit is not limited to the coil spring.

また、接触子の接触面は、球面に限定されるものではなく、被駆動体に対して部分的に当接する突出面で構成される態様であればよく、例えば、角錐体の表面、円錐体の表面なども可能である。   In addition, the contact surface of the contact is not limited to a spherical surface, and may be any aspect configured by a protruding surface that partially contacts the driven body. For example, the surface of the pyramid, the cone Other surfaces are also possible.

また、被駆動体は、円盤部材に限定されるものではなく、直方体や板状体などの平面体、あるいは、球体や環状体などの曲面体として構成されたものであってもよい。   The driven body is not limited to the disk member, and may be configured as a flat body such as a rectangular parallelepiped or a plate-like body, or a curved body such as a sphere or an annular body.

本発明の実施の形態に係る圧電アクチュエータの概要を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline | summary of the piezoelectric actuator which concerns on embodiment of this invention. 本実施の形態に関し、接触子や予圧付与部を明瞭に示す斜視図である。It is a perspective view which shows a contactor and a preload provision part clearly regarding this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧電アクチュエータ
3 圧電素子
5 接触子
7 被駆動体
9 予圧付与部
29 接触面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric actuator 3 Piezoelectric element 5 Contact 7 Driven body 9 Preload provision part 29 Contact surface

Claims (4)

圧電素子と、
前記圧電素子の一端側に設けられた接触子と、
前記接触子の一方側に設けられた被駆動体と、
前記接触子の他方側に設けられ、前記接触子を前記被駆動体に向けて付勢する予圧付与部と
を備える圧電アクチュエータ。
A piezoelectric element;
A contact provided on one end of the piezoelectric element;
A driven body provided on one side of the contact;
A piezoelectric actuator comprising: a preload applying portion that is provided on the other side of the contact and biases the contact toward the driven body.
前記接触子の接触面は、突出面で構成されており、
前記被駆動体は、駆動方向でみて前記突出面よりも長く延びており、
前記圧電素子の他端側は、回転自在に支持されている
請求項1に記載の圧電アクチュエータ。
The contact surface of the contact is composed of a protruding surface,
The driven body extends longer than the protruding surface in the driving direction,
The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the other end side of the piezoelectric element is rotatably supported.
前記被駆動体は、回転自在に支持された円盤部材であり、
前記被駆動体は、前記円盤部材の環状側面において、前記突出面に当接されている
請求項2に記載の圧電アクチュエータ。
The driven body is a disk member supported rotatably,
The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the driven body is in contact with the protruding surface on an annular side surface of the disk member.
前記被駆動体は、直方体または球体である請求項2に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the driven body is a rectangular parallelepiped or a sphere.
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