JP2012100513A - Actuator - Google Patents

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Hiroyuki Mori
博之 森
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high output and highly reliable actuator.SOLUTION: The actuator includes: a vibrator 6 which is made into a cantilever shape where one end is set to be a fixed end and the other end is a free end, and in which a friction driving portion 4 is arranged on the other end side; and a movable member 3 which has a hole 3a into which the friction driving portion 4 of the vibrator 6 is inserted in a state where play is formed to an inner face and is rotatably held at a periphery of the vibrator 6. When the vibrator 6 is vibrated, the friction driving portion 4 abuts on an inner face of the hole 3a of the movable member 3, and is driven to draw a track where a place abutted in a planar and perspective view from the other end side is overlapped with a circumference with one end as a center, and the driving portion rotates the movable member 3 at the periphery of the vibrator 6.

Description

本発明は、圧電素子などを用いて発生する振動を直進運動や回転運動に変換して駆動するアクチュエータに関する。   The present invention relates to an actuator that converts a vibration generated using a piezoelectric element or the like into a linear motion or a rotational motion and drives it.

各種機器の高性能化、小型・軽量化が進むにつれて、小型で高い出力を有するアクチュエータへの要望が高まっている。これに対して、圧電素子などの微小な変位を繰り返し利用することで大きな変位または高トルクを得る圧電アクチュエータや超音波モータが考案されている。例えば特許文献1には、円形状の振動体の周方向に進行性振動波を発生させ、この振動体と接触する接触体を設け、振動体と接触体とを雄ねじと雌ねじの関係とすることで直進運動するアクチュエータが提案されている。このようなアクチュエータは、カメラのオートフォーカス機構でレンズを駆動させるアクチュエータなどに利用されている。   As various devices become more sophisticated, smaller and lighter, there is a growing demand for actuators that are small and have high output. On the other hand, piezoelectric actuators and ultrasonic motors have been devised that obtain large displacements or high torque by repeatedly using minute displacements such as piezoelectric elements. For example, in Patent Document 1, a progressive vibration wave is generated in the circumferential direction of a circular vibration body, a contact body that contacts the vibration body is provided, and the vibration body and the contact body have a relationship between a male screw and a female screw. Actuators have been proposed that move in a straight line. Such an actuator is used as an actuator for driving a lens by an autofocus mechanism of a camera.

特開昭62−225182号公報JP-A-62-225182

圧電アクチュエータや超音波モータは、電磁モータと比較して体積当たりあるいは重量当たりに発生するエネルギーが大きいとされる。さらに、高速応答性や位置保持性に優れ、磁気の影響を受けないといった利点もある。しかしながら、特許文献1に示されている圧電セラミックスを振動リングに接着する構造では、圧電セラミックスの応力限界が低いため、大きな振動・振幅の発生が困難であり、大出力を得ることが難しかった。したがって、このような圧電アクチュエータの応用用途としては、時計、カメラ、プリンタなどの小型機器への適用に留まっている。   Piezoelectric actuators and ultrasonic motors generate more energy per volume or weight than electromagnetic motors. Furthermore, there is an advantage that it is excellent in high-speed response and position retention and is not affected by magnetism. However, in the structure in which the piezoelectric ceramics shown in Patent Document 1 are bonded to the vibration ring, since the stress limit of the piezoelectric ceramics is low, it is difficult to generate large vibration and amplitude, and it is difficult to obtain a large output. Therefore, the application application of such a piezoelectric actuator is limited to small devices such as watches, cameras, and printers.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、高トルクの出力が可能なアクチュエータを得ることを目的とする。また、高信頼性のアクチュエータを得ることを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain an actuator capable of outputting a high torque. Another object is to obtain a highly reliable actuator.

本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータは、一端部が固定端とされ、他端部が自由端とされた片持ち梁状であって、前記他端部側に摩擦駆動部が設けられた振動体と、該振動体の前記摩擦駆動部が内面に対して遊びを設けた状態で挿入される孔部を有し、前記振動体の周囲に回転可能に保持された可動部材とを具備する。そして、前記振動体を振動させたときに、前記摩擦駆動部が前記可動部材の前記孔部の内面に当接するとともに、前記他端部側から平面透視したときに当接した箇所が前記一端部を中心とする円周と重なる軌跡を描くように駆動されて、前記可動部材を前記振動体の周囲で回転させる。   An actuator according to an example of an embodiment of the present invention has a cantilever shape in which one end is a fixed end and the other end is a free end, and a friction drive unit is provided on the other end side. A vibrating body, and a movable member that has a hole portion that is inserted in a state in which the friction drive unit of the vibrating body provides play with respect to the inner surface and is rotatably held around the vibrating body. . When the vibrating body is vibrated, the friction drive unit contacts the inner surface of the hole portion of the movable member, and a portion that contacts when viewed through the other end side in plan view is the one end portion. Is driven so as to draw a trajectory that overlaps with the circumference centered on, thereby rotating the movable member around the vibrating body.

上記の構造によれば、振動体の摩擦駆動部が可動部材の孔部の内面に対して、連続的に位置を変えながら当接を繰り返しつつ、首振り運動することとなる。その結果、可動部材は、振動体の摩擦駆動部によって駆動力が与えられて、振動体の周囲を回転する。   According to said structure, the friction drive part of a vibrating body will oscillate, repeating contact | abutting, changing a position continuously with respect to the inner surface of the hole of a movable member. As a result, the movable member rotates with the driving force applied by the frictional drive unit of the vibrating body.

本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータによれば、振動体から可動部材への駆動
力の伝達ロスが少なく、大きなトルクの駆動力を与えるアクチュエータとすることができる。また、高信頼性を有するので、長寿命のアクチュエータとすることができる。これにより、例えば、ロボットの腰部や関節のように、高い駆動力および高い信頼性を必要とする用途へ適用可能なアクチュエータを提供することができる。
According to the actuator according to an example of the embodiment of the present invention, it is possible to provide an actuator that gives a large torque driving force with little transmission loss of the driving force from the vibrating body to the movable member. Moreover, since it has high reliability, it can be a long-life actuator. Thereby, for example, an actuator that can be applied to an application that requires a high driving force and high reliability, such as a waist or a joint of a robot, can be provided.

本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータを示す図であり、(a)は側面図、(b)は断面図である。It is a figure which shows the actuator which concerns on an example of embodiment of this invention, (a) is a side view, (b) is sectional drawing. 本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータの振動子の構造を示す図であり、(a)は振動子を中心軸方向から見たときの電極領域を示す図であり、(b)は(a)の電極部分を模式的に示したA−A’線の矢視断面図である。It is a figure which shows the structure of the vibrator | oscillator of the actuator which concerns on an example of embodiment of this invention, (a) is a figure which shows an electrode area | region when seeing a vibrator | oscillator from a central-axis direction, (b) is (a) It is an arrow directional cross-sectional view of the AA 'line which showed the electrode part of) typically. 図2に示す振動子に印加する電圧の波形(電圧−時間特性)を示す図である。It is a figure which shows the waveform (voltage-time characteristic) of the voltage applied to the vibrator | oscillator shown in FIG. 本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータにおいて、図3のT2の時点における振動体の状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a state of a vibrating body at a time T2 in FIG. 3 in an actuator according to an example of an embodiment of the present invention. 図4に示すアクチュエータのB−B’線の矢視断面図を用いて摩擦駆動部の動きを説明する模式図であり、(a)は振動していないとき、(b)は(1)〜(6)の順に振動しているときの状態を示す。It is a schematic diagram explaining the movement of a friction drive part using the arrow BB 'sectional drawing of the actuator shown in FIG. 4, When (a) is not vibrating, (b) is (1)-. The state when vibrating in the order of (6) is shown. 本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータの固有振動周波数を求めたシミュレーション結果であり、第一次モードの固有振動を示す。It is the simulation result which calculated | required the natural vibration frequency of the actuator which concerns on an example of embodiment of this invention, and shows the natural vibration of a primary mode. 本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータの固有振動周波数を求めたシミュレーション結果であり、高次モードの固有振動を示す。It is the simulation result which calculated | required the natural vibration frequency of the actuator which concerns on an example of embodiment of this invention, and shows the natural vibration of a high-order mode. 本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータの組み立て方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the assembly method of the actuator which concerns on an example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータの組み立て方法を示す模式図であり、キャップの組付け方法を示す。It is a schematic diagram which shows the assembly method of the actuator which concerns on an example of embodiment of this invention, and shows the assembly method of a cap. 本発明の実施形態の別の例に係るアクチュエータを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the actuator which concerns on another example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のさらに別の例に係るアクチュエータを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the actuator which concerns on another example of embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態の例について図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

ただし、以下で参照する各図では、説明の便宜上、本発明の一実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示すことがある。したがって、本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータは、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備えていてもよい。また、各図中の部材の寸法は、模式的なものであり、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。   However, in each drawing referred to below, for convenience of explanation, among the constituent members of one embodiment of the present invention, only the main members necessary for explaining the present invention may be shown in a simplified manner. Therefore, the actuator according to an example of the embodiment of the present invention may include any constituent member that is not shown in each drawing referred to in this specification. Moreover, the dimension of the member in each figure is typical, and does not faithfully represent the dimension of the actual component member, the dimension ratio of each member, or the like.

図1は、本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータを示す図であり、(a)は側面図、(b)はその断面図である。   1A and 1B are views showing an actuator according to an example of an embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a side view and FIG. 1B is a cross-sectional view thereof.

本実施形態に係るアクチュエータ10は、振動体6と、その周囲に回転可能に保持された可動部材3とを有している。   The actuator 10 according to the present embodiment includes a vibrating body 6 and a movable member 3 that is rotatably held around the vibrating body 6.

本実施形態において、振動体6は、弾性体1a、振動子2、弾性体1bおよび摩擦駆動部4がこの順に積み重ねられたものとなっている。あるいは振動子2、弾性体1bおよび摩擦駆動部4がこの順に積み重ねられたものとなっている。各部材の中央には、締結部材であるボルト5を通すための貫通穴が設けられており、このボルト5で基台(不図示)に
締め付けられて一体とされている。具体的には、ボルト締めランジュバン型振動子の形態をなしている。したがって、振動体は、ボルト5で締め付けられた一端部側が固定端となり、摩擦駆動部4が設けられた他端部側が自由端となった片持ち梁状となっている。
In the present embodiment, the vibrating body 6 is formed by stacking the elastic body 1a, the vibrator 2, the elastic body 1b, and the friction drive unit 4 in this order. Alternatively, the vibrator 2, the elastic body 1b, and the friction drive unit 4 are stacked in this order. At the center of each member, a through hole for passing a bolt 5 as a fastening member is provided, and the bolt 5 is fastened to a base (not shown) and integrated. Specifically, it is in the form of a bolted Langevin type vibrator. Therefore, the vibrating body has a cantilever shape in which one end portion tightened with the bolt 5 is a fixed end and the other end portion provided with the friction drive unit 4 is a free end.

可動部材3は円筒形状を有し、この円筒の内壁が孔部3aの内面を構成して、振動体6を収容しうる大きさとなっている。詳細は後述するが、振動体6の摩擦駆動部4と孔部3aの内面とは一定の遊び(クリアランス)を設けた状態とされ、振動体6を振動させたときに、摩擦駆動部4の側部が可動部材3の孔部3aの内面に当接して、振動体6の周囲を回転するための駆動力を付与するような構成となっている。   The movable member 3 has a cylindrical shape, and the inner wall of this cylinder constitutes the inner surface of the hole 3a and is sized to accommodate the vibrating body 6. Although details will be described later, the friction drive unit 4 of the vibrating body 6 and the inner surface of the hole 3a are provided with a certain play (clearance), and when the vibrating body 6 is vibrated, the friction drive unit 4 The side portion is in contact with the inner surface of the hole 3 a of the movable member 3 and is configured to apply a driving force for rotating around the vibrating body 6.

可動部材3は、振動体6の周囲に回転可能に保持されている。本実施形態では、振動体6の外側面および可動部材3の孔部3aの内面の表面に、互いに嵌合し得るように螺旋形状を成す凸部と凹部が形成されている。具体的には、振動体6側の螺旋形状(第1の螺旋形状)として、弾性体1aの側面にネジ溝14、弾性体1bの側面にネジ溝16が形成されている。また、可動部材3側の螺旋形状(第2の螺旋形状)として、孔部3aの内側面にネジ溝15,17が形成されている。そして、これら第1および第2の螺旋形状同士が互いに嵌め合わされた形態となっている。この構成によれば、可動部材3を振動体6の周囲に回転させる運動が振動体6の軸方向の直線運動に変換される。この可動部材3の動きを被駆動体(不図示)に伝達することにより、この被駆動体を駆動することができる。さらに、振動体6の振動を止めて可動部材3の回転を止めた状態としたときに、例えば、被駆動体の自重などによって、軸方向に力がかかったとしても、螺旋形状同士が係止し合って回転が阻害されるので、アクチュエータ10が軸方向に対して静止し、位置が保持される。   The movable member 3 is rotatably held around the vibrating body 6. In the present embodiment, a convex portion and a concave portion having a spiral shape are formed on the outer surface of the vibrating body 6 and the inner surface of the hole portion 3a of the movable member 3 so as to be fitted to each other. Specifically, the screw groove 14 is formed on the side surface of the elastic body 1a and the screw groove 16 is formed on the side surface of the elastic body 1b as a spiral shape (first spiral shape) on the vibrating body 6 side. In addition, screw grooves 15 and 17 are formed on the inner surface of the hole 3a as a spiral shape (second spiral shape) on the movable member 3 side. And these 1st and 2nd spiral shapes are mutually fitted form. According to this configuration, the movement of rotating the movable member 3 around the vibrating body 6 is converted into the linear movement of the vibrating body 6 in the axial direction. By transmitting the movement of the movable member 3 to a driven body (not shown), the driven body can be driven. Further, when the vibration of the vibrating body 6 is stopped and the rotation of the movable member 3 is stopped, for example, even if a force is applied in the axial direction due to the weight of the driven body, the spiral shapes are locked. Since the rotation is inhibited, the actuator 10 is stationary with respect to the axial direction, and the position is maintained.

なお、上述の機構により、可動部材3を振動体6の軸方向に駆動させる場合、図1に示すように、可動部材3の先端に、先端方向に向かって突出するキャップ7を設けることができる。このキャップ7の突出する先端部が凸面または半球面からなるようにしておくことにより、可動部材3が振動体6の軸周りに回転しながら軸方向に移動して被駆動体に当接したときに、被駆動体との接触面積が小さくなり摩擦を低減させる効果がある。キャップ7は可動部材3に対して、回転自在に保持することもできる。この場合、可動部材3に対してキャップ7が空転し、被駆動体との相対的な回転が抑えられるので、最も応力の集中するキャップ7の先端部の摩耗を抑えることができる。   When the movable member 3 is driven in the axial direction of the vibrating body 6 by the above-described mechanism, a cap 7 that protrudes in the distal direction can be provided at the distal end of the movable member 3 as shown in FIG. . When the tip of the cap 7 protrudes from a convex surface or a hemispherical surface, the movable member 3 rotates in the axial direction while rotating around the axis of the vibrating body 6 and comes into contact with the driven body. In addition, the contact area with the driven body is reduced and the friction is reduced. The cap 7 can also be held rotatably with respect to the movable member 3. In this case, since the cap 7 idles with respect to the movable member 3 and relative rotation with the driven body is suppressed, wear of the tip portion of the cap 7 where stress is most concentrated can be suppressed.

弾性体1a,1bおよび締結部材(ボルト)5としては、公知の弾性体を用いることができるが、一般的には金属が用いられる。また、振動子2は、電気−機械エネルギー変換素子であり、例えば、積層型圧電素子を用いて構成される。振動子2の構成の詳細は後述する。   As the elastic bodies 1a and 1b and the fastening member (bolt) 5, a known elastic body can be used, but generally a metal is used. The vibrator 2 is an electro-mechanical energy conversion element, and is configured using, for example, a multilayer piezoelectric element. Details of the configuration of the vibrator 2 will be described later.

可動部材3は加工が容易なことから、金属が用いられる。ここで可動部材3の孔部3aの内面に対しては、駆動力を付与するために摩擦駆動部4が当接するため、摩擦駆動部4と当接する部分を、セラミックスなどの耐摩耗性が優れた材料によって形成してもよい。あるいは耐摩耗性に優れたコーティングを行なってもよい。また、摩擦駆動部4も側部が、可動部材3と当接して駆動力を付与するので、この部分の材質としては、セラミックスなどの耐摩耗性に優れた材料とすることが望ましい。また、摩擦駆動部4と可動部材3とが当接する部分の相互の摩擦係数が大きい材料を選択することにより、動力伝達時のエネルギーロスが少なくなるので好ましい。   Since the movable member 3 is easy to process, a metal is used. Here, since the friction drive unit 4 abuts against the inner surface of the hole 3a of the movable member 3 in order to apply a driving force, the portion abutting on the friction drive unit 4 has excellent wear resistance such as ceramics. It may be formed of different materials. Or you may perform the coating excellent in abrasion resistance. Moreover, since the side part also contacts the movable member 3 and gives a driving force, the friction drive part 4 is desirably made of a material having excellent wear resistance such as ceramics. In addition, it is preferable to select a material having a large mutual friction coefficient at a portion where the friction drive unit 4 and the movable member 3 abut, because energy loss during power transmission is reduced.

次に、本実施形態に係る振動子の構造について説明する。図2において、(a)は振動子を中心軸方向から見たときの電極領域を示す図であり、(b)は(a)の電極部分を模式的に示したA−A’線の矢視断面図である。   Next, the structure of the vibrator according to this embodiment will be described. 2A is a diagram showing an electrode region when the vibrator is viewed from the central axis direction, and FIG. 2B is an arrow AA ′ line schematically showing the electrode portion of FIG. FIG.

振動子2は、電気−機械エネルギー変換素子であり、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などのセラミックスからなる圧電素子(ピエゾ素子)を用いることができる。圧電素子は厚み方向(図2(b)の上下方向)に分極しており、振動子2には、可動部材3の回転方向(軸方向の周囲)に複数の電極が分割して設けられている。図2(a)に示す例では、点線で示すように、I,II,IIIおよびIVの4つの領域に分割されており、これ
らの領域に対して異なる位相の電圧を独立して印加可能となっている。
The vibrator 2 is an electro-mechanical energy conversion element. For example, a piezoelectric element (piezo element) made of ceramics such as PZT (lead zirconate titanate) can be used. The piezoelectric element is polarized in the thickness direction (vertical direction in FIG. 2B), and the vibrator 2 is provided with a plurality of electrodes divided in the rotational direction of the movable member 3 (around the axial direction). Yes. In the example shown in FIG. 2A, it is divided into four regions I, II, III and IV as indicated by dotted lines, and voltages having different phases can be independently applied to these regions. It has become.

これらの電極領域の構造を、図2(b)の断面図に示す。振動子2は、その内部が分割した電極領域I〜IVのそれぞれに複数の電極層が形成された積層型圧電素子となっている。電極領域IIの例で説明すれば、領域の側面に、正極側の外部電極201および負極側の外部電極203がそれぞれ設けられている。なお、正極および負極は極性の違いを示すものであって、印加電圧の正負を示すものではない。そして、外部電極201,203をそれぞれ共通の電極として複数の内部電極205が、圧電体層を挟んで交互に積層するように設けられている。外部電極201,203にはそれぞれ正極側の引出配線202、負極側の引出配線204が接続され、電源装置(不図示)から分割した各電極領域に対して独立して位相の異なる電圧を印加することができるようになっている。このような積層型圧電素子を用いることにより、高い圧力下で大きな変位量を得ることができるので、圧電素子の脆性破壊が抑えられ、高トルクのアクチュエータとすることができる。なお、積層型圧電素子は弾性体1a、1bに接着されず、ボルトによって固定されるため、接着部の破壊による機能劣化が発生しにくい。   The structure of these electrode regions is shown in the sectional view of FIG. The vibrator 2 is a stacked piezoelectric element in which a plurality of electrode layers are formed in each of the electrode regions I to IV divided inside. In the example of the electrode region II, the positive electrode-side external electrode 201 and the negative electrode-side external electrode 203 are respectively provided on the side surfaces of the region. In addition, a positive electrode and a negative electrode show the difference in polarity, and do not show the positive / negative of an applied voltage. A plurality of internal electrodes 205 are provided so that the external electrodes 201 and 203 are common electrodes, and are alternately stacked with the piezoelectric layers interposed therebetween. The external electrodes 201 and 203 are connected to a lead-out wiring 202 on the positive electrode side and a lead-out wiring 204 on the negative electrode side, respectively, and independently apply voltages having different phases to each electrode region divided from a power supply device (not shown). Be able to. By using such a laminated piezoelectric element, a large displacement can be obtained under a high pressure, so that brittle fracture of the piezoelectric element can be suppressed and a high torque actuator can be obtained. Note that the laminated piezoelectric element is not bonded to the elastic bodies 1a and 1b but is fixed by a bolt, so that functional deterioration due to destruction of the bonded portion hardly occurs.

このような積層型圧電素子は、例えば、以下のような製造方法によって提供される。Pb(Zr−Ti)O系セラミックスグリーンシートに、Ag、Pd、Pt、Ni、Auあるいはこれらの少なくとも1種を含む合金粉からなる導電ペーストを印刷、あるいは蒸着などにより内部電極を形成する。これらのシートを交互に重ね合わせて積層し、これを振動子2の形状(本実施形態ではリング形状)に切断または打ち抜く。脱バインダー、焼成を行なった後、Ag、Pd、Pt、Ni、Auあるいはこれらの少なくとも一種を含む合金粉からなる導電ペーストを端面に塗り、さらに焼結させて外部電極を作製する。 Such a laminated piezoelectric element is provided by the following manufacturing method, for example. An internal electrode is formed on a Pb (Zr—Ti) O 3 ceramic green sheet by printing or vapor-depositing a conductive paste made of Ag, Pd, Pt, Ni, Au, or an alloy powder containing at least one of these. These sheets are alternately stacked and stacked, and the sheet is cut or punched into the shape of the vibrator 2 (in the present embodiment, a ring shape). After debinding and firing, a conductive paste made of Ag, Pd, Pt, Ni, Au, or an alloy powder containing at least one of these is applied to the end face, and further sintered to produce an external electrode.

リング形状である振動子2の外壁の外部電極と内壁の外部電極をそれぞれ、正極と負極に接続し、正極と負極間に所定の直流電圧を印加して、電界を印加し、所定時間処理を行なうことにより、圧電体層を分極させて、本実施形態の振動子2を得ることができる。   The external electrode on the outer wall and the external electrode on the inner wall of the vibrator 2 having a ring shape are connected to the positive electrode and the negative electrode, respectively, a predetermined DC voltage is applied between the positive electrode and the negative electrode, an electric field is applied, and the treatment is performed for a predetermined time. By doing so, the piezoelectric layer can be polarized to obtain the vibrator 2 of the present embodiment.

なお、正極、負極とも一方を各電極領域で共通の電極とし、他方を各電極領域の個別の電極としてもよい。この場合、各電極領域で電極の形成領域が共通化されるため、小型化に適する。   One of the positive electrode and the negative electrode may be a common electrode in each electrode region, and the other may be an individual electrode in each electrode region. In this case, since the electrode formation region is shared by each electrode region, it is suitable for miniaturization.

次に、本発明の実施形態の一例に係るアクチュエータの駆動原理について説明する。   Next, the driving principle of the actuator according to an example of the embodiment of the present invention will be described.

図3は、振動子2に印加する電圧の波形(電圧−時間特性)を示したものであり、図4は、図3のT2の時点における振動体6の状態を示す模式図である。   FIG. 3 shows a waveform (voltage-time characteristic) of a voltage applied to the vibrator 2, and FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of the vibrating body 6 at time T2 in FIG.

図3において、(a)〜(d)は位相の異なる正弦波であり、V=Asin(ωT−θ)なる関係(A:振幅、ω:角周波数、−θ:初期位相)において、Aは(a)〜(d)で一定、θは(a)が0°とすると(b)は90°、(c)は180°、(d)は270°となり、90°ごとに位相がずれている。   In FIG. 3, (a) to (d) are sine waves having different phases, and in the relationship V = Asin (ωT−θ) (A: amplitude, ω: angular frequency, −θ: initial phase), A is (A) to (d) are constant, θ is (0) when (a) is 0 °, (b) is 90 °, (c) is 180 °, (d) is 270 °, and the phase is shifted every 90 °. Yes.

図2に示す電極領域I〜IVの正極に印加する電圧波形がそれぞれ(a)〜(d)であるとすると、T=T2である瞬間には振動子2の電極領域II(図4の右側)で厚みが増すよ
うに変位し、振動子2の電極領域IV(図4の左側)では厚みが減ずるように変位する。
Assuming that the voltage waveforms applied to the positive electrodes of the electrode regions I to IV shown in FIG. 2 are (a) to (d), respectively, the electrode region II of the vibrator 2 (right side of FIG. 4) at the moment T = T2. ) And the electrode region IV of the vibrator 2 (left side in FIG. 4) is displaced so that the thickness is decreased.

この結果、T=T2の瞬間に振動子は、振動体6が電極領域IIから電極領域IVの方向に向かって屈曲した状態になる。ここで各電極領域に、V=Asin(ωT−θ)となるように同期させた正弦波電圧が印加されると、電極領域I→電極領域II→電極領域III→電極領域IV→電極領域I→・・・の順に圧縮運動を繰り返す。振動体6は、ボルト5により下端部が固定されているため、振動体6の屈曲運動は、摩擦駆動部4を首振り運動させる動きとなる。図2〜図4では、積層型圧電素子の電極領域を4つに分割した例を用いて説明を行なっているが、少なくとも3つ以上の分割数とすればよい。また、分割数を4つよりも多くなるようにしてもよく、これにより、首振り運動をさらに滑らかにすることができる。   As a result, at the moment of T = T2, the vibrator is in a state where the vibrating body 6 is bent from the electrode region II toward the electrode region IV. Here, when a sine wave voltage synchronized so that V = Asin (ωT−θ) is applied to each electrode region, electrode region I → electrode region II → electrode region III → electrode region IV → electrode region I Repeat the compression motion in the order of. Since the lower end portion of the vibrating body 6 is fixed by the bolt 5, the bending motion of the vibrating body 6 is a motion that causes the friction drive unit 4 to swing. Although FIGS. 2 to 4 are described using an example in which the electrode region of the multilayer piezoelectric element is divided into four, the number of divisions may be at least three or more. Further, the number of divisions may be larger than four, and thereby the swing motion can be further smoothed.

次に、振動体6の屈曲運動によって摩擦駆動部4が可動部材3に回転するための駆動力を与える原理について説明する。ここでは、さらに電極領域の分割数を増やして6つに分割した場合で説明する。   Next, the principle of applying a driving force for rotating the friction drive unit 4 to the movable member 3 by the bending motion of the vibrating body 6 will be described. Here, the case where the number of divisions of the electrode region is further increased to be divided into six will be described.

図5は、図4に示すアクチュエータのB−B’線の矢視断面図を用いて摩擦駆動部の動きを説明する模式図であり、(a)は振動していないときを示す。また、(b)は、6分割した電極領域に60°の位相差を有する正弦波電圧を印加して、(1)〜(6)の順に振動させたときの状態を示している。   FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the movement of the friction drive unit using the cross-sectional view taken along the line B-B ′ of the actuator shown in FIG. 4, and FIG. Further, (b) shows a state in which a sinusoidal voltage having a phase difference of 60 ° is applied to the electrode region divided into six and is vibrated in the order of (1) to (6).

図5(a)に示すように、振動体6の摩擦駆動部4と可動部材3の孔部3aの内面とは一定のクリアランスが設けられている。ここで、図5(b)の(1)に示すように、分割された電極領域の1つの方向に屈曲するように振動体6を振動させると、摩擦駆動部4の側面が可動部材3の孔部3aの内面に当接する。その後、順次分割された隣の電極領域を屈曲振動させることによって、(2)〜(6)に示すように、振動体6自体は回転することなく、摩擦駆動部4の側面が可動部材3の孔部3aの内面に次々と位置を変えて当接する。   As shown in FIG. 5A, a certain clearance is provided between the friction drive unit 4 of the vibrating body 6 and the inner surface of the hole 3 a of the movable member 3. Here, as shown in FIG. 5B (1), when the vibrating body 6 is vibrated so as to bend in one direction of the divided electrode regions, the side surface of the friction drive unit 4 is moved to the movable member 3. It contacts the inner surface of the hole 3a. After that, by bending and vibrating the adjacent electrode regions that are sequentially divided, as shown in (2) to (6), the vibration body 6 itself does not rotate, and the side surface of the friction drive unit 4 is moved to the movable member 3. The position changes one after another and contacts the inner surface of the hole 3a.

振動体6は、弾性復元力によって図5(a)の位置に戻ろうとするが、分割数と電極領域に印加する正弦波電圧の周波数を十分高くしてやることにより、振動体6の摩擦駆動部4が当接した箇所は、振動体6の固定端(一端部)を中心とする円周と重なる軌跡を描き、摩擦駆動部4が可動部材3の孔部3aの内面に連続的に位置を変えながら当接を繰り返しつつ、首振り運動することとなる。その結果、可動部材3は、振動体6の摩擦駆動部4によって駆動力が与えられ、振動体6の周囲を回転するようになる。   The vibrating body 6 tries to return to the position shown in FIG. 5A by the elastic restoring force, but by increasing the number of divisions and the frequency of the sine wave voltage applied to the electrode region, the friction drive unit 4 of the vibrating body 6 can be obtained. The portion where the contact is made draws a trajectory that overlaps the circumference centered on the fixed end (one end) of the vibrating body 6, and the friction drive unit 4 continuously changes its position to the inner surface of the hole 3 a of the movable member 3. While swinging, the head swings. As a result, the movable member 3 is given a driving force by the friction drive unit 4 of the vibrating body 6 and rotates around the vibrating body 6.

従来の超音波モータは、ステータに対して楕円振動を行なわせる進行波を発生させることにより、このステータの面に加圧接触されたロータに回転駆動力を与えていたが、本実施形態に係るアクチュエータは、摩擦駆動部4の首振り運動により可動部材3の孔部3aの内面に回転駆動力を与えるようにしたので、従来の超音波モータと比較して、エネルギー効率の点で優れている。   Conventional ultrasonic motors generate a traveling wave that causes elliptical vibration to the stator, thereby applying a rotational driving force to the rotor that is in pressure contact with the surface of the stator. Since the actuator applies a rotational driving force to the inner surface of the hole 3a of the movable member 3 by the swinging motion of the friction drive unit 4, it is superior in terms of energy efficiency compared to a conventional ultrasonic motor. .

なお、上述の例では、積層型圧電素子の電極領域を4つと6つに分割した例を用いて説明を行なっているが、可動部材3の孔部3aの内面に回転駆動力を与えるような首振り運動を振動体6に対して起こさせるためには、積層型圧電素子の電極領域が最低3つの電極領域に分割されていればよい。   In the above-described example, the description has been given using an example in which the electrode region of the multilayer piezoelectric element is divided into four and six. However, a rotational driving force is applied to the inner surface of the hole 3a of the movable member 3. In order to cause the oscillating motion to be caused to the vibrating body 6, the electrode region of the laminated piezoelectric element only needs to be divided into at least three electrode regions.

さらに、上述の例では、振動子2の分割した電極領域に対して印加する交流電圧の位相として、4分割したときに位相を90°ずらした交流電圧を印加し、6分割したときに位相を60°ずらした交流電圧を印加している。このように分割した電極領域に対して、中
心を挟んで対向する電極領域同士が180°の位相差となるように交流電圧を印加することにより、中心を挟んで対向する位置で振動子が互いに反対方向に向かって伸縮する動きをさせることができ、振動体6をさらに大きく変位させることができる。
Further, in the above-described example, as the phase of the AC voltage applied to the divided electrode region of the vibrator 2, an AC voltage having a phase shifted by 90 ° is applied when divided into four, and the phase is changed when divided into six. An alternating voltage shifted by 60 ° is applied. By applying an alternating voltage to the electrode regions divided in this way so that the electrode regions facing each other across the center have a phase difference of 180 °, the vibrators are mutually opposed at the positions facing each other across the center. It is possible to move in the opposite direction, and the vibrating body 6 can be displaced further.

また、可動部材3を逆方向に回転させたい場合には、分割された電極領域に対して、逆方向に、所定の位相差を有する正弦波電圧を印加すればよい。例えば、図5(b)の場合、(6)→(1)の順に振動させることとなる。   In addition, when the movable member 3 is to be rotated in the reverse direction, a sine wave voltage having a predetermined phase difference may be applied to the divided electrode regions in the reverse direction. For example, in the case of FIG. 5B, the vibration is performed in the order of (6) → (1).

次に、本実施形態に係るアクチュエータを設計するための方法の一例について説明する。   Next, an example of a method for designing the actuator according to the present embodiment will be described.

まず、振動体6の固有振動周波数と、図3で示す電圧V=Asin(ωT−θ)の周波数ωとを一致させて共振現象を利用することにより、振動体が大きな変位を得られるようにすることが望ましい。固有振動の周波数は、振動体を構成する振動子2、弾性体1a、弾性体1b、ボルト5および摩擦駆動部4の構造と材質とにより決定される。   First, by using the resonance phenomenon by matching the natural vibration frequency of the vibrating body 6 with the frequency ω of the voltage V = Asin (ωT−θ) shown in FIG. 3, the vibrating body can obtain a large displacement. It is desirable to do. The frequency of the natural vibration is determined by the structure and the material of the vibrator 2, the elastic body 1a, the elastic body 1b, the bolt 5, and the friction drive unit 4 constituting the vibrating body.

例として、図1に示す構造を有する振動体において、有限要素法のシミュレーションツールを使用して固有振動周波数を求めた結果を図6aに示す。ここで、振動子2がPZT、摩擦駆動部4がアルミナ、弾性体1a、1bとボルトが鋼鉄であると仮定し、それぞれの寸法については、振動子2および弾性体1a、1bによって構成される円筒形の直径40mm・高さ62.5mm、摩擦駆動部4の直径45mm・高さ5mm、ボルト5の直径14mmと仮定した。以上の値を与えてシミュレーションを行なったところ、固有振動周波数ω=4.768kHzとなった。   As an example, FIG. 6A shows the result of obtaining the natural vibration frequency using a finite element method simulation tool in the vibrating body having the structure shown in FIG. Here, it is assumed that the vibrator 2 is PZT, the friction drive unit 4 is alumina, and the elastic bodies 1a and 1b and the bolt are steel, and the dimensions thereof are constituted by the vibrator 2 and the elastic bodies 1a and 1b. It was assumed that the diameter of the cylindrical shape was 40 mm and the height was 62.5 mm, the friction drive unit 4 had a diameter of 45 mm and a height of 5 mm, and the bolt 5 had a diameter of 14 mm. When the simulation was performed by giving the above values, the natural vibration frequency ω was 4.768 kHz.

図6bでは、同じモデルにおける高次モードでの固有振動を示し、固有振動周波数ω=14.96kHzが得られた。このように固有振動は、複数の振動モードが存在しているが、どのモードを利用するかについては、得られる変位量と与える周波数とを勘案しながら、適切なものを選択すればよい。   FIG. 6b shows the natural vibration in the higher order mode in the same model, and the natural vibration frequency ω = 14.96 kHz was obtained. As described above, the natural vibration has a plurality of vibration modes. As to which mode is to be used, an appropriate one may be selected in consideration of the obtained displacement amount and the given frequency.

次に、可動部材3と摩擦駆動部4が適正に接するための摩擦駆動部4と可動部材3の孔部3aの内面とのクリアランスを数値化する。振動子2の変位量ΔZは、ΔZ/Z=d33・Vで決まる。(Z:素子厚み、d33:圧電定数、V:印加電圧)d33は材料によって決定される。この値はd33=50〜800×10−12m/Vと広い範囲を取りうるので、必要な変位量が得られるように材料を選択すればよい。 Next, the clearance between the friction drive unit 4 and the inner surface of the hole 3a of the movable member 3 for properly contacting the movable member 3 and the friction drive unit 4 is quantified. The displacement amount ΔZ of the vibrator 2 is determined by ΔZ / Z 0 = d 33 · V. (Z 0 : element thickness, d 33 : piezoelectric constant, V: applied voltage) d 33 is determined by the material. Since this value can take a wide range of d 33 = 50 to 800 × 10 −12 m / V, a material may be selected so that a necessary displacement amount can be obtained.

積層型圧電素子を用いれば、十分に大きな変位量を得ることができるので望ましい。本発明者が実験したところ、約130層積層した総厚み10mmの積層型圧電素子では100V印加時に厚みが約9μm変位した。この実験結果を踏まえ、図1に示す構造を用いて圧電材料定数を計算に加えて有限要素法のシミュレーションにより振動体6の首振り運動による摩擦駆動部4の変位量を算出したところ、少なくとも0.1mmの値が得られることがわかった。図6aに示す第1次モード、図6bに示す高次モードともに0.1mm以上の変位量が得られている。このように摩擦駆動部4と可動部材3との嵌め合いの設計精度(例えば、可動部材3の孔部3aの内径公差が+0.05mm、摩擦駆動部4の外径公差が−0.05mm)に対して、十分に大きな変位量を得ることができ、摩擦駆動部4によって可動部材3を駆動可能であることがわかった。   Use of a laminated piezoelectric element is desirable because a sufficiently large displacement can be obtained. As a result of experiments conducted by the present inventor, the thickness of the laminated piezoelectric element having a total thickness of 10 mm, in which about 130 layers are laminated, is displaced by about 9 μm when 100 V is applied. Based on this experimental result, the displacement shown in FIG. 1 is used to calculate the displacement amount of the frictional drive unit 4 due to the swing motion of the vibrating body 6 by the finite element method simulation in addition to the calculation of the piezoelectric material constant. It was found that a value of 1 mm was obtained. A displacement amount of 0.1 mm or more is obtained in both the first-order mode shown in FIG. 6a and the higher-order mode shown in FIG. 6b. Thus, the design accuracy of the fitting between the friction drive unit 4 and the movable member 3 (for example, the inner diameter tolerance of the hole 3a of the movable member 3 is +0.05 mm, and the outer diameter tolerance of the friction drive unit 4 is -0.05 mm). On the other hand, it was found that a sufficiently large displacement amount can be obtained and the movable member 3 can be driven by the friction drive unit 4.

なお、振動体6と可動部材3に回転運動を直線運動に変換する螺旋形状を設ける場合は、図4の破線部DおよびEに示すように、屈曲させたときに、互いに嵌め合わされた箇所の嵌合状態が解除されない寸法としておくのがよい。   In addition, when providing the spiral shape which converts a rotational motion into a linear motion in the vibrating body 6 and the movable member 3, as shown to the broken line part D and E of FIG. It is good to set it as the dimension which a fitting state is not cancelled | released.

さらに、以上のように設計されたアクチュエータでの発生力を見積もるため、第1次モードの振動を使用したときのトルクを算出したところ、平均トルクとして2.5N・mの値が得られた。これは同サイズの電磁モータと比較して100倍以上の高トルク値であり、本実施形態の優位性が確認された。   Further, in order to estimate the generated force in the actuator designed as described above, the torque when using the vibration in the first mode was calculated, and a value of 2.5 N · m was obtained as the average torque. This is a high torque value of 100 times or more compared with the electromagnetic motor of the same size, and the superiority of this embodiment was confirmed.

次に、本実施形態に係るアクチュエータの組立て方法について説明する。図7は、本実施形態に係るアクチュエータの組立て方法を示す模式図であり、図8は、キャップの組付け方法の一例を示す。   Next, a method for assembling the actuator according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic diagram showing an actuator assembly method according to the present embodiment, and FIG. 8 shows an example of a cap assembly method.

まず、弾性体1a,1bの間に振動子2を配置してこれらを積み上げる。可動部材3を上方あるいは下方からこれらを挿入するように組み込む。このとき振動子2に通電するための導線(不図示)は、弾性体1aの側壁もしくは内部に穴などを設けて通すことができる。弾性体1a,1bと振動子2との間に不図示のフレキシブル基板を挟み込むことによって配線してもよい。摩擦駆動部4を弾性体1bの上部に置いた後、ボルト5によって弾性体1a、1b、振動子2および摩擦駆動部4を所定の把持力で挟持して、振動体6が構成される。可動部材3の内壁に形成されている螺旋形状であるネジ山の内径は摩擦駆動部4の径よりも小さくなるために、上述した組み立て順とすることが望ましい。また、振動体6を設ける対象物にボルト5をねじ込むためのネジ山があらかじめ設けられていることが望ましい。   First, the vibrator 2 is disposed between the elastic bodies 1a and 1b and stacked. The movable member 3 is assembled so as to be inserted from above or below. At this time, a conducting wire (not shown) for energizing the vibrator 2 can be passed through a hole or the like provided in the side wall or inside of the elastic body 1a. Wiring may be performed by sandwiching a flexible substrate (not shown) between the elastic bodies 1 a and 1 b and the vibrator 2. After the friction drive unit 4 is placed on the elastic body 1b, the elastic bodies 1a and 1b, the vibrator 2 and the friction drive unit 4 are clamped with a predetermined gripping force by bolts 5 to form the vibration body 6. Since the inner diameter of the spiral thread formed on the inner wall of the movable member 3 is smaller than the diameter of the friction drive unit 4, it is desirable to follow the assembly order described above. Further, it is desirable that a thread for screwing the bolt 5 is provided in advance on an object on which the vibrating body 6 is provided.

キャップ7は、耐摩耗性および強度の高いセラミックスなどの材料が用いられる。可動部材3に対して、キャップ7を回転可能に保持するためには、図8に示すように、キャップ7の外周に突起を設けておき、あらかじめ可動部材3の内壁に形成された溝に突起をはめ込むようにするとよい。   The cap 7 is made of a material such as ceramic having high wear resistance and high strength. In order to hold the cap 7 rotatably with respect to the movable member 3, as shown in FIG. 8, a protrusion is provided on the outer periphery of the cap 7, and the protrusion is formed in a groove formed in the inner wall of the movable member 3 in advance. It is recommended that you fit in.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、上述の説明では、振動子2として積層型圧電素子を用いた例によって説明したが、これに限るものではなく、単層の振動子を複数重ねたものを用いてもよい。また、振動子2の材料としては、PZTを用いた例によって説明したが、その他にも強誘電体単結晶や圧電性を持つ高分子材料を用いることができる。   For example, in the above description, an example in which a laminated piezoelectric element is used as the vibrator 2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a single layer of a plurality of vibrators may be used. In addition, although the example using PZT has been described as the material of the vibrator 2, a ferroelectric single crystal or a polymer material having piezoelectricity can also be used.

また、振動子2を得るための製造方法としては、セラミックグリーンシートを焼成する方法によって説明したが、これに限るものではなく、スパッタリング法などの薄膜法を用いても構わない。   Further, the manufacturing method for obtaining the vibrator 2 has been described by the method of firing the ceramic green sheet, but is not limited thereto, and a thin film method such as a sputtering method may be used.

さらに、分割した電極領域に対して正弦波の交流電圧を印加した例によって説明したが、これに限るものではなく、三角波、鋸歯状波あるいはパルス波などを用いても構わない
次に、図を用いて変形例について具体的に説明する。
Further, although an example in which a sinusoidal AC voltage is applied to the divided electrode regions has been described, the present invention is not limited to this, and a triangular wave, a sawtooth wave, a pulse wave, or the like may be used. The modification will be specifically described with reference to FIG.

図9は本発明の実施形態の別の例に係るアクチュエータ20を示す断面図である。この実施形態は、図1に示した実施形態に対して、弾性体1aが省略されて可動部材13の長さも短く、構造が簡略化されている。このような構成とすることにより、アクチュエータをさらに小型化することができる。   FIG. 9 is a sectional view showing an actuator 20 according to another example of the embodiment of the present invention. In this embodiment, the elastic body 1a is omitted, the length of the movable member 13 is short, and the structure is simplified as compared with the embodiment shown in FIG. With such a configuration, the actuator can be further reduced in size.

図10は、本発明の実施形態のさらに別の例に係るアクチュエータ30を示す断面図である。この実施形態では、図1に示した実施形態と比較すると、振動体と可動部材23との間に互いに螺合する螺旋形状が設けられていない。そのため、振動体(弾性体11a,11b,振動子2およびボルト5)の屈曲振動は、可動部材23が振動体の軸周りに回転
する回転運動へと変換され、可動部材23に設けられた回転軸部21を経て、回転運動として外部に取り出すことができる。ボールベアリング19は、振動体と可動部材23との間に設けられており、可動部材23の回転を円滑にする効果を有する。ナット9は、ボルト5の端部と螺合して振動体の固定端となるものである。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an actuator 30 according to still another example of the embodiment of the present invention. In this embodiment, as compared with the embodiment shown in FIG. 1, a spiral shape that is screwed together is not provided between the vibrating body and the movable member 23. Therefore, the bending vibration of the vibrating bodies (elastic bodies 11a and 11b, vibrator 2 and bolt 5) is converted into a rotational motion in which the movable member 23 rotates around the axis of the vibrating body, and the rotation provided on the movable member 23. It can be taken out through the shaft portion 21 as a rotational motion. The ball bearing 19 is provided between the vibrating body and the movable member 23, and has an effect of smoothly rotating the movable member 23. The nut 9 is screwed into an end portion of the bolt 5 and becomes a fixed end of the vibrating body.

ここで、可動部材23の孔部23aの内周下方と振動体の下方外周とをそれぞれ取り巻くように周設された凸状部18a,18bを設け、可動部材23を振動体に挿入したときに、可動部材23側の凸状部18aが振動体側の凸状部18bの下方側になるように係止してもよい。このような互いに係止し合う凸状部18a,18bを設けることにより、可動部材23を摩擦駆動部4によって回転させたときに、可動部材23が振動体から外れることを防止して、安定した回転を得ることができる。   Here, when convex portions 18a and 18b are provided so as to surround the inner circumference lower side of the hole 23a of the movable member 23 and the lower outer circumference of the vibrating body, respectively, and the movable member 23 is inserted into the vibrating body. The convex portion 18a on the movable member 23 side may be locked so as to be below the convex portion 18b on the vibrating body side. By providing such convex portions 18a and 18b that are locked with each other, when the movable member 23 is rotated by the friction drive unit 4, the movable member 23 is prevented from being detached from the vibrating body and stabilized. Rotation can be obtained.

1a,1b 弾性体
2 振動子
3,13,23 可動部材
3a,13a,23a 孔部
4 摩擦駆動部
5 ボルト(締結部材)
6 振動体
7 キャップ
9 ナット
10,20,30 アクチュエータ
11a,11b, 弾性体
14,16 ネジ溝(第1の螺旋形状)
15,17 ネジ溝(第2の螺旋形状)
18a,18b 凸状部
19 ボールベアリング
21 回転軸部
201,203 外部電極
202,204 引出配線
205 内部電極
I,II,III,IV 電極領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b Elastic body 2 Oscillator 3, 13, 23 Movable member 3a, 13a, 23a Hole part 4 Friction drive part 5 Bolt (fastening member)
6 Vibrating body 7 Cap 9 Nut 10, 20, 30 Actuator 11a, 11b, Elastic body 14, 16 Thread groove (first spiral shape)
15, 17 Thread groove (second spiral shape)
18a, 18b Convex part 19 Ball bearing 21 Rotating shaft part 201, 203 External electrode 202, 204 Lead wire 205 Internal electrode I, II, III, IV Electrode region

Claims (5)

一端部が固定端とされ、他端部が自由端とされた片持ち梁状であって、前記他端部側に摩擦駆動部が設けられた振動体と、
該振動体の前記摩擦駆動部が内面に対して遊びを設けた状態で挿入される孔部を有し、前記振動体の周囲に回転可能に保持された可動部材とを具備するアクチュエータであって、前記振動体を振動させたときに、前記摩擦駆動部が、前記可動部材の前記孔部の内面に当接するとともに、前記他端部側から平面透視したときに当接した箇所が前記一端部を中心とする円周と重なる軌跡を描くように駆動されて、前記可動部材を前記振動体の周囲で回転させる、アクチュエータ。
One end portion is a fixed end and the other end portion is a cantilever beam having a free end, and a vibration body provided with a friction drive unit on the other end side;
An actuator having a hole that is inserted in a state in which the friction drive portion of the vibrating body provides play with respect to the inner surface, and a movable member that is rotatably held around the vibrating body; When the vibrating body is vibrated, the friction drive unit contacts the inner surface of the hole of the movable member, and the contacted portion when viewed in plan from the other end side is the one end portion. An actuator that is driven so as to draw a trajectory that overlaps with a circumference centered on, and rotates the movable member around the vibrating body.
前記振動体の表面に第1の螺旋形状の凸部または凹部が形成されているとともに、前記可動部材の前記孔部の内面に前記第1の螺旋形状の凸部または凹部と嵌合しうる第2の螺旋形状の凸部または凹部が形成されており、
前記振動体および前記可動部材は、前記第1および第2の螺旋形状の凸部または凹部同士が互いに嵌め合わされて、前記可動部材を前記振動体の周囲で回転させる運動が前記可動部材を前記振動体の軸方向に移動させる直線運動に変換される、請求項1に記載のアクチュエータ。
A first spiral-shaped convex portion or concave portion is formed on the surface of the vibrating body, and a first spiral-shaped convex portion or concave portion can be fitted to the inner surface of the hole of the movable member. 2 spiral convex portions or concave portions are formed,
In the vibrating body and the movable member, the first and second spiral convex portions or concave portions are fitted to each other, and the movement of rotating the movable member around the vibrating body vibrates the movable member. The actuator according to claim 1, which is converted into a linear motion that moves in the axial direction of the body.
前記振動体は、
電気−機械エネルギー変換素子を含む振動子と、
該振動子に接する弾性体と、
該弾性体に接する前記摩擦駆動部と、
前記振動子、前記弾性体および前記摩擦駆動部を一体的に締め付ける締結部材とを含む、請求項1または請求項2に記載のアクチュエータ。
The vibrator is
A vibrator including an electro-mechanical energy conversion element;
An elastic body in contact with the vibrator;
The friction drive unit in contact with the elastic body;
The actuator according to claim 1, further comprising a fastening member that integrally tightens the vibrator, the elastic body, and the friction drive unit.
前記振動子は、1枚の圧電素子からなる単層型、または複数枚の圧電素子が積層された積層型であって、前記可動部材の回転方向に少なくとも3つに分割された電極を有し、該電極のそれぞれに位相の異なる交流電圧が与えられる、請求項1乃至3のいずれかに記載のアクチュエータ。   The vibrator is a single-layer type composed of one piezoelectric element or a laminated type in which a plurality of piezoelectric elements are laminated, and has an electrode divided into at least three in the rotation direction of the movable member. The actuator according to claim 1, wherein alternating voltages having different phases are applied to the electrodes. 前記可動部材の先端に、先端方向に向かって突出する凸面または半球面を有するキャップが設けられている、請求項1乃至4のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein a cap having a convex surface or a hemispherical surface protruding toward a distal end is provided at a distal end of the movable member.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102013207533A1 (en) 2012-04-26 2013-10-31 Hitachi Automotive Systems Steering, Ltd. Power steering device and control device for power steering device
CN110404880A (en) * 2019-08-22 2019-11-05 邱瑞权 Quick detachable ultrasonic oscillator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013207533A1 (en) 2012-04-26 2013-10-31 Hitachi Automotive Systems Steering, Ltd. Power steering device and control device for power steering device
CN110404880A (en) * 2019-08-22 2019-11-05 邱瑞权 Quick detachable ultrasonic oscillator

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