JP2015208077A - piezoelectric actuator - Google Patents

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Koichi Kamijo
浩一 上條
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator capable of easily and reliably displacing a body to be driven when displacing the body to be driven by external force other than the piezoelectric actuator.SOLUTION: A piezoelectric actuator includes: a piezoelectric element provided with a plurality of electrodes; a diaphragm at least longitudinally vibrating by applying a signal to the piezoelectric element; and a body to be driven brought into contact with the diaphragm. The signal is applied to at least a first electrode and a second electrode out of the plurality of electrodes when causing the diaphragm to longitudinally vibrate. A third electrode is disposed between the first electrode and the second electrode in a direction different from a vibration direction of longitudinal vibration.

Description

本発明は、圧電アクチュエーターに関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator.

圧電アクチュエーターは、高周波の交流電圧等の駆動電圧を機械的振動に変換する圧電素子と、圧電素子によって駆動される被駆動体とを有する駆動装置である。この圧電アクチュエーターの形態として、ローターや長手形状の部材を被駆動体とする圧電アクチュエーターが知られている(例えば、特許文献1)。圧電アクチュエーターは、圧電素子の屈曲振動を、圧電素子を含む振動体から突出する凸部を介して伝達し、ローターを所定の方向に回転させるものである。   The piezoelectric actuator is a driving device having a piezoelectric element that converts a driving voltage such as a high-frequency AC voltage into mechanical vibration and a driven body that is driven by the piezoelectric element. As a form of this piezoelectric actuator, a piezoelectric actuator having a rotor or a longitudinal member as a driven body is known (for example, Patent Document 1). The piezoelectric actuator transmits bending vibration of a piezoelectric element via a convex portion protruding from a vibrating body including the piezoelectric element, and rotates the rotor in a predetermined direction.

特許文献1に記載の圧電アクチュエーターでは、振動体の凸部が楕円軌道を描くように振動する。そして、振動体の各電極への通電パターンの選択により振動体の振動パターンを変更して、振動体の凸部の振動の方向を変え、これにより、ローターを正方向と逆方向(反時計回りと時計回り)のいずれの方向にも回転させることができるように構成されている。また、特許文献1に記載の圧電アクチュエーターでは、コイルバネにより振動体をローターに向けて付勢している。   In the piezoelectric actuator described in Patent Document 1, the convex portion of the vibrating body vibrates so as to draw an elliptical orbit. Then, the vibration pattern of the vibrating body is changed by selecting the energization pattern to each electrode of the vibrating body, and the direction of vibration of the convex part of the vibrating body is changed, whereby the rotor is rotated in the opposite direction (counterclockwise). And a clockwise direction). Moreover, in the piezoelectric actuator described in Patent Document 1, the vibrating body is urged toward the rotor by a coil spring.

このような圧電アクチュエーターは、例えば、ロボットの関節等、各ロボットの各部の駆動源として注目されている。ロボットに教示を行う際は、圧電アクチュエーターを停止させ、外部から力を加えてロボットの関節を曲げたり、伸ばしたりする。   Such a piezoelectric actuator is attracting attention as a drive source for each part of each robot such as a joint of the robot. When teaching the robot, the piezoelectric actuator is stopped and external force is applied to bend or extend the joint of the robot.

特開2007−189900号公報JP 2007-189900 A

しかしながら、特許文献1に記載の圧電アクチュエーターでは、ロボットに教示を行う際は、圧電アクチュエーターが停止し、振動体の凸部が常にローターに当接しているので、ローターにブレーキがかかった状態になっており、このため、そのブレーキの保持力を上回る力を加える必要がある。また、ロボットの駆動源が減速機を有している場合には、その減速比分、さらに大きな力が必要になる。また、例えば、ロボットに対し、専門のスキルを持った手感覚等の微妙な動作を教示する場合には、前記保持力が大きいとその手感覚が正確に伝わり難いという問題がある。   However, in the piezoelectric actuator described in Patent Document 1, when teaching the robot, the piezoelectric actuator is stopped and the convex portion of the vibrating body is always in contact with the rotor, so that the rotor is braked. Therefore, it is necessary to apply a force that exceeds the holding force of the brake. When the drive source of the robot has a reduction gear, a larger force is required for the reduction ratio. In addition, for example, when a robot is instructed to perform a delicate operation such as a hand feeling with specialized skills, there is a problem that if the holding force is large, the hand feeling is difficult to be transmitted accurately.

本発明の目的は、圧電アクチュエーター以外の外部の力で被駆動体を変位させようとしたとき、被駆動体を容易かつ確実に変位させることができる圧電アクチュエーターを提供することである。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator capable of easily and reliably displacing a driven body when the driven body is displaced by an external force other than the piezoelectric actuator.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

(適用例1)
本発明に係わる圧電アクチュエーターは、複数の電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子に信号を印加することによって、少なくとも縦振動をする振動板と、
前記振動板と当接する被駆動体と、を有し、
前記振動板を前記縦振動させる際、前記信号は、前記複数の電極のうちの少なくとも第1電極と第2電極とに印加され、
前記縦振動の振動方向と異なる方向において、前記第1電極と前記第2電極との間に第3電極が配置されることを特徴とする。
(Application example 1)
A piezoelectric actuator according to the present invention includes a piezoelectric element provided with a plurality of electrodes,
A diaphragm that vibrates at least longitudinally by applying a signal to the piezoelectric element;
A driven body that comes into contact with the diaphragm,
When causing the diaphragm to vibrate longitudinally, the signal is applied to at least the first electrode and the second electrode of the plurality of electrodes,
A third electrode is disposed between the first electrode and the second electrode in a direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration.

これにより、振動板が縦振動をすることにより、被駆動体を変位させずに、かつ、非駆動状態の場合に比べて振動板と被駆動体との間の摩擦力を減少させることができる。これによって、圧電アクチュエーター以外の外部の力で被駆動体を変位させようとしたとき、被駆動体を容易かつ確実に変位させることができる。これにより、例えば、本発明の圧電アクチュエーターをロボットに適用し、そのロボットの関節の駆動源に用いた場合、ロボットに教示を行う際、振動板を縦振動させることにより、外部の力で容易かつ確実にロボットの関節を曲げたり、伸ばしたりすることができ、これによって、容易かつ確実に前記教示を行うことができる。   As a result, when the diaphragm vibrates longitudinally, the friction force between the diaphragm and the driven body can be reduced without displacing the driven body and compared to the non-driven state. . Thus, when the driven body is displaced by an external force other than the piezoelectric actuator, the driven body can be easily and reliably displaced. Thus, for example, when the piezoelectric actuator of the present invention is applied to a robot and used as a drive source for a joint of the robot, when the robot is taught, the diaphragm is vibrated longitudinally and easily and externally. The joint of the robot can be surely bent or extended, whereby the teaching can be performed easily and reliably.

また、振動板の被駆動体との当接部分の縦振動の振動方向の電極のみ、すなわち、振動体の中心を通る縦方向の電極のみに信号を印加して振動板を縦振動させる場合に比べて、振動板から被駆動体に加わる力の縦振動の振動方向に直交する方向のバランスが安定し、これにより、振動を安定させることができる。   Also, when the vibration plate is vibrated longitudinally by applying a signal only to the electrode in the vibration direction of the longitudinal vibration of the contact portion of the vibration plate with the driven body, i.e., the vertical electrode passing through the center of the vibration body. In comparison, the balance of the force applied from the diaphragm to the driven body in the direction orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration is stabilized, and thus the vibration can be stabilized.

また、信号をすべての電極に印加して振動板を縦振動させる場合に比べて、振動板の共振時の圧電素子のインピーダンスを高くすることができ、これにより、振動を安定させることができ、また、消費電力を低減することができる。   In addition, the impedance of the piezoelectric element at the time of resonance of the diaphragm can be increased compared with the case where the signal is applied to all the electrodes and the diaphragm is longitudinally vibrated, thereby stabilizing the vibration, In addition, power consumption can be reduced.

(適用例2)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第1電極と前記第2電極とは、前記縦振動の振動方向と異なる方向に延びる所定の第1の直線に対して非対称に設けられていることが好ましい。
これにより、振動をより安定させることができる。
(Application example 2)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the first electrode and the second electrode are provided asymmetrically with respect to a predetermined first straight line extending in a direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration.
Thereby, a vibration can be stabilized more.

(適用例3)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記複数の電極は、前記縦振動の振動方向と異なる方向に延びる所定の第1の直線に対して線対称に設けられていることが好ましい。
(Application example 3)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the plurality of electrodes are provided in line symmetry with respect to a predetermined first straight line extending in a direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration.

これにより、被駆動体を正逆両方向に変位させる構成にした場合、被駆動体の変位方向によって、被駆動体の駆動特性に不均等が生じることを低減することができる。   Thereby, when it is set as the structure which displaces a to-be-driven body to the normal / reverse direction, it can reduce that the nonuniformity arises in the drive characteristic of a to-be-driven body by the displacement direction of a to-be-driven body.

(適用例4)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記振動板は、前記被駆動体に当接する凸部を有し、
前記第1電極および前記第2電極は、前記第1の直線よりも前記凸部側に配置されていることが好ましい。
これにより、消費電力を低減しつつ、縦振動を大きくすることができる。
(Application example 4)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, the diaphragm has a convex portion that comes into contact with the driven body,
It is preferable that the first electrode and the second electrode are arranged closer to the convex portion than the first straight line.
Thereby, longitudinal vibration can be increased while reducing power consumption.

(適用例5)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第1の直線は、前記縦振動の振動方向における前記圧電素子の中央部を通ることが好ましい。
(Application example 5)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the first straight line passes through a central portion of the piezoelectric element in the vibration direction of the longitudinal vibration.

これにより、第1電極および第2電極を好適な位置に配置することができ、振動をより安定させることができる。   Thereby, a 1st electrode and a 2nd electrode can be arrange | positioned in a suitable position, and a vibration can be stabilized more.

(適用例6)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記縦振動の振動方向と異なる方向は、前記縦振動の振動方向に直交する方向であることが好ましい。
(Application example 6)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, the direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration is preferably a direction orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration.

これにより、第1電極および第2電極をバランス良く配置することができ、振動をより安定させることができる。   Thereby, a 1st electrode and a 2nd electrode can be arrange | positioned with sufficient balance, and a vibration can be stabilized more.

(適用例7)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第1電極と前記第2電極とは、前記縦振動の振動方向に延びる所定の第2の直線に対して線対称に設けられていることが好ましい。
これにより、振動をより安定させることができる。
(Application example 7)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the first electrode and the second electrode are provided symmetrically with respect to a predetermined second straight line extending in the vibration direction of the longitudinal vibration.
Thereby, a vibration can be stabilized more.

(適用例8)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記複数の電極は、前記縦振動の振動方向に延びる所定の第2の直線に対して線対称に設けられていることが好ましい。
(Application example 8)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the plurality of electrodes are provided symmetrically with respect to a predetermined second straight line extending in the vibration direction of the longitudinal vibration.

これにより、被駆動体を正逆両方向に変位させる構成にした場合、被駆動体の変位方向によって、被駆動体の駆動特性に不均等が生じることを低減することができる。   Thereby, when it is set as the structure which displaces a to-be-driven body to the normal / reverse direction, it can reduce that the nonuniformity arises in the drive characteristic of a to-be-driven body by the displacement direction of a to-be-driven body.

(適用例9)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第2の直線は、前記縦振動の振動方向に直交する方向における前記圧電素子の中央部を通ることが好ましい。
(Application example 9)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the second straight line passes through a central portion of the piezoelectric element in a direction orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration.

これにより、第1電極および第2電極をバランス良く配置することができ、振動をより安定させることができる。   Thereby, a 1st electrode and a 2nd electrode can be arrange | positioned with sufficient balance, and a vibration can be stabilized more.

(適用例10)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記被駆動体は、回転可能に設けられており、
前記振動板の前記被駆動体との当接部分における前記縦振動の振動方向は、前記被駆動体の回転中心に向かう方向であることが好ましい。
(Application Example 10)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, the driven body is rotatably provided.
It is preferable that the vibration direction of the longitudinal vibration at the contact portion of the diaphragm with the driven body is a direction toward the rotation center of the driven body.

これにより、振動板が縦振動する際に被駆動体が回転してしまうことを抑制することができる。   Thereby, it can suppress that a to-be-driven body rotates when a diaphragm vibrates longitudinally.

(適用例11)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記被駆動体は、移動可能に設けられており、
前記被駆動体の前記振動板との当接部分の移動方向と、前記縦振動の振動方向とが直交していることが好ましい。
(Application Example 11)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, the driven body is movably provided,
It is preferable that the moving direction of the contact portion of the driven body with the diaphragm is orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration.

これにより、振動板が縦振動する際に被駆動体が移動してしまうことを抑制することができる。   Thereby, it can suppress that a to-be-driven body moves when a diaphragm vibrates longitudinally.

(適用例12)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記振動板は、前記被駆動体に当接する凸部を有し、
前記凸部は、前記縦振動の振動方向に直交する方向における前記振動板の中央部に配置されていることが好ましい。
(Application Example 12)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, the diaphragm has a convex portion that comes into contact with the driven body,
It is preferable that the convex portion is disposed at a central portion of the diaphragm in a direction orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration.

これにより、振動板が縦振動する際に被駆動体が変位してしまうことを抑制することができる。   Thereby, it can suppress that a to-be-driven body displaces when a diaphragm vibrates longitudinally.

(適用例13)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記圧電アクチュエーターの駆動モードとして、前記縦振動を行う第1の駆動モードと、
前記縦振動と異なる振動を行う第2の駆動モードと、を有することが好ましい。
(Application Example 13)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, as a driving mode of the piezoelectric actuator, a first driving mode for performing the longitudinal vibration,
It is preferable to have a second drive mode that performs vibration different from the longitudinal vibration.

これにより、第1の駆動モードにおいて、被駆動体に外力を加えて被駆動体を変位させることができ、また、第2の駆動モードにおいて、圧電アクチュエーターの駆動力により、被駆動体を変位させることができる。   Thereby, in the first driving mode, the driven body can be displaced by applying an external force to the driven body, and in the second driving mode, the driven body is displaced by the driving force of the piezoelectric actuator. be able to.

本発明の圧電アクチュエーターの第1実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows 1st Embodiment of the piezoelectric actuator of this invention. 図1中のA−A線での断面図である。It is sectional drawing in the AA line in FIG. 図1に示す圧電アクチュエーターの振動体の斜視図である。It is a perspective view of the vibrating body of the piezoelectric actuator shown in FIG. 図1に示す圧電アクチュエーターの縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。It is a figure of the vibrating body for demonstrating arrangement | positioning of the electrode for longitudinal vibrations of the piezoelectric actuator shown in FIG. 図1に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。It is a figure of the vibrating body for demonstrating operation | movement of the piezoelectric actuator shown in FIG. 図1に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。It is a figure of the vibrating body for demonstrating operation | movement of the piezoelectric actuator shown in FIG. 図1に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。It is a figure of the vibrating body for demonstrating operation | movement of the piezoelectric actuator shown in FIG. 本発明の圧電アクチュエーターの第2実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。In the second embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention, it is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrode. 本発明の圧電アクチュエーターの第3実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。FIG. 10 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of longitudinal vibration electrodes in the third embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention. 本発明の圧電アクチュエーターの第4実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。FIG. 14 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of longitudinal vibration electrodes in the fourth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention. 本発明の圧電アクチュエーターの第5実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。FIG. 20 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of longitudinal vibration electrodes in the fifth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention. 本発明の圧電アクチュエーターの第6実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。FIG. 16 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of longitudinal vibration electrodes in the sixth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention. 本発明の圧電アクチュエーターの第7実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。In the seventh embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention, it is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrode. 本発明の圧電アクチュエーターの第8実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。In the eighth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention, it is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrode. 本発明の圧電アクチュエーターの第9実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows 9th Embodiment of the piezoelectric actuator of this invention.

以下、本発明の圧電アクチュエーターを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, a piezoelectric actuator of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

<第1実施形態>
図1は、本発明の圧電アクチュエーターの第1実施形態を示す平面図である。図2は、図1中のA−A線での断面図である。図3は、図1に示す圧電アクチュエーターの振動体の斜視図である。図4は、図1に示す圧電アクチュエーターの縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。図5は、図1に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。図6は、図1に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。図7は、図1に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a perspective view of a vibrating body of the piezoelectric actuator shown in FIG. FIG. 4 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes of the piezoelectric actuator shown in FIG. FIG. 5 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric actuator shown in FIG. FIG. 6 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric actuator shown in FIG. FIG. 7 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric actuator shown in FIG.

なお、以下では、説明の都合上、図2、図3、図4中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う(図8〜図14も同様)。   Hereinafter, for convenience of explanation, the upper side in FIGS. 2, 3 and 4 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower” (the same applies to FIGS. 8 to 14). ).

また、図1〜図7には、互いに直交する3つの軸として、x軸、y軸およびz軸が図示されている。x軸に平行な方向を「x軸方向」、y軸に平行な方向を「y軸方向」、z軸に平行な方向を「z軸方向」という。また、x軸とy軸で規定される平面を「zy平面」と言い、y軸とz軸で規定される平面を「yz平面」と言い、z軸とx軸で規定される平面を「xz平面」と言う。また、x方向、x方向およびz方向において、矢印先端側を「+(正)側」、矢印基端側を「−(負)側」とする。なお、振動体、振動板、圧電素子および各電極の長手方向がそれぞれx軸方向、短手方向(幅方向)がそれぞれy軸方向、厚さ方向がそれぞれz軸方向になっている(図8〜図15も同様)。   1 to 7 show an x-axis, a y-axis, and a z-axis as three axes orthogonal to each other. A direction parallel to the x-axis is referred to as “x-axis direction”, a direction parallel to the y-axis is referred to as “y-axis direction”, and a direction parallel to the z-axis is referred to as “z-axis direction”. A plane defined by the x axis and the y axis is referred to as a “zy plane”, a plane defined by the y axis and the z axis is referred to as a “yz plane”, and a plane defined by the z axis and the x axis is referred to as “ xz plane ". Further, in the x direction, the x direction, and the z direction, the arrow tip side is defined as “+ (positive) side” and the arrow base end side is defined as “− (negative) side”. The longitudinal direction of the vibrating body, the diaphragm, the piezoelectric element, and each electrode is the x-axis direction, the lateral direction (width direction) is the y-axis direction, and the thickness direction is the z-axis direction, respectively (FIG. 8). To FIG. 15).

また、図1では、振動体の電極の図示を省略している(図15も同様)。また、図4〜図7では、振動体について、連結部の図示を省略する等、簡略化して図示している(図8〜図14も同様)。   Further, in FIG. 1, illustration of electrodes of the vibrating body is omitted (the same applies to FIG. 15). Moreover, in FIGS. 4-7, about the vibrating body, illustration of the connection part is abbreviate | omitted etc. and simplified (FIGS. 8-14 is also the same).

また、また、図4〜図7では、振動体の各電極のうち、通電する電極に対して斜線を付けている(図8〜図14も同様)。   Moreover, in FIGS. 4-7, among the electrodes of the vibrating body, the electrodes to be energized are hatched (the same applies to FIGS. 8-14).

また、また、図3〜図7では、振動体の各電極のうち、裏側の見えない電極については、各符号のみを括弧内に示した(図8〜図14も同様)。   Moreover, in FIGS. 3 to 7, among the electrodes of the vibrating body, only the reference numerals are shown in parentheses for the electrodes that cannot be seen on the back side (the same applies to FIGS. 8 to 14).

――基本構成――
圧電アクチュエーター1は、電圧の印加により振動する振動体2を有する振動部10と、回転可能(変位可能)な円盤状のローター(被駆動体)5と、振動部10とローター5とを支持する支持体6とを有している。なお、ローター5は、換言すれば、横断面形状が円形状の被駆動体である。
-Basic configuration-
The piezoelectric actuator 1 supports a vibrating portion 10 having a vibrating body 2 that vibrates by application of a voltage, a rotatable (displaceable) disk-shaped rotor (driven body) 5, and the vibrating portion 10 and the rotor 5. And a support 6. In other words, the rotor 5 is a driven body having a circular cross section.

圧電アクチュエーター1は、振動体2が振動することにより、ローター5に動力(駆動力)を伝達して回転(駆動)させる装置である。以下、圧電アクチュエーター1が有する各部について順次説明する。   The piezoelectric actuator 1 is a device for transmitting power (driving force) to the rotor 5 and rotating (driving) the vibrating body 2 when the vibrating body 2 vibrates. Hereinafter, each part which the piezoelectric actuator 1 has is demonstrated sequentially.

――振動部10――
振動部10は、振動体2と、振動体2を振動可能に保持する保持部(保持機構)3と、基台4と、振動体2をローター5に向けて付勢する付勢部として1対の板バネ(弾性体)71、72とを備えている。1対の板バネ(弾性体)71、72は、本実施形態では、保持部3と基台4とを連結し、保持部3を介して振動体2の後述する凸部26をローター5に向けて付勢する。
--Vibrating part 10--
The vibrating unit 10 is a vibrating unit 2, a holding unit (holding mechanism) 3 that holds the vibrating unit 2 so as to vibrate, a base 4, and a biasing unit that biases the vibrating unit 2 toward the rotor 5. A pair of leaf springs (elastic bodies) 71 and 72 are provided. In this embodiment, a pair of leaf springs (elastic bodies) 71 and 72 connect the holding portion 3 and the base 4, and a convex portion 26 (described later) of the vibrating body 2 is connected to the rotor 5 via the holding portion 3. Energize towards.

――振動体2――
振動体2は、長方形の板状をなし、図2および図3の上側から5つの電極21a、21b、21c、21dおよび21eと、板状の圧電素子22と、凸部(接触部)26および1対の連結部27、28を有する補強板である振動板(シム)23と、板状の圧電素子24と、5つの電極25a、25b、25c、25dおよび25e(図3中、電極25a、25bおよび25eは、図示せず、各符号のみを括弧内に示す)とをこの順に積層して構成されている。なお、図2および図3では、厚さ方向を誇張して示している。
--Vibrating body 2--
The vibrating body 2 has a rectangular plate shape, and includes five electrodes 21a, 21b, 21c, 21d and 21e from the upper side of FIGS. 2 and 3, a plate-like piezoelectric element 22, a convex portion (contact portion) 26, and A diaphragm (shim) 23, which is a reinforcing plate having a pair of connecting portions 27 and 28, a plate-like piezoelectric element 24, and five electrodes 25a, 25b, 25c, 25d and 25e (in FIG. 25b and 25e are not shown in the figure, and each reference numeral is shown in parentheses) in this order. In FIGS. 2 and 3, the thickness direction is exaggerated.

この振動体2は、電圧の印加により圧電素子22および24が変形することにより振動して、凸部26を介してローター5に動力を伝達して、ローター5を回転させる。   The vibrating body 2 vibrates when the piezoelectric elements 22 and 24 are deformed by application of voltage, and transmits power to the rotor 5 via the convex portion 26 to rotate the rotor 5.

圧電素子22および24は、それぞれ、長方形状をなし、振動板23の両面にそれぞれ固着されている。   The piezoelectric elements 22 and 24 each have a rectangular shape, and are fixed to both surfaces of the diaphragm 23.

これらの圧電素子22および24は、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長または収縮し、電圧の印加を中止することにより、元の形状に戻る。   The piezoelectric elements 22 and 24 expand or contract in the longitudinal direction when a voltage is applied, and return to their original shapes when the voltage application is stopped.

圧電素子22および24の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)、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。   The constituent materials of the piezoelectric elements 22 and 24 are not particularly limited, respectively. Lead zirconate titanate (PZT), crystal, lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead metaniobate, polyvinylidene fluoride, zinc Various materials such as lead niobate and lead scandium niobate can be used.

この圧電素子22の上面には、この上面を6つの長方形の領域にほぼ等しく分割、すなわち、X軸方向に2分割、Y軸方向に3分割し、分割されたY軸方向の両端の4つの領域に、それぞれ、長方形状をなす電極21a、21b、21cおよび21dが設置されている。そして、圧電素子22の上面のY軸方向の中央部の2つの領域に跨って、電極21a、21b、21cおよび21dの約2倍の長さの長方形状をなす電極21eが設置されている。なお、各電極21a、21b、21c、21dおよび21eは、互いに離間している。   On the upper surface of the piezoelectric element 22, the upper surface is substantially divided into six rectangular regions, that is, divided into two parts in the X-axis direction and three parts in the Y-axis direction. In the region, electrodes 21a, 21b, 21c and 21d each having a rectangular shape are installed. An electrode 21e having a rectangular shape that is about twice as long as the electrodes 21a, 21b, 21c, and 21d is installed across the two regions in the center of the upper surface of the piezoelectric element 22 in the Y-axis direction. The electrodes 21a, 21b, 21c, 21d and 21e are separated from each other.

同様に、圧電素子24の下面には、この下面を6つの長方形の領域にほぼ等しく分割、すなわち、X軸方向に2分割、Y軸方向に3分割し、分割されたY軸方向の両端の4つの領域に、それぞれ、長方形状をなす電極25a、25b、25cおよび25dが設置されている。そして、圧電素子24の下面のY軸方向の中央部の2つの領域に跨って、電極25a、25b、25cおよび25dの約2倍の長さの長方形状をなす電極25eが設置されている。なお、各電極25a、25b、25c、25dおよび25eは、互いに離間している。   Similarly, on the lower surface of the piezoelectric element 24, the lower surface is substantially equally divided into six rectangular areas, that is, divided into two parts in the X-axis direction and three parts in the Y-axis direction. In four regions, rectangular electrodes 25a, 25b, 25c and 25d are provided, respectively. An electrode 25e having a rectangular shape about twice as long as the electrodes 25a, 25b, 25c, and 25d is provided across the two regions in the center of the lower surface of the piezoelectric element 24 in the Y-axis direction. The electrodes 25a, 25b, 25c, 25d and 25e are separated from each other.

また、電極21a、21b、21c、21dおよび21eは、後述する縦振動の振動方向と異なる方向に延びる所定の第1の直線91に対して線対称に配置され、また、縦振動の振動方向に延びる所定の第2の直線92に対して線対称に配置されている。同様に、電極25a、25b、25c、25dおよび25eは、後述する縦振動の振動方向と異なる方向に延びる所定の第1の直線91に対して線対称に配置され、また、縦振動の振動方向に延びる所定の第2の直線92に対して線対称に配置されている。   The electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, and 21e are arranged in line symmetry with respect to a predetermined first straight line 91 that extends in a direction different from the vibration direction of longitudinal vibration described later, and in the vibration direction of longitudinal vibration. They are arranged symmetrically with respect to a predetermined second straight line 92 that extends. Similarly, the electrodes 25a, 25b, 25c, 25d and 25e are arranged symmetrically with respect to a predetermined first straight line 91 extending in a direction different from the vibration direction of longitudinal vibration described later, and the vibration direction of the longitudinal vibration. Are arranged symmetrically with respect to a predetermined second straight line 92 extending in a straight line.

なお、本実施形態では、振動体2(振動板23)の縦振動の振動方向93は、X軸方向であり、縦振動の振動方向93に直交する方向は、Y軸方向である。また、振動体2の凸部26のローター5との当接部分における縦振動の振動方向94は、ローター5の回転中心50に向かう方向である。また、前記縦振動の振動方向93と異なる方向は、縦振動の振動方向93に直交する方向、すなわち、Y軸方向であり、第1の直線91は、Y軸方向に延びている。また、第1の直線91は、X軸方向(縦振動の振動方向93)における圧電素子22、24の中央部を通り、第2の直線92は、Y軸方向(縦振動の振動方向93に直交する方向)における圧電素子22、24の中央部を通る。   In this embodiment, the vibration direction 93 of the longitudinal vibration of the vibrating body 2 (the diaphragm 23) is the X-axis direction, and the direction orthogonal to the vibration direction 93 of the longitudinal vibration is the Y-axis direction. Further, the vibration direction 94 of longitudinal vibration at the contact portion of the convex portion 26 of the vibrating body 2 with the rotor 5 is a direction toward the rotation center 50 of the rotor 5. Further, the direction different from the vibration direction 93 of the longitudinal vibration is a direction orthogonal to the vibration direction 93 of the longitudinal vibration, that is, the Y-axis direction, and the first straight line 91 extends in the Y-axis direction. The first straight line 91 passes through the center of the piezoelectric elements 22 and 24 in the X-axis direction (longitudinal vibration direction 93), and the second straight line 92 extends in the Y-axis direction (longitudinal vibration direction 93). It passes through the central part of the piezoelectric elements 22 and 24 in the direction orthogonal to each other.

また、電極21aと電極25a、電極21bと電極25b、電極21cと電極25c、電極21dと電極25d、および、電極21eと電極25eが、それぞれ、振動体2の厚さ方向に対向して配置されている。また、図3に示すように、電極21aとその裏側に位置する電極25a、電極21bとその裏側に位置する電極25b、電極21cとその裏側に位置する電極25c、電極21dとその裏側に位置する電極25d、電極21eとその裏側に位置する電極25eは、それぞれ、電気的に接続されている。   In addition, the electrode 21a and the electrode 25a, the electrode 21b and the electrode 25b, the electrode 21c and the electrode 25c, the electrode 21d and the electrode 25d, and the electrode 21e and the electrode 25e are arranged to face each other in the thickness direction of the vibrating body 2. ing. Further, as shown in FIG. 3, the electrode 21a and the electrode 25a located on the back side, the electrode 21b and the electrode 25b located on the back side, the electrode 21c and the electrode 25c located on the back side, the electrode 21d and the back side are located. The electrode 25d, the electrode 21e, and the electrode 25e located on the back side thereof are electrically connected to each other.

振動板23は、振動体2全体を補強する機能を有しており、振動体2が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。振動板23の構成材料としては、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。   The diaphragm 23 has a function of reinforcing the entire vibrating body 2 and prevents the vibrating body 2 from being damaged by over-amplitude, external force, or the like. The constituent material of the diaphragm 23 is not particularly limited, but is preferably various metal materials such as stainless steel, aluminum or aluminum alloy, titanium or titanium alloy, copper or copper-based alloy.

この振動板23は、圧電素子22および24よりも厚さが薄い(小さい)ものであることが好ましい。これにより、振動体2を高い効率で振動させることができる。   The diaphragm 23 is preferably thinner (smaller) than the piezoelectric elements 22 and 24. Thereby, the vibrating body 2 can be vibrated with high efficiency.

また、振動板23は、接地(グランド電位に接続)されており、圧電素子22および24に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、圧電素子22には、電極21a、21b、21c、21dおよび21eのうちの所定の電極と、振動板23とによって電圧が印加され、圧電素子24には、電極25a、25b、25c、25dおよび25eのうちの所定の電極と、振動板23とによって電圧が印加される。   The diaphragm 23 is grounded (connected to the ground potential), and also has a function as a common electrode for the piezoelectric elements 22 and 24. That is, a voltage is applied to the piezoelectric element 22 by a predetermined electrode among the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d and 21e and the diaphragm 23, and the electrodes 25a, 25b, 25c and 25d are applied to the piezoelectric element 24. And a voltage is applied by the predetermined electrode of 25e and the diaphragm 23.

なお、振動板23を圧電素子22および24に対する共通電極として用いずに、例えば、振動板23と圧電素子22との間および振動板23と圧電素子24との間に、それぞれ圧電素子22および圧電素子24に対する共通電極をさらに設けてもよい。   In addition, without using the diaphragm 23 as a common electrode for the piezoelectric elements 22 and 24, for example, between the diaphragm 23 and the piezoelectric element 22 and between the diaphragm 23 and the piezoelectric element 24, the piezoelectric element 22 and the piezoelectric element, respectively. A common electrode for the element 24 may be further provided.

また、振動板23の長手方向の一端部(ローター5側の端部)には、凸部26が一体的に形成されている。換言すれば、圧電素子22、24は、それぞれ、凸部26のローター5と反対側に設けられている。   Further, a convex portion 26 is integrally formed at one end portion (end portion on the rotor 5 side) in the longitudinal direction of the diaphragm 23. In other words, each of the piezoelectric elements 22 and 24 is provided on the opposite side of the convex portion 26 from the rotor 5.

凸部26は、振動体2(振動板23)の幅方向(Y軸方向)の中央部に位置しており、その先端が平面視で半円状をなしている。なお、凸部26の形状や位置は、これに限定されないことは、言うまでもない。   The convex part 26 is located in the center part of the vibrating body 2 (diaphragm 23) in the width direction (Y-axis direction), and its tip has a semicircular shape in plan view. Needless to say, the shape and position of the convex portion 26 are not limited to this.

この凸部26は、振動体2が振動することによりローター5に当接したり、ローター5から離間したりする。   The convex portion 26 abuts on the rotor 5 or moves away from the rotor 5 when the vibrating body 2 vibrates.

また、振動板23の幅方向の両端部には、それぞれ、振動体2を振動可能に、振動板23を保持部3に連結する連結部27、28が一体的に形成されている。各連結部27、28は、振動板23の図1中右側と左側とに、互いに線対称となるように配置されている。   Further, at both ends in the width direction of the diaphragm 23, connecting portions 27 and 28 for connecting the diaphragm 23 to the holding portion 3 are integrally formed so as to vibrate the vibrating body 2. The connecting portions 27 and 28 are arranged to be symmetrical with each other on the right side and the left side of the diaphragm 23 in FIG.

連結部27は、長方形状をなし、後述する保持部3に取り付けられる取り付け部273と、取り付け部273の長手方向の両端部に形成され、振動体2を振動可能に、振動板23を取り付け部273に連結し、支持する支持部271、272とを有している。同様に、連結部28は、長方形状をなし、保持部3に取り付けられる取り付け部283と、取り付け部283の長手方向の両端部に形成され、振動体2を振動可能に、振動板23を取り付け部283に連結し、支持する支持部281、282とを有している。なお、支持部271、272、281および282は、振動体2(振動板23)の後述する屈曲振動の節の位置に配置されている。   The connecting portion 27 has a rectangular shape, and is formed at an attachment portion 273 attached to the holding portion 3 to be described later, and both ends in the longitudinal direction of the attachment portion 273 so that the vibrating body 2 can vibrate, and the attachment portion of the diaphragm 23 is attached. And support portions 271 and 272 that are connected to and support the H.273. Similarly, the connecting portion 28 has a rectangular shape, and is formed at an attachment portion 283 attached to the holding portion 3 and both ends in the longitudinal direction of the attachment portion 283, and attaches the diaphragm 23 so that the vibrating body 2 can vibrate. Support portions 281 and 282 are connected to and supported by the portion 283. The support portions 271, 272, 281, and 282 are disposed at the positions of the bending vibration nodes (to be described later) of the vibrating body 2 (the diaphragm 23).

――保持部3――
保持部3は、振動体2の振動を阻害しないように構成され、振動体2を振動可能に保持している。この保持部3は、互いに離間するように配置された1対の支柱31、32と、支柱31の上側の端部と支柱32の下側の端部とを連結する連結部33とを有している。支柱32は、支柱31よりも基台4から離間する側に配置されており、その支柱32の下側の端部は、支柱31から離間する方向に突出している。
-Holding part 3-
The holding unit 3 is configured so as not to hinder the vibration of the vibrating body 2 and holds the vibrating body 2 so as to be able to vibrate. The holding portion 3 includes a pair of support columns 31 and 32 arranged so as to be separated from each other, and a connecting portion 33 that connects an upper end portion of the support column 31 and a lower end portion of the support column 32. ing. The support column 32 is arranged on the side farther from the base 4 than the support column 31, and the lower end of the support column 32 protrudes in a direction away from the support column 31.

振動体2は、支柱31と支柱32との間に配置され、図1中左側の連結部27の取り付け部273が、支持部271、272に対応する位置において、ネジ115、117により支柱31に固定され、図1中右側の連結部28の取り付け部283が、支持部281、282に対応する位置において、ネジ116、118により支柱31に固定されている。   The vibrating body 2 is disposed between the support column 31 and the support column 32, and the mounting portion 273 of the connecting portion 27 on the left side in FIG. 1 is attached to the support column 31 by screws 115 and 117 at positions corresponding to the support portions 271 and 272. The attachment portion 283 of the connecting portion 28 on the right side in FIG. 1 is fixed to the column 31 with screws 116 and 118 at positions corresponding to the support portions 281 and 282.

保持部3の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種金属材料、各種セラミック材料等を用いることができる。   The constituent material of the holding unit 3 is not particularly limited, and for example, various metal materials, various ceramic materials, and the like can be used.

――基台4――
基台4は、振動体2を保持した保持部3を1対の板バネ71、72を介して支持し、支持体6に固定されている。基台4の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、横断面の形状が略四角形である棒状、すなわち、一方向に長い略直方体をなしている。
-Base 4-
The base 4 supports the holding unit 3 holding the vibrating body 2 via a pair of leaf springs 71 and 72 and is fixed to the support 6. The shape of the base 4 is not particularly limited, but in the present embodiment, the shape of the cross section is a rod having a substantially rectangular shape, that is, a substantially rectangular parallelepiped that is long in one direction.

――板バネ71、72――
1対の板バネ71、72は、互いに離間しており、保持部3の全体を挟んだ状態で、その保持部3と基台4とを連結している。この場合、板バネ71の一方(図1中左側)の端部が、基台4の上側の端部にネジ111で固定され、板バネ71の他方(図1中右側)の端部が、保持部3の支柱31の上側の端部にネジ112で固定されている。同様に、板バネ72の一方(図1中左側)の端部が、基台4の下側の端部にネジ113で固定され、板バネ72の他方(図1中右側)の端部が、保持部3の支柱32の下側の端部にネジ114で固定されている。
-Leaf springs 71, 72-
The pair of leaf springs 71 and 72 are separated from each other, and connect the holding unit 3 and the base 4 with the entire holding unit 3 sandwiched therebetween. In this case, one end (left side in FIG. 1) of the leaf spring 71 is fixed to the upper end of the base 4 with a screw 111, and the other end (right side in FIG. 1) of the leaf spring 71 is The upper end of the support 31 of the holding unit 3 is fixed with screws 112. Similarly, one end (left side in FIG. 1) of the leaf spring 72 is fixed to the lower end of the base 4 with a screw 113, and the other end (right side in FIG. 1) of the leaf spring 72 is fixed. The lower end of the support column 32 of the holding unit 3 is fixed with a screw 114.

そして、板バネ71、72は、それぞれ、弾性変形し、振動体2を保持している保持部3をローター5に向けて付勢している。すなわち、板バネ71、72は、それぞれ、保持部3を介して振動体2の凸部26をローター5に向けて付勢している。これにより、振動体2によるローター5への動力伝達を効率良く行うことができる。   The leaf springs 71 and 72 are elastically deformed and urge the holding portion 3 holding the vibrating body 2 toward the rotor 5. That is, the leaf springs 71 and 72 urge the convex portion 26 of the vibrating body 2 toward the rotor 5 via the holding portion 3. Thereby, the power transmission to the rotor 5 by the vibrating body 2 can be performed efficiently.

また、板バネ71、72の形状は、それぞれ特に限定されないが、本実施形態では、S字状をなしている。   Further, the shape of the leaf springs 71 and 72 is not particularly limited, but in the present embodiment, it has an S shape.

――ローター5――
このような構成の振動部10のX軸方向前方には、ローター5が配置されている。
--Rotor 5--
The rotor 5 is disposed in front of the vibration unit 10 having such a configuration in the X-axis direction.

ローター5は、支持体6に立設された棒状の軸部51を回転中心として、正方向(時計回り)およびその逆方向である負方向(反時計回り)に回転可能に保持されている。   The rotor 5 is held so as to be rotatable in the forward direction (clockwise) and in the negative direction (counterclockwise) that is the opposite direction, with a rod-shaped shaft portion 51 erected on the support 6 as a rotation center.

そして、このようなローター5の外周面52に、振動体2が振動することによって、凸部26が繰り返し当接する。
以上、圧電アクチュエーター1の基本的な構成について説明した。
And the convex part 26 contact | abuts repeatedly on the outer peripheral surface 52 of such a rotor 5 because the vibrating body 2 vibrates.
The basic configuration of the piezoelectric actuator 1 has been described above.

――駆動――
次に、圧電アクチュエーター1の動作について説明する。
--Drive--
Next, the operation of the piezoelectric actuator 1 will be described.

圧電アクチュエーター1は、その駆動モードとして、圧電アクチュエーター1を駆動するが、振動体2の振動ではローター5を回転させない第1の駆動モード(教示モード)と、圧電アクチュエーター1を駆動してローター5を回転させる第2の駆動モード(通常駆動モード)とを有している。   The piezoelectric actuator 1 drives the piezoelectric actuator 1 as its driving mode, but the first driving mode (teaching mode) in which the rotor 5 is not rotated by the vibration of the vibrating body 2 and the piezoelectric actuator 1 is driven to drive the rotor 5. A second driving mode (normal driving mode) for rotation.

圧電アクチュエーター1は、第1の駆動モードでは、振動体2の所定の電極に所定の信号、すなわち一定周期で正電圧を印加(通電)することで、凸部26がX軸方向に沿って往復するように振動体2(振動板23)を振動(縦振動)させる。なお、以下では、この振動を縦振動と言う。   In the first driving mode, the piezoelectric actuator 1 applies a predetermined signal to the predetermined electrode of the vibrating body 2, that is, applies a positive voltage at a constant period (energization), whereby the convex portion 26 reciprocates along the X-axis direction. Thus, the vibrating body 2 (the diaphragm 23) is vibrated (longitudinal vibration). Hereinafter, this vibration is referred to as longitudinal vibration.

第1の駆動モードでは、電極21a、21b、21c、21dおよび21eのうちの一部の電極(以下、縦振動用電極と言う)と、電極25a、25b、25c、25dおよび25eのうちの一部の電極(以下、縦振動用電極と言う)とに通電する。電極21a、21b、21c、21d、21e、25a、25b、25c、25dおよび25eのすべてに通電しても振動体2は縦振動をするが、縦振動用電極のみに通電することにより、前記すべての電極に通電する場合に比べて、振動体2の共振時の圧電素子22、24のインピーダンスを高くすることができ、これにより、振動を安定させることができ、また、消費電力を低減することができる。   In the first drive mode, some of the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d and 21e (hereinafter referred to as longitudinal vibration electrodes) and one of the electrodes 25a, 25b, 25c, 25d and 25e. Part of the electrode (hereinafter referred to as the longitudinal vibration electrode) is energized. The vibrator 2 vibrates longitudinally even when all of the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 25a, 25b, 25c, 25d, and 25e are energized. However, when all the electrodes are energized, The impedance of the piezoelectric elements 22 and 24 at the time of resonance of the vibrating body 2 can be increased as compared with the case where current is supplied to the electrodes of the vibrating body 2, thereby stabilizing vibration and reducing power consumption. Can do.

以下、縦振動用電極について、さらに説明するが、電極21a、21b、21c、21dおよび21eの縦振動用電極の配置と、電極25a、25b、25c、25dおよび25eの縦振動用電極の配置とは、同様であるので、以下では、代表的に、電極21a、21b、21c、21dおよび21eにおける縦振動用電極について説明する。   Hereinafter, the longitudinal vibration electrode will be further described. The arrangement of the longitudinal vibration electrodes of the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d and 21e and the arrangement of the longitudinal vibration electrodes of the electrodes 25a, 25b, 25c, 25d and 25e are as follows. Since these are the same, hereinafter, the electrodes for longitudinal vibration in the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, and 21e will be described as representative examples.

まず、縦振動用電極には、Y軸方向において隣り合わずに並んでいる第1電極と第2電極とが含まれており、本実実施形態では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第2電極)21dとで構成されている。この場合、Y軸方向において、電極21aと電極21dとの間に、第3電極として、電極21eが配置される。また、本実施形態では、電極21eは、縦振動用電極ではない。なお、電極25a、25b、25c、25dおよび25eについては、縦振動用電極は、電極(第1電極)25aと電極(第2電極)25dとで構成され、電極25eが第3電極である。また、電極25eは、縦振動用電極ではない。   First, the longitudinal vibration electrode includes a first electrode and a second electrode that are arranged adjacent to each other in the Y-axis direction. In the present embodiment, the longitudinal vibration electrode is an electrode (first electrode). Electrode) 21a and electrode (second electrode) 21d. In this case, the electrode 21e is disposed as the third electrode between the electrode 21a and the electrode 21d in the Y-axis direction. In the present embodiment, the electrode 21e is not a longitudinal vibration electrode. As for the electrodes 25a, 25b, 25c, 25d and 25e, the longitudinal vibration electrode is composed of an electrode (first electrode) 25a and an electrode (second electrode) 25d, and the electrode 25e is the third electrode. The electrode 25e is not a longitudinal vibration electrode.

また、縦振動用電極は、第1の直線91に対して非対称に設けられている。そして、電極21a、21dは、第1の直線91よりも凸部26側に配置されている。   The longitudinal vibration electrode is provided asymmetrically with respect to the first straight line 91. The electrodes 21 a and 21 d are arranged on the convex portion 26 side with respect to the first straight line 91.

また、縦振動用電極、すなわち、電極21aと電極21dとは、第2の直線92に対して線対称に配置されている。本実施形態では、電極21aと電極21dとは、第2の直線92を中心にして、圧電素子24の図中の左側の端部と右側の端部に配置されている。   Further, the longitudinal vibration electrodes, that is, the electrode 21 a and the electrode 21 d are arranged symmetrically with respect to the second straight line 92. In the present embodiment, the electrode 21a and the electrode 21d are arranged at the left end portion and the right end portion in the drawing of the piezoelectric element 24 with the second straight line 92 as the center.

このように縦振動用電極として電極21a、21dを用いることにより、縦振動用電極として電極21eを用いる場合に比べて、振動体2からローター5に加わる力のY軸方向のバランスが安定し、これにより、振動を安定させることができる。   By using the electrodes 21a and 21d as the longitudinal vibration electrodes in this way, the balance in the Y-axis direction of the force applied from the vibrating body 2 to the rotor 5 is stabilized as compared with the case where the electrode 21e is used as the longitudinal vibration electrode. Thereby, vibration can be stabilized.

また、電極21a、21dは、第1の直線91よりも凸部26側(ローター5側)に配置されているので、消費電力を低減しつつ、縦振動を大きくすることができる。   In addition, since the electrodes 21a and 21d are arranged on the convex portion 26 side (the rotor 5 side) with respect to the first straight line 91, it is possible to increase the longitudinal vibration while reducing the power consumption.

そして、この第1の駆動モードでは、振動体2(振動板23)が縦振動をするので、圧電アクチュエーター1を駆動させずに非駆動状態とした場合(停止させた場合)に比べて振動体2の凸部26がローター5に作用する保持力を格段に減少させることができる。これにより、圧電アクチュエーター1以外の外部の力でローター5を回転させようとしたとき、ローター5を容易かつ確実に回転させることができる。   In this first drive mode, the vibrating body 2 (the vibration plate 23) vibrates longitudinally, so that the vibrating body is compared with a case where the piezoelectric actuator 1 is not driven and is not driven (stopped). The holding force which the 2 convex part 26 acts on the rotor 5 can be reduced significantly. Thereby, when it is going to rotate the rotor 5 with external force other than the piezoelectric actuator 1, the rotor 5 can be rotated easily and reliably.

例えば、圧電アクチュエーター1をロボットの関節の駆動源に適用した場合を例に挙げて説明すると、第1の駆動モードは、第2の駆動モードで圧電アクチュエーター1を駆動してローター5を回転させることでロボットが所定の作業を行う際に、例えば、操作者により、予めロボットの関節を手動で曲げたり、伸ばしたりして位置合わせをする作業(以下では、この作業を教示または教示作業と言う)等に用いられる。教示作業により位置合わせされた位置は、例えば、座標等の位置情報として図示しない制御装置の記憶部に記憶される。   For example, a case where the piezoelectric actuator 1 is applied to a joint drive source of a robot will be described as an example. In the first drive mode, the piezoelectric actuator 1 is driven in the second drive mode to rotate the rotor 5. When the robot performs a predetermined work, for example, the operator manually aligns the robot joints in advance by bending or extending the joints in advance (hereinafter, this work is referred to as teaching or teaching work). Used for etc. The position aligned by the teaching work is stored in a storage unit of a control device (not shown) as position information such as coordinates, for example.

また、圧電アクチュエーター1は、第2の駆動モードでは、振動体2の所定の電極に所定の信号、すなわち一定周期で正電圧を印加(通電)することで、振動体2(振動板23)を前記縦振動と異なるように振動させる。本実施形態では、凸部26が楕円軌道を描くように振動体2(振動板23)を振動(屈曲振動)させ、この振動によってローター5を回転する。なお、以下では、この振動を屈曲振動と言う。   Further, in the second drive mode, the piezoelectric actuator 1 applies a predetermined signal to the predetermined electrode of the vibrating body 2, that is, applies a positive voltage at a constant period (energization), thereby causing the vibrating body 2 (the diaphragm 23) to be applied. Vibrate differently from the longitudinal vibration. In the present embodiment, the vibrating body 2 (diaphragm 23) is vibrated (bending vibration) so that the convex portion 26 has an elliptical orbit, and the rotor 5 is rotated by this vibration. Hereinafter, this vibration is referred to as bending vibration.

第2の駆動モードでは、電極21a、21b、21c、21d、21e、25a、25b、25c、25dおよび25eのうちの一部の電極、本実施形態では、電極21a、21c、21e、25a、25cおよび25e、または、電極21b、21d、21e、25b、25dおよび25eに通電する。   In the second drive mode, some of the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 25a, 25b, 25c, 25d, and 25e, in this embodiment, the electrodes 21a, 21c, 21e, 25a, and 25c. And 25e, or the electrodes 21b, 21d, 21e, 25b, 25d and 25e.

以下、第1の駆動モードでは、凸部26がX軸方向に沿って往復し、第2の駆動モードでは、凸部26が楕円軌道を描く理由を説明する。   Hereinafter, the reason why the convex portion 26 reciprocates along the X-axis direction in the first drive mode and the convex portion 26 draws an elliptical orbit in the second drive mode will be described.

――凸部26の動き――
圧電素子22および24は、前述したように、正電圧の印加と解除とを繰り返す(一定の周期で正電荷が印加される)ことで、その長手方向に伸長する動作と元の形状に戻る動作(伸張している状態から収縮する動作)とを繰り返す。
-Movement of convex part-
As described above, the piezoelectric elements 22 and 24 repeat the application and release of a positive voltage (a positive charge is applied at a constant period) so that the piezoelectric elements 22 and 24 extend in the longitudinal direction and return to the original shape. (The operation of contracting from the stretched state) is repeated.

第1の駆動モードでは、電極21a、21d、25aおよび25dに一定周期で通電し、これら電極21a、21d、25aおよび25dと、振動板23との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子22の電極21aおよび21dに対応する部分と、圧電素子24の電極25aおよび25dに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。   In the first drive mode, when the electrodes 21a, 21d, 25a, and 25d are energized at a constant cycle, and a positive voltage is applied between the electrodes 21a, 21d, 25a, and 25d and the diaphragm 23 at a constant cycle. The portions corresponding to the electrodes 21a and 21d of the piezoelectric element 22 and the portions corresponding to the electrodes 25a and 25d of the piezoelectric element 24 repeat contraction and expansion.

これに対して、電極21b、21d、21e、25b、25dおよび25eは通電されていないため、圧電素子22の電極21b、21dおよび21eに対応する部分と、圧電素子24の電極25b、25dおよび25eに対応する部分とは、収縮したり伸長したりはしない。   On the other hand, since the electrodes 21b, 21d, 21e, 25b, 25d and 25e are not energized, the portions corresponding to the electrodes 21b, 21d and 21e of the piezoelectric element 22 and the electrodes 25b, 25d and 25e of the piezoelectric element 24 It does not shrink or stretch with the part corresponding to.

これのような伸長および収縮に伴って、振動体2全体は、XY平面内で、X軸方向に沿って図5に示すような縦振動(伸縮振動)をする。   Along with such expansion and contraction, the entire vibrating body 2 performs longitudinal vibration (stretching vibration) as shown in FIG. 5 along the X-axis direction in the XY plane.

また、電圧を印加する周波数を変化させていくと、ある特定の周波数となったときに伸縮量が急に大きくなり、一種の共振現象が発生する。縦振動で共振が発生する周波数(共振周波数)は、振動体2の物性と、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)等の諸条件によって決定される。   Further, when the frequency at which the voltage is applied is changed, the amount of expansion / contraction suddenly increases when a certain frequency is reached, and a kind of resonance phenomenon occurs. The frequency (resonance frequency) at which resonance occurs due to longitudinal vibration is determined by various conditions such as the physical properties of the vibrating body 2 and the dimensions (width W, length L, thickness T) of the vibrating body 2.

また、第2の駆動モードでは、電極21a、21c、21e、25a、25cおよび25eに一定周期で通電し、これら電極21a、21c、21e、25a、25cおよび25eと、振動板23との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子22の電極21a、21cおよび21eに対応する部分と、圧電素子24の電極25a、25cおよび25eに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。   In the second drive mode, the electrodes 21 a, 21 c, 21 e, 25 a, 25 c and 25 e are energized at a constant cycle, and between these electrodes 21 a, 21 c, 21 e, 25 a, 25 c and 25 e and the diaphragm 23. When a positive voltage is applied at a constant period, the portions corresponding to the electrodes 21a, 21c and 21e of the piezoelectric element 22 and the portions corresponding to the electrodes 25a, 25c and 25e of the piezoelectric element 24 repeat contraction and expansion.

これに対して、電極21b、21d、25bおよび25dは通電されていないため、圧電素子22の電極21bおよび21dに対応する部分と、圧電素子24の電極25bおよび25dに対応する部分とは、収縮したり伸長したりはしない。   In contrast, since the electrodes 21b, 21d, 25b and 25d are not energized, the portion corresponding to the electrodes 21b and 21d of the piezoelectric element 22 and the portion corresponding to the electrodes 25b and 25d of the piezoelectric element 24 are contracted. Do not stretch or stretch.

このような伸長および収縮に伴って、振動体2全体は、XY平面内で、図6に示すような屈曲振動をする。すなわち、圧電素子22の電極21aおよび21cに対応する部分の伸縮による屈曲振動と、圧電素子24の電極25aおよび25cに対応する部分の伸縮による屈曲振動と、圧電素子22の電極21eに対応する部分の伸縮による縦振動と、圧電素子24の電極25eに対応する部分の伸縮による縦振動とが合成され、振動体2全体として図6に示すような屈曲振動をする。   Along with such extension and contraction, the entire vibrator 2 undergoes bending vibration as shown in FIG. 6 in the XY plane. That is, the bending vibration due to the expansion / contraction of the portion corresponding to the electrodes 21a and 21c of the piezoelectric element 22, the bending vibration due to the expansion / contraction of the portion corresponding to the electrodes 25a and 25c of the piezoelectric element 24, and the portion corresponding to the electrode 21e of the piezoelectric element 22 6 is combined with the vertical vibration due to the expansion and contraction of the portion corresponding to the electrode 25e of the piezoelectric element 24, and the vibration body 2 as a whole performs bending vibration as shown in FIG.

また、第2の駆動モードでは、電極21b、21d、21e、25b、25dおよび25eに一定周期で通電し、これら電極21b、21d、21e、25b、25dおよび25eと、振動板23との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子22の電極21b、21dおよび21eに対応する部分と、圧電素子24の電極25b、25dおよび25eに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。   In the second drive mode, the electrodes 21b, 21d, 21e, 25b, 25d, and 25e are energized at a constant period, and between these electrodes 21b, 21d, 21e, 25b, 25d, and 25e and the diaphragm 23, When a positive voltage is applied at a constant period, the portions corresponding to the electrodes 21b, 21d and 21e of the piezoelectric element 22 and the portions corresponding to the electrodes 25b, 25d and 25e of the piezoelectric element 24 repeat contraction and expansion.

これに対して、電極21a、21c、25aおよび25cは通電されていないため、圧電素子22の電極21aおよび21cに対応する部分と、圧電素子24の電極25aおよび25cに対応する部分とは、収縮したり伸長したりはしない。   On the other hand, since the electrodes 21a, 21c, 25a and 25c are not energized, the portion corresponding to the electrodes 21a and 21c of the piezoelectric element 22 and the portion corresponding to the electrodes 25a and 25c of the piezoelectric element 24 are contracted. Do not stretch or stretch.

このような伸長および収縮に伴って、振動体2全体は、XY平面内で、図7に示すような屈曲振動をする。すなわち、圧電素子22の電極21bおよび21dに対応する部分の伸縮による屈曲振動と、圧電素子24の電極25bおよび25dに対応する部分の伸縮による屈曲振動と、圧電素子22の電極21eに対応する部分の伸縮による縦振動と、圧電素子24の電極25eに対応する部分の伸縮による縦振動とが合成され、振動体2全体として図7に示すような屈曲振動をする。   Along with such expansion and contraction, the entire vibrator 2 undergoes bending vibration as shown in FIG. 7 in the XY plane. That is, the bending vibration due to the expansion / contraction of the portion corresponding to the electrodes 21b and 21d of the piezoelectric element 22, the bending vibration due to the expansion / contraction of the portion corresponding to the electrodes 25b and 25d of the piezoelectric element 24, and the portion corresponding to the electrode 21e of the piezoelectric element 22 The vertical vibration due to the expansion and contraction of the piezoelectric element 24 and the vertical vibration due to the expansion and contraction of the portion corresponding to the electrode 25e of the piezoelectric element 24 are combined, and the vibration body 2 as a whole performs bending vibration as shown in FIG.

なお、図6および図7に示す屈曲振動についても、振動体2の物性と、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)等の諸条件によって決まる共振周波数が存在する。   6 and 7 also have a resonance frequency determined by various properties such as the physical properties of the vibrating body 2 and the dimensions (width W, length L, thickness T) of the vibrating body 2.

上述したとおり、図5に示す縦振動の共振周波数も、図6または図7に示す屈曲振動の共振周波数も、振動体2の物性や、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)等によって決定される。したがって、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)を適切に選んでやれば共振周波数を一致または互いに接近させることができる。そして、そのような振動体2に対して、図6または図7に示すような屈曲振動の形態の電圧を共振周波数で印加すると、さらに縦振動も誘起される。   As described above, both the resonance frequency of the longitudinal vibration shown in FIG. 5 and the resonance frequency of the bending vibration shown in FIG. 6 or 7 are the physical properties of the vibrating body 2 and the dimensions (width W, length L, thickness of the vibrating body 2). S) and the like. Therefore, if the dimensions (width W, length L, thickness T) of the vibrating body 2 are appropriately selected, the resonance frequencies can be matched or brought close to each other. When a voltage in the form of bending vibration as shown in FIG. 6 or 7 is applied to such a vibrating body 2 at a resonance frequency, longitudinal vibration is further induced.

その結果、図6に示す態様で電圧を印加した場合には、振動体2は、図6に示すように、凸部26が矢印DL(図面上で時計回り)の楕円軌道(第1楕円軌道)を描くよう振動する。このような振動を第1振動モードという。   As a result, when a voltage is applied in the manner shown in FIG. 6, the vibrating body 2 has an elliptical orbit (first elliptical orbit) with the convex portion 26 having an arrow DL (clockwise in the drawing) as shown in FIG. ) Vibrate to draw. Such vibration is referred to as a first vibration mode.

一方、図7に示す態様で電圧を印加した場合には、振動体2は、図7に示すように、凸部26が矢印DR(図面上で反時計回り)の楕円軌道(第2楕円軌道)を描くよう振動する。このような振動を第2振動モードという。   On the other hand, when a voltage is applied in the mode shown in FIG. 7, the vibrating body 2 has an elliptical orbit (second elliptical orbit) in which the convex portion 26 has an arrow DR (counterclockwise in the drawing) as shown in FIG. ) Vibrate to draw. Such vibration is referred to as a second vibration mode.

なお、以上の説明では振動体2に正電圧を印加するものとして説明したが、圧電素子22および24は、負電圧を印加することによっても変形する。したがって、振動体2に負電圧を印加することによって屈曲振動(および伸縮振動)を発生させても良いし、正電圧と負電圧とを繰り返すような交番電圧を印加することによって屈曲振動(および伸縮振動)を発生させても良い。   Although the above description has been made assuming that a positive voltage is applied to the vibrating body 2, the piezoelectric elements 22 and 24 are also deformed by applying a negative voltage. Therefore, bending vibration (and expansion / contraction vibration) may be generated by applying a negative voltage to the vibrating body 2, or bending vibration (and expansion / contraction) by applying an alternating voltage that repeats a positive voltage and a negative voltage. (Vibration) may be generated.

また、上述した説明では、共振周波数の電圧を印加するものとして説明したが、共振周波数を含んだ波形の電圧を印加すれば十分であり、例えばパルス状の電圧であっても構わない。   In the above description, the voltage having the resonance frequency is applied. However, it is sufficient to apply a voltage having a waveform including the resonance frequency. For example, a pulse voltage may be used.

――ローター5の動き――
振動体2は、第2の駆動モードにおいて、このような第1振動モードまたは第2振動モードを利用して、ローター5を回転させる。
-Movement of rotor 5-
The vibrating body 2 rotates the rotor 5 using the first vibration mode or the second vibration mode in the second drive mode.

具体的には、図6に示すように、第1振動モードで振動体2を振動させると、振動体2は、凸部26が矢印DLの楕円軌道を描くよう振動するので、ローター5は、凸部26から受ける摩擦力によって図6中矢印SRで示すように反時計回りに回転する。   Specifically, as shown in FIG. 6, when the vibrating body 2 is vibrated in the first vibration mode, the vibrating body 2 vibrates so that the convex portion 26 draws an elliptical orbit indicated by an arrow DL. The frictional force received from the convex portion 26 rotates counterclockwise as indicated by an arrow SR in FIG.

一方、図7に示すように、第2振動モードで振動体2を振動させると、振動体2は、図7に示すように、凸部26が矢印DRの楕円軌道を描くよう振動するので、ローター5は、凸部26から受ける摩擦力によって図7中矢印SLで示すように時計回りに回転する。   On the other hand, as shown in FIG. 7, when the vibrating body 2 is vibrated in the second vibration mode, the vibrating body 2 vibrates so that the convex portion 26 draws an elliptical orbit indicated by the arrow DR as shown in FIG. The rotor 5 rotates clockwise as indicated by an arrow SL in FIG.

このようにしてローター5は、振動体2の振動によって時計回りまたは反時計回りに回転する。   In this way, the rotor 5 rotates clockwise or counterclockwise by the vibration of the vibrating body 2.

以上説明したように、この圧電アクチュエーター1によれば、第1の駆動モードにおいて、振動体2が縦振動をすることにより、ローター5を変位させずに、かつ、非駆動状態の場合に比べて振動体2の凸部26がローター5に作用する保持力を格段に減少させることができる。これによって、圧電アクチュエーター1以外の外部の力でローター5を回転させようとしたとき、ローター5を容易かつ確実に回転させることができる。これにより、例えば、圧電アクチュエーター1をロボットに適用し、そのロボットの関節の駆動源に用いた場合、ロボットに教示を行う際、振動体2を縦振動させることにより、外部の力で容易かつ確実にロボットの関節を曲げたり、伸ばしたりすることができ、これによって、容易かつ確実に前記教示を行うことができる。   As described above, according to the piezoelectric actuator 1, in the first driving mode, the vibrating body 2 vibrates in the longitudinal direction, so that the rotor 5 is not displaced and compared with the non-driving state. The holding force that the convex portion 26 of the vibrating body 2 acts on the rotor 5 can be significantly reduced. As a result, when the rotor 5 is to be rotated by an external force other than the piezoelectric actuator 1, the rotor 5 can be easily and reliably rotated. Thus, for example, when the piezoelectric actuator 1 is applied to a robot and used as a drive source for a joint of the robot, when the robot is taught, the vibrating body 2 is vibrated longitudinally so that it can be easily and reliably applied by an external force. In addition, the robot joint can be bent or extended, so that the teaching can be performed easily and reliably.

また、縦振動用電極として電極21a、21bを用いることにより、縦振動用電極として電極21eを用いる場合に比べて、振動体2からローター5に加わる力のY軸方向のバランスが安定し、これにより、振動を安定させることができる。   Also, by using the electrodes 21a and 21b as the longitudinal vibration electrodes, the balance in the Y-axis direction of the force applied from the vibrating body 2 to the rotor 5 is stabilized compared to the case where the electrode 21e is used as the longitudinal vibration electrode. Thus, vibration can be stabilized.

また、すべての電極に通電して振動体2を縦振動させる場合に比べて、振動体2の共振時の圧電素子22、24のインピーダンスを高くすることができ、これにより、振動を安定させることができ、また、消費電力を低減することができる。   In addition, the impedance of the piezoelectric elements 22 and 24 at the time of resonance of the vibrating body 2 can be increased compared with the case where the vibrating body 2 is longitudinally vibrated by energizing all the electrodes, thereby stabilizing the vibration. In addition, power consumption can be reduced.

<第2実施形態>
図8は、本発明の圧電アクチュエーターの第2実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
Second Embodiment
FIG. 8 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the second embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.

以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第1実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21dおよび21eにおける縦振動用電極について説明する。   Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted. Similarly to the first embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, and 21e will be described typically.

図8に示すように、第2実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第1電極)21bと、電極(第2電極)21cと、電極(第2電極)21dとで構成されている。
この第2実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 8, in the piezoelectric actuator 1 of the second embodiment, the longitudinal vibration electrodes are the electrode (first electrode) 21 a, the electrode (first electrode) 21 b, the electrode (second electrode) 21 c, It is comprised with the electrode (2nd electrode) 21d.
According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.

<第3実施形態>
図9は、本発明の圧電アクチュエーターの第3実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the third embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.

以下、第3実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第1実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21dおよび21eにおける縦振動用電極について説明する。   Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of the same matters will be omitted. Similarly to the first embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, and 21e will be described typically.

図9に示すように、第3実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第2電極)21dと、電極(第3電極)21eとで構成されている。電極21eは、Y軸方向において、電極21aと電極21dとの間に位置する部位を有している。すなわち、電極21eの凸部26側のほぼ半分が、Y軸方向において、電極21aと電極21dとの間に配置されている。
この第3実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 9, in the piezoelectric actuator 1 according to the third embodiment, the longitudinal vibration electrodes are an electrode (first electrode) 21a, an electrode (second electrode) 21d, and an electrode (third electrode) 21e. It is configured. The electrode 21e has a portion located between the electrode 21a and the electrode 21d in the Y-axis direction. That is, almost half of the electrode 21e on the convex portion 26 side is disposed between the electrode 21a and the electrode 21d in the Y-axis direction.
According to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.

<第4実施形態>
図10は、本発明の圧電アクチュエーターの第4実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Fourth embodiment>
FIG. 10 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the fourth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.

以下、第4実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第1実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21dおよび21eにおける縦振動用電極について説明する。   Hereinafter, the fourth embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted. Similarly to the first embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, and 21e will be described typically.

図10に示すように、第4実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21bと、電極(第2電極)21cと、電極(第3電極)21eとで構成されている。電極21eは、Y軸方向において、電極21aと電極21dとの間に位置する部位を有している。すなわち、電極21eの凸部26と反対側のほぼ半分が、Y軸方向において、電極21bと電極21cとの間に配置されている。
この第4実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 10, in the piezoelectric actuator 1 of the fourth embodiment, the longitudinal vibration electrodes are an electrode (first electrode) 21 b, an electrode (second electrode) 21 c, and an electrode (third electrode) 21 e. It is configured. The electrode 21e has a portion located between the electrode 21a and the electrode 21d in the Y-axis direction. That is, almost half of the electrode 21e opposite to the convex portion 26 is disposed between the electrode 21b and the electrode 21c in the Y-axis direction.
According to the fourth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.

<第5実施形態>
図11は、本発明の圧電アクチュエーターの第5実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 11 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the fifth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.

以下、第5実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第1実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21d、21fおよび21gにおける縦振動用電極について説明する。   Hereinafter, the fifth embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of similar matters will be omitted. Similarly to the first embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, 21f, and 21g will be described typically.

図11に示すように、第5実施形態の圧電アクチュエーター1では、圧電素子22に、6つの電極21a、21b、21c、21d、21fおよび21gが設けられ、圧電素子24に、6つの電極25a、25b、25c、25d、25fおよび25gが設けられている。電極21fおよび21gは、第1実施形態の電極21eを2つに等分割して設けたものである。同様に、電極25fおよび25gは、第1実施形態の電極25eを2つに等分割して設けたものである。したがって、第2の駆動モードでは、電極21eへの通電に代えて、電極21fおよび21gに通電する。   As shown in FIG. 11, in the piezoelectric actuator 1 of the fifth embodiment, the piezoelectric element 22 is provided with six electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, 21f and 21g, and the piezoelectric element 24 is provided with six electrodes 25a, 25b, 25c, 25d, 25f and 25g are provided. The electrodes 21f and 21g are provided by equally dividing the electrode 21e of the first embodiment into two. Similarly, the electrodes 25f and 25g are provided by equally dividing the electrode 25e of the first embodiment into two. Therefore, in the second drive mode, the electrodes 21f and 21g are energized instead of energizing the electrode 21e.

また、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第2電極)21dと、電極(第3電極)21fとで構成されている。電極21fは、Y軸方向において、その全体が電極21aと電極21dとの間に配置されている。
この第5実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
The longitudinal vibration electrode is composed of an electrode (first electrode) 21a, an electrode (second electrode) 21d, and an electrode (third electrode) 21f. The entire electrode 21f is disposed between the electrode 21a and the electrode 21d in the Y-axis direction.
According to the fifth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.

<第6実施形態>
図12は、本発明の圧電アクチュエーターの第6実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Sixth Embodiment>
FIG. 12 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the sixth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.

以下、第6実施形態について、前述した第5実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第5実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21d、21fおよび21gにおける縦振動用電極について説明する。   Hereinafter, the sixth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described fifth embodiment, and description of similar matters will be omitted. Similarly to the fifth embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, 21f, and 21g will be described typically.

図12に示すように、第6実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第1電極)21bと、電極(第2電極)21cと、電極(第2電極)21dと、電極(第3電極)21fとで構成されている。電極21fは、Y軸方向において、その全体が電極21aと電極21dとの間に配置されている。
この第5実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 12, in the piezoelectric actuator 1 of the sixth embodiment, the longitudinal vibration electrodes are an electrode (first electrode) 21a, an electrode (first electrode) 21b, an electrode (second electrode) 21c, It consists of an electrode (second electrode) 21d and an electrode (third electrode) 21f. The entire electrode 21f is disposed between the electrode 21a and the electrode 21d in the Y-axis direction.
According to the fifth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.

<第7実施形態>
図13は、本発明の圧電アクチュエーターの第7実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Seventh embodiment>
FIG. 13 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the seventh embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.

以下、第7実施形態について、前述した第5実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第5実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21d、21fおよび21gにおける縦振動用電極について説明する。   Hereinafter, the seventh embodiment will be described with a focus on differences from the above-described fifth embodiment, and description of similar matters will be omitted. Similarly to the fifth embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, 21f, and 21g will be described typically.

図13に示すように、第7実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第2電極)21dと、電極(第3電極)21fと、電極21gとで構成されている。電極21fは、Y軸方向において、その全体が電極21aと電極21dとの間に配置されている。
この第7実施形態によれば、前述した第5実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 13, in the piezoelectric actuator 1 of the seventh embodiment, the longitudinal vibration electrodes are an electrode (first electrode) 21 a, an electrode (second electrode) 21 d, an electrode (third electrode) 21 f, It is comprised with the electrode 21g. The entire electrode 21f is disposed between the electrode 21a and the electrode 21d in the Y-axis direction.
According to the seventh embodiment, the same effect as that of the fifth embodiment described above can be obtained.

<第8実施形態>
図14は、本発明の圧電アクチュエーターの第8実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Eighth Embodiment>
FIG. 14 is a view of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the eighth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.

以下、第8実施形態について、前述した第5実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第5実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21d、21fおよび21gにおける縦振動用電極について説明する。   Hereinafter, the eighth embodiment will be described focusing on differences from the above-described fifth embodiment, and description of similar matters will be omitted. Similarly to the fifth embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, 21f, and 21g will be described typically.

図14に示すように、第8実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第1電極)21bと、電極(第2電極)21cと、電極(第2電極)21dと、電極(第3電極)21gとで構成されている。電極21gは、Y軸方向において、その全体が電極21bと電極21cとの間に配置されている。
この第8実施形態によれば、前述した第5実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 14, in the piezoelectric actuator 1 of the eighth embodiment, the longitudinal vibration electrodes are the electrode (first electrode) 21a, the electrode (first electrode) 21b, the electrode (second electrode) 21c, It consists of an electrode (second electrode) 21d and an electrode (third electrode) 21g. The entire electrode 21g is disposed between the electrode 21b and the electrode 21c in the Y-axis direction.
According to the eighth embodiment, the same effects as those of the fifth embodiment described above can be obtained.

<第9実施形態>
図15は、本発明の圧電アクチュエーターの第9実施形態を示す平面図である。
<Ninth Embodiment>
FIG. 15 is a plan view showing a ninth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.

以下、第9実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。   Hereinafter, the ninth embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.

図15に示すように、第2実施形態の圧電アクチュエーター1は、被駆動体として、ローター5に代えて、横断面形状が長手形状の被駆動体、すなわち、スライダー8を備えている。   As shown in FIG. 15, the piezoelectric actuator 1 of the second embodiment includes a driven body having a longitudinal cross-sectional shape, that is, a slider 8 instead of the rotor 5 as a driven body.

スライダー8は、横断面の形状が略四角形である棒状、すなわち、一方向に長い略直方体をなしており、その長手方向(軸方向)に移動可能(変位可能)に設置されている。圧電アクチュエーター1は、振動体2が振動することにより、スライダー8に動力(駆動力)を伝達して移動(駆動)させる装置である。スライダー8の振動体2の凸部26の当接部分の移動方向96と、振動体2の縦振動の振動方向93および振動体2の凸部26のスライダー8との当接部分における縦振動の振動方向94とが直交している。   The slider 8 has a rod shape with a substantially square cross section, that is, a substantially rectangular parallelepiped that is long in one direction, and is installed to be movable (displaceable) in the longitudinal direction (axial direction). The piezoelectric actuator 1 is a device that transmits (drives) power (driving force) to the slider 8 when the vibrating body 2 vibrates. The movement direction 96 of the contact portion of the protrusion 2 of the vibrating body 2 of the slider 8, the vibration direction 93 of the longitudinal vibration of the vibration body 2, and the longitudinal vibration at the contact portion of the protrusion 26 of the vibration body 2 with the slider 8. The vibration direction 94 is orthogonal.

このスライダー8には、2つのローラー80a、80bと、スライダー8の移動を規制する2つの凸部(移動規制手段)83a、83bが設けられている。   The slider 8 is provided with two rollers 80a and 80b and two convex portions (movement restricting means) 83a and 83b that restrict the movement of the slider 8.

2つのローラー80a、80b同士は、所定距離離間して、図15中左右方向に並設されている。そして、2つのローラー80a、80bは、それぞれ、スライダー8の一方(図15中上側)の面に、スライダー8と平行な姿勢で、正逆両方向に回転可能に中心に位置する軸81a、81bで支持されている。   The two rollers 80a and 80b are arranged in parallel in the left-right direction in FIG. The two rollers 80a and 80b are respectively arranged on one side (upper side in FIG. 15) of the slider 8 with shafts 81a and 81b positioned in the center in a posture parallel to the slider 8 and rotatable in both forward and reverse directions. It is supported.

また、ローラー80a、80bの周面(外周面)には、それぞれ、溝82a、82bが外周に沿って形成されている。そして、これらローラー80aの溝82a内およびローラー80bの溝82b内に、それぞれ、スライダー8が配設されている(位置している)。   Further, grooves 82a and 82b are formed along the outer periphery on the peripheral surfaces (outer peripheral surfaces) of the rollers 80a and 80b, respectively. The slider 8 is disposed (positioned) in the groove 82a of the roller 80a and the groove 82b of the roller 80b.

また、凸部83aは、8スライダーのローラー80aよりも図15中左側の端部に位置し、凸部83bは、スライダー8のローラー80bよりも図15中右側の端部に位置している。   Further, the convex portion 83a is positioned at the left end portion in FIG. 15 with respect to the eight slider roller 80a, and the convex portion 83b is positioned at the right end portion in FIG. 15 with respect to the roller 80b of the slider 8.

なお、凸部の位置や数は、これに限らず、例えば、2つのローラー80a、80bの間に配置してもよく、また、凸部の数は、1つであってもよい。また、ローラーの数もこれに限定されない。   In addition, the position and number of convex parts are not restricted to this, For example, you may arrange | position between the two rollers 80a and 80b, and the number of convex parts may be one. Further, the number of rollers is not limited to this.

この第9実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
また、第9実施形態は、前述した第2〜第8実施形態にも適用することができる。
According to the ninth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
The ninth embodiment can also be applied to the second to eighth embodiments described above.

以上、本発明の圧電アクチュエーターを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。   Although the piezoelectric actuator of the present invention has been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. be able to. In addition, any other component may be added to the present invention.

また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。   Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.

また、前記実施形態では、1つの圧電素子の一方の面(振動板と反対側の面)に設けられた電極の数は、5つまたは6つであるが、本発明では、これに限定されず、例えば、7つ以上でもよい。   In the embodiment, the number of electrodes provided on one surface (surface opposite to the diaphragm) of one piezoelectric element is five or six. However, the present invention is not limited to this. For example, seven or more may be sufficient.

また、前記実施形態では、付勢部として板バネを用いたが、本発明では、これに限定されず、例えば、コイルバネ等を用いてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the leaf | plate spring was used as an urging | biasing part, in this invention, it is not limited to this, For example, you may use a coil spring etc.

また、前記実施形態では、被駆動体として、ローターと、スライダーとを例に挙げて説明したが、本発明では、被駆動体は、これに限定されない。回転可能な被駆動体としては、その横断面の形状は、前記円形に限定されず、例えば、20角形等の多角形等が挙げられる。また、移動可能な被駆動体としては、その横断面の形状は、前記一方向に長い四角形に限定されず、例えば、湾曲した棒状等が挙げられる。また、被駆動体は、剛体であってもよく、また、可撓性を有していてもよい。   In the above embodiment, the rotor and the slider are exemplified as the driven body. However, the driven body is not limited to this in the present invention. As a rotatable driven body, the shape of the cross section is not limited to the circular shape, and examples thereof include a polygon such as a decagon. Moreover, as a movable to-be-driven body, the shape of the cross section is not limited to the rectangle long in the said one direction, For example, the curved rod shape etc. are mentioned. Further, the driven body may be a rigid body or may have flexibility.

また、本発明の圧電アクチュエーターの用途は、特に限定されず、本発明の圧電アクチュエーターは、例えば、各種ロボットの関節の駆動、ハンド等の各種のエンドエフェクターの駆動等、各種の装置の所定の部位の駆動に用いることができる。   Further, the use of the piezoelectric actuator of the present invention is not particularly limited, and the piezoelectric actuator of the present invention is a predetermined part of various devices such as driving of joints of various robots, driving of various end effectors such as hands. Can be used for driving.

1…圧電アクチュエーター
10…振動部
2…振動体
21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g…電極
22、24…圧電素子
23…振動板
25a、25b、25c、25d、25e、25f、25g…電極
26…凸部
27、28…連結部
271、272、281、282…支持部
273、283…取り付け部
3…保持部
31、32…支柱
33…連結部
4…基台
5…ローター
50…回転中心
51…軸部
52…外周面
6…支持体
71、72…板バネ
8…スライダー
80a、80b…ローラー
81a、81b…軸
82a、82b…溝
83a、83b…凸部
91、92…直線
93、94…振動方向
96…移動方向
111〜118…ネジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric actuator 10 ... Vibration part 2 ... Vibrating body 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, 21g ... Electrode 22, 24 ... Piezoelectric element 23 ... Diaphragm 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g ... Electrode 26 ... Convex part 27, 28 ... Connection part 271, 272, 281, 282 ... Support part 273, 283 ... Attachment part 3 ... Holding part 31, 32 ... Column 33 ... Connection part 4 ... Base 5 ... Rotor 50 ... Rotation center 51: Shaft portion 52 ... Outer peripheral surface 6 ... Supports 71, 72 ... Leaf spring 8 ... Slider 80a, 80b ... Roller 81a, 81b ... Shaft 82a, 82b ... Groove 83a, 83b ... Protruding portion 91, 92 ... Straight line 93 94 ... vibrating direction 96 ... moving direction 111-118 ... screw

Claims (13)

複数の電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子に信号を印加することによって、少なくとも縦振動をする振動板と、
前記振動板と当接する被駆動体と、を有し、
前記振動板を前記縦振動させる際、前記信号は、前記複数の電極のうちの少なくとも第1電極と第2電極とに印加され、
前記縦振動の振動方向と異なる方向において、前記第1電極と前記第2電極との間に第3電極が配置されることを特徴とする圧電アクチュエーター。
A piezoelectric element provided with a plurality of electrodes;
A diaphragm that vibrates at least longitudinally by applying a signal to the piezoelectric element;
A driven body that comes into contact with the diaphragm,
When causing the diaphragm to vibrate longitudinally, the signal is applied to at least the first electrode and the second electrode of the plurality of electrodes,
A piezoelectric actuator, wherein a third electrode is disposed between the first electrode and the second electrode in a direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration.
前記第1電極と前記第2電極とは、前記縦振動の振動方向と異なる方向に延びる所定の第1の直線に対して非対称に設けられている請求項1に記載の圧電アクチュエーター。   2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are provided asymmetrically with respect to a predetermined first straight line extending in a direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration. 前記複数の電極は、前記縦振動の振動方向と異なる方向に延びる所定の第1の直線に対して線対称に設けられている請求項1または2に記載の圧電アクチュエーター。   The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the plurality of electrodes are provided in line symmetry with respect to a predetermined first straight line extending in a direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration. 前記振動板は、前記被駆動体に当接する凸部を有し、
前記第1電極および前記第2電極は、前記第1の直線よりも前記凸部側に配置されている請求項2または3に記載の圧電アクチュエーター。
The diaphragm has a convex portion that comes into contact with the driven body,
4. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the first electrode and the second electrode are arranged closer to the convex portion than the first straight line. 5.
前記第1の直線は、前記縦振動の振動方向における前記圧電素子の中央部を通る請求項2ないし4のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。   5. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the first straight line passes through a central portion of the piezoelectric element in a vibration direction of the longitudinal vibration. 前記縦振動の振動方向と異なる方向は、前記縦振動の振動方向に直交する方向である請求項1ないし5のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。   6. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration is a direction orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration. 前記第1電極と前記第2電極とは、前記縦振動の振動方向に延びる所定の第2の直線に対して線対称に設けられている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。   7. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are provided symmetrically with respect to a predetermined second straight line extending in a vibration direction of the longitudinal vibration. Actuator. 前記複数の電極は、前記縦振動の振動方向に延びる所定の第2の直線に対して線対称に設けられている請求項1ないし7のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。   The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 7, wherein the plurality of electrodes are provided in line symmetry with respect to a predetermined second straight line extending in a vibration direction of the longitudinal vibration. 前記第2の直線は、前記縦振動の振動方向に直交する方向における前記圧電素子の中央部を通る請求項7または8に記載の圧電アクチュエーター。   The piezoelectric actuator according to claim 7 or 8, wherein the second straight line passes through a central portion of the piezoelectric element in a direction orthogonal to a vibration direction of the longitudinal vibration. 前記被駆動体は、回転可能に設けられており、
前記振動板の前記被駆動体との当接部分における前記縦振動の振動方向は、前記被駆動体の回転中心に向かう方向である請求項1ないし9のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。
The driven body is rotatably provided,
10. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a vibration direction of the longitudinal vibration at a contact portion of the vibration plate with the driven body is a direction toward a rotation center of the driven body.
前記被駆動体は、移動可能に設けられており、
前記被駆動体の前記振動板との当接部分の移動方向と、前記縦振動の振動方向とが直交している請求項1ないし9のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。
The driven body is provided to be movable,
The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 9, wherein a moving direction of a contact portion of the driven body with the diaphragm is orthogonal to a vibration direction of the longitudinal vibration.
前記振動板は、前記被駆動体に当接する凸部を有し、
前記凸部は、前記縦振動の振動方向に直交する方向における前記振動板の中央部に配置されている請求項1ないし11のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。
The diaphragm has a convex portion that comes into contact with the driven body,
The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 11, wherein the convex portion is disposed at a central portion of the diaphragm in a direction orthogonal to a vibration direction of the longitudinal vibration.
前記圧電アクチュエーターの駆動モードとして、前記縦振動を行う第1の駆動モードと、
前記縦振動と異なる振動を行う第2の駆動モードと、を有する請求項1ないし12のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。
As a drive mode of the piezoelectric actuator, a first drive mode for performing the longitudinal vibration,
The piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising: a second drive mode that performs vibration different from the longitudinal vibration.
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