JP2531582B2 - 圧電形アクチユエ−タ - Google Patents
圧電形アクチユエ−タInfo
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- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/028—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors along multiple or arbitrary translation directions, e.g. XYZ stages
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
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-
- H—ELECTRICITY
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- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/026—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、圧電素子を利用した変位素子を駆動源と
する圧電形アクチュエータに関する。
する圧電形アクチュエータに関する。
（従来の技術） 従来から圧電セラミック，電歪セラミック，高分子圧
電体またはこれらの組合せ、あるいはこれらの複合材料
からなる変位素子を用いた圧電形のアクチュエータがあ
り、構造的にはバイモルフ形の変位素子やランジュバン
振動子などがあり、変位素子としては大きな変位や応力
を得ることができるものも知られてはいる。しかしなが
ら、このような変位素子でもその変位量はせいぜい数μ
ｍから数mm程度であり、より大きな変位量が必要な用途
へは使用できないものであった。この変位量を大きくす
るために考案されたインチワームと呼ばれるアクチュエ
ータも知られてはいるが、駆動させるには少なくとも３
個の圧電素子をシーケンシャルに駆動させなければなら
ず、複雑な制御回路を必要としていた。そしてアクチュ
エータの移動量は圧電素子の変位量に等しく、かつ機械
的動作による移動を基本とするために駆動周波数はあま
り高くできないので大きな移動速度は得ることができ
ず、数cm/分程度である。さらに構造的にも高精度であ
ること要するので数μｍオーダーの誤差が性能に大きく
影響し動作しなかったり、動作不安定になるなどの欠点
もあつた。
電体またはこれらの組合せ、あるいはこれらの複合材料
からなる変位素子を用いた圧電形のアクチュエータがあ
り、構造的にはバイモルフ形の変位素子やランジュバン
振動子などがあり、変位素子としては大きな変位や応力
を得ることができるものも知られてはいる。しかしなが
ら、このような変位素子でもその変位量はせいぜい数μ
ｍから数mm程度であり、より大きな変位量が必要な用途
へは使用できないものであった。この変位量を大きくす
るために考案されたインチワームと呼ばれるアクチュエ
ータも知られてはいるが、駆動させるには少なくとも３
個の圧電素子をシーケンシャルに駆動させなければなら
ず、複雑な制御回路を必要としていた。そしてアクチュ
エータの移動量は圧電素子の変位量に等しく、かつ機械
的動作による移動を基本とするために駆動周波数はあま
り高くできないので大きな移動速度は得ることができ
ず、数cm/分程度である。さらに構造的にも高精度であ
ること要するので数μｍオーダーの誤差が性能に大きく
影響し動作しなかったり、動作不安定になるなどの欠点
もあつた。
一方、弾性進行波型と呼ばれる超音波モータもある
が、弾性体レール上に弾性進行波を存在せしめるので振
動周波数と機械的寸法が密接に関連しており、機械寸法
精度が厳しく調整もむずかしい。加えて駆動周波数や圧
電振動子の共振周波数変化によって動作しなかったり、
動作不安定になる問題もあつた。
が、弾性体レール上に弾性進行波を存在せしめるので振
動周波数と機械的寸法が密接に関連しており、機械寸法
精度が厳しく調整もむずかしい。加えて駆動周波数や圧
電振動子の共振周波数変化によって動作しなかったり、
動作不安定になる問題もあつた。
上記したようなインチワーム方式，弾性進行波方式と
もに往復運動、すなわち一次元的な運動に限られてい
て、二次元的な面上を移動する運動は全く不可能であっ
た。
もに往復運動、すなわち一次元的な運動に限られてい
て、二次元的な面上を移動する運動は全く不可能であっ
た。
また、昭和61年12月８日〜10日京都市京大会館で開催
された「第７回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に
関するシンポジウム講演予稿集」109〜110頁には「走査
型トンネル顕微鏡用積層形圧電セラミックアクチュエー
タ」が記載されている。これは３個の積層型圧電体を用
いた構成からなるものでダブル・トライポッドと呼ば
れ、直流を印加して駆動するものであるが、交流を印加
することは圧電体を積層したことによって静電容量が大
きくなるので駆動させるには莫大な電流値を要し実用的
でない。また静電容量を小さくするために積層数を減ら
すと交流印加でも駆動はできるが変位量が極めて小さく
なり、これまた実用にはほど遠い値しか示さない。そし
てこのダブル・トライポッドの変位方向はＸ・Ｙ・Ｚ三
方向への直線的な変位しかできないものであった。
された「第７回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に
関するシンポジウム講演予稿集」109〜110頁には「走査
型トンネル顕微鏡用積層形圧電セラミックアクチュエー
タ」が記載されている。これは３個の積層型圧電体を用
いた構成からなるものでダブル・トライポッドと呼ば
れ、直流を印加して駆動するものであるが、交流を印加
することは圧電体を積層したことによって静電容量が大
きくなるので駆動させるには莫大な電流値を要し実用的
でない。また静電容量を小さくするために積層数を減ら
すと交流印加でも駆動はできるが変位量が極めて小さく
なり、これまた実用にはほど遠い値しか示さない。そし
てこのダブル・トライポッドの変位方向はＸ・Ｙ・Ｚ三
方向への直線的な変位しかできないものであった。
（発明が解決しようとする問題点） この発明になる圧電形アクチュエータによれば、二次
元的な、すなわち面上を自在な方向に移動させることが
できるとともに、機械的精度をあまり必要とせず駆動回
路も簡易であり、しかも大きい移動速度と安定した動作
を得られるものである。
元的な、すなわち面上を自在な方向に移動させることが
できるとともに、機械的精度をあまり必要とせず駆動回
路も簡易であり、しかも大きい移動速度と安定した動作
を得られるものである。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明になる圧電形アクチュエータでは、駆動体の
外面に固定され、それぞれの中軸線が交点を有する３個
の圧電素子からなる変位素子の前記駆動体に移動体を接
触させた構成を有するものである。
外面に固定され、それぞれの中軸線が交点を有する３個
の圧電素子からなる変位素子の前記駆動体に移動体を接
触させた構成を有するものである。
（作用） この発明になる圧電形アクチュエータは、駆動体の外
面に固定した３個の圧電素子の位置関係や、前記圧電素
子に印加する駆動電圧を変化させることによって、駆動
体が圧電素子の中軸方向やその他の直線的な変位はもと
より曲線的な変位を行うので、この駆動体に接した移動
体も平面的に移動し、よって平面上を自在に走行する圧
電形アクチュエータを提供することができる。
面に固定した３個の圧電素子の位置関係や、前記圧電素
子に印加する駆動電圧を変化させることによって、駆動
体が圧電素子の中軸方向やその他の直線的な変位はもと
より曲線的な変位を行うので、この駆動体に接した移動
体も平面的に移動し、よって平面上を自在に走行する圧
電形アクチュエータを提供することができる。
（実施例） 実施例１ 第１図は本発明になる圧電形アクチュエータに用いる
変位素子を示したもので、金属，樹脂またはセラミック
などからなる駆動体１の外面にそれぞれ電極2,3,4を有
する３個の圧電素子5,6,7を、たとえばその中軸が互い
に直角をなすように固定する。この圧電素子5,6,7は、
金属，樹脂またはセラミックなどからなる弾性体8,9.10
を介して駆動体１に取付けてもよい。このようにして作
製した変位素子11の圧電素子5,6,7の位置を第２図のよ
うに座標のＸ・Ｙ・Ｚ軸に対応させ、圧電素子６にV0si
n ωｔ、圧電素子５に位相の異なるV0cos ωｔなる信号
を印加し駆動させると、質点の円運動方向はＺ軸に平行
になる。また圧電素子６にV0sin ωｔ、圧電素子７にV0
cos ωｔを加えると質点の円運動方向はＸ軸に平行とな
る。さらに圧電素子６にsin ωt,圧電素子５および圧電
素子７にcos ωｔを加えると質点の円運動の方向はＸ軸
とＺ軸とからそれぞれ45度の角度を有するものとなる。
このように質点が回転運動を行っている変位素子11を１
個以上を第３図Ａに正面図、Ｂに側面図を示すように質
点の運動方向が揃うように配置し、これら変位素子11の
駆動体１に移動体12を接して載置する。このような構成
からなる圧電形アクチュエータは、前記したように圧電
素子5,6,7に加えられる駆動信号によって駆動体１の質
点における回転運動は縦，横，斜めの運動、すなわちＸ
・Ｚ平面上で回転運動を行うから、前記駆動体１に接し
た移動体12は駆動体１の描く円運動の頂点において回転
運動の方向に移動する。したがって、正確には移動体12
は駆動体１の円運動の頂点による間欠運動により移動す
るものであり、第２図では矢符号の如く平面上を直角な
両方向に移動させることができる。また平面上の移動の
角度などは圧電素子5,6,7の位置関係，駆動信号などを
変化させることにより自由に選択できる。
変位素子を示したもので、金属，樹脂またはセラミック
などからなる駆動体１の外面にそれぞれ電極2,3,4を有
する３個の圧電素子5,6,7を、たとえばその中軸が互い
に直角をなすように固定する。この圧電素子5,6,7は、
金属，樹脂またはセラミックなどからなる弾性体8,9.10
を介して駆動体１に取付けてもよい。このようにして作
製した変位素子11の圧電素子5,6,7の位置を第２図のよ
うに座標のＸ・Ｙ・Ｚ軸に対応させ、圧電素子６にV0si
n ωｔ、圧電素子５に位相の異なるV0cos ωｔなる信号
を印加し駆動させると、質点の円運動方向はＺ軸に平行
になる。また圧電素子６にV0sin ωｔ、圧電素子７にV0
cos ωｔを加えると質点の円運動方向はＸ軸に平行とな
る。さらに圧電素子６にsin ωt,圧電素子５および圧電
素子７にcos ωｔを加えると質点の円運動の方向はＸ軸
とＺ軸とからそれぞれ45度の角度を有するものとなる。
このように質点が回転運動を行っている変位素子11を１
個以上を第３図Ａに正面図、Ｂに側面図を示すように質
点の運動方向が揃うように配置し、これら変位素子11の
駆動体１に移動体12を接して載置する。このような構成
からなる圧電形アクチュエータは、前記したように圧電
素子5,6,7に加えられる駆動信号によって駆動体１の質
点における回転運動は縦，横，斜めの運動、すなわちＸ
・Ｚ平面上で回転運動を行うから、前記駆動体１に接し
た移動体12は駆動体１の描く円運動の頂点において回転
運動の方向に移動する。したがって、正確には移動体12
は駆動体１の円運動の頂点による間欠運動により移動す
るものであり、第２図では矢符号の如く平面上を直角な
両方向に移動させることができる。また平面上の移動の
角度などは圧電素子5,6,7の位置関係，駆動信号などを
変化させることにより自由に選択できる。
なお、前記実施例では駆動信号として位相の異なる電
圧を圧電素子に印加した場合について述べたが、電圧振
幅を変化させた場合は、駆動体が大きな振幅の電圧を印
加された軸方向に長径を有する楕円運動を行う。前記長
径方向の運動を利用すれば移動速度が大となり、短径方
向の運動を利用すれば移動体を持上げる高さが大とな
り、１回の移動距離を大きくすることができる。また、
圧電素子へ印加する駆動電圧の周波数比を変化させた場
合、駆動体は上辺および下辺の長い８文形の動きを行う
ので、ほぼ平坦に近い動きを長く行う上辺および下辺を
利用し上辺に接する移動体と下辺に接する移動体をそれ
ぞれ反対方向に移動させる場合などに用いられる。
圧を圧電素子に印加した場合について述べたが、電圧振
幅を変化させた場合は、駆動体が大きな振幅の電圧を印
加された軸方向に長径を有する楕円運動を行う。前記長
径方向の運動を利用すれば移動速度が大となり、短径方
向の運動を利用すれば移動体を持上げる高さが大とな
り、１回の移動距離を大きくすることができる。また、
圧電素子へ印加する駆動電圧の周波数比を変化させた場
合、駆動体は上辺および下辺の長い８文形の動きを行う
ので、ほぼ平坦に近い動きを長く行う上辺および下辺を
利用し上辺に接する移動体と下辺に接する移動体をそれ
ぞれ反対方向に移動させる場合などに用いられる。
実施例２ 第４図は駆動体１の駆動サイクルを異ならせ間欠運動
を連続運動により近づけるもので、図中一点鎖線は駆動
体１の変位状態を示すものである。この実施例では移動
速度が大きくなる特徴を有する。なお、この構成で駆動
時期の異なる２セット以上の変位素子11群のそれぞれを
異なる方向に駆動すれば移動体12は駆動体１の動きによ
り平面上を縦，横，斜めに自在に移動する。
を連続運動により近づけるもので、図中一点鎖線は駆動
体１の変位状態を示すものである。この実施例では移動
速度が大きくなる特徴を有する。なお、この構成で駆動
時期の異なる２セット以上の変位素子11群のそれぞれを
異なる方向に駆動すれば移動体12は駆動体１の動きによ
り平面上を縦，横，斜めに自在に移動する。
実施例３ 第５図は自走形のアクチュエータを示す。すなわち駆
動体１は基体13上に位置し、かつ基体13の反対側に移動
体12を配する。このような構成からなるアクチュエータ
は、変位素子11と移動体12とがともに移動、すなわち自
走するものである。
動体１は基体13上に位置し、かつ基体13の反対側に移動
体12を配する。このような構成からなるアクチュエータ
は、変位素子11と移動体12とがともに移動、すなわち自
走するものである。
実施例４ 第６図に示すこの実施例は、移動体12を駆動体１で上
下両面から挾み込んだ構成からなる。このような構成で
は両面から駆動体１に挾み込まれたことにより移動体12
に加えられる推進力は強力である。なお、この場合移動
体12がベルト状のエンドレスのものでもよい。
下両面から挾み込んだ構成からなる。このような構成で
は両面から駆動体１に挾み込まれたことにより移動体12
に加えられる推進力は強力である。なお、この場合移動
体12がベルト状のエンドレスのものでもよい。
［発明の効果］ この発明によれば、変位素子に取付けられた３個の圧
電素子の取付位置，圧電素子を駆動する駆動電圧の位
相，電圧振幅，周波数を変えることにより移動体を平面
的に自在な方向に動かすことができる。また機械的精度
もあまり要求されず、回路も移相回路しか必要とせず、
高い移動速度，推進力，安定した動作が得られるもので
ある。
電素子の取付位置，圧電素子を駆動する駆動電圧の位
相，電圧振幅，周波数を変えることにより移動体を平面
的に自在な方向に動かすことができる。また機械的精度
もあまり要求されず、回路も移相回路しか必要とせず、
高い移動速度，推進力，安定した動作が得られるもので
ある。
図面はいずれも本発明の実施例を示し第１図は変位素子
の斜視図、第２図は変位素子の変位方向を示す座標図、
第３図〜第６図は圧電形アクチュエータの実施例であり
第３図は直角方向に移動する実施例の構成図、第４図は
駆動時期の異なる駆動体を有する実施例の構成図、第５
図は自走形を示す構成図、第６図は移動体の両面に駆動
体を配した実施例の構成図である。 １……駆動体、5,6,7……圧電素子 11……変位素子、12……移動体
の斜視図、第２図は変位素子の変位方向を示す座標図、
第３図〜第６図は圧電形アクチュエータの実施例であり
第３図は直角方向に移動する実施例の構成図、第４図は
駆動時期の異なる駆動体を有する実施例の構成図、第５
図は自走形を示す構成図、第６図は移動体の両面に駆動
体を配した実施例の構成図である。 １……駆動体、5,6,7……圧電素子 11……変位素子、12……移動体
Claims (5)
- 【請求項１】円柱体，多角柱体，球体またはこれらの組
合せ、あるいはこれらの中空体または輪状体などからな
る駆動体と、該駆動体の外面に固定されそれぞれの中軸
線が交点を有する３個の圧電素子とからなる変位素子の
前記駆動体に移動体を接触させたことを特徴とする圧電
形アクチュエータ。 - 【請求項２】圧電素子が圧電セラミック，電歪セラミッ
ク，高分子圧電体またはこれらの組合せからなることを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の圧電形アク
チュエータ。 - 【請求項３】圧電素子が積層体からなることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の圧
電形アクチュエータ。 - 【請求項４】駆動体への圧電素子の固定が弾性体を介し
て行われていることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項〜第（３）項のいずれかに記載の圧電形アクチ
ュエータ。 - 【請求項５】移動体が金属，樹脂，ゴム，セラミックま
たはこれらの組合せからなることを特徴とする特許請求
の範囲第（１）項〜第（４）項のいずれかに記載の圧電
形アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61313229A JP2531582B2 (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 圧電形アクチユエ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61313229A JP2531582B2 (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 圧電形アクチユエ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63161883A JPS63161883A (ja) | 1988-07-05 |
| JP2531582B2 true JP2531582B2 (ja) | 1996-09-04 |
Family
ID=18038662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61313229A Expired - Lifetime JP2531582B2 (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 圧電形アクチユエ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2531582B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3911936B2 (ja) * | 1999-11-22 | 2007-05-09 | コニカミノルタフォトイメージング株式会社 | 像振れ補正装置 |
| WO2016046411A1 (en) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | Koninklijke Philips N.V. | Three dimensional piezo actuator for planar motion |
| CN107999363A (zh) * | 2016-10-28 | 2018-05-08 | 钟志刚 | 三坐标电控振动装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0636673B2 (ja) * | 1984-03-23 | 1994-05-11 | 株式会社日立製作所 | 駆動装置 |
-
1986
- 1986-12-25 JP JP61313229A patent/JP2531582B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63161883A (ja) | 1988-07-05 |
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