JP3142811B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧電アクチュエ
ータに関し、更に詳しくは、最大トルクを得るため振動
体と移動体との構造に工夫を凝らした圧電アクチュエー
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在ＯＡ機器、情報処理機器の小型化が
進み、これに伴って、駆動・搬送に用いる動力源として
圧電アクチュエータが注目されている。このような圧電
アクチュエータの一例として、本願出願人らにより開発
されたマイクロ圧電モータが知られている（電気学会
第１５回センサ・シンポジウム TECHNICAL DIGEST１
８１頁〜１８４頁 １９９７年）。

【０００３】図１０に、そのマイクロ圧電モータの組立
図を示す。このマイクロ圧電モータ５００は、軸突起部
１１を持つ円盤状の回転移動体１と、振動体ブロック５
０２と、軸突起部１１を支持する基盤シャーシ３とから
構成されている。振動体ブロック５０２には、伸縮運動
を発生する圧電素子４を支持体５２１に張着した屈曲変
位機構部５２２が３つ設けてある。前記屈曲変位機構部
５２２はＬ字形状をしており、このＬ字形状の短辺端部
は振動体ブロック５０２の中心部５２３に固定されてい
る。この屈曲変位機構部５２２は、回転移動体１の摺動
部１２に内包される円の接線方向と一致するように配置
する。

【０００４】また、回転移動体１および基盤シャーシ３
には磁気吸着力の発生する磁石材料を用い、回転移動体
１と振動体ブロック５０２とを一定加圧下で接触させ
る。また、振動体ブロック５０２、特に屈曲変位機構部
５２２には、前記磁石材料の磁力の影響を受けないよう
に非磁性体材料を用いる。回転移動体１の軸突起部１１
は、振動体ブロック５０２の中空軸穴５２５にて軸支さ
れる。回転移動体１の本体は、金属または樹脂系で形成
し、振動体ブロック５０２との摺動面１２には酸化皮膜
処理を施す。また、回転移動体１や振動体ブロック５０
２などの形成には、エッチング等のフォトファブリケー
ション技術を用いる。

【０００５】図１１は、このマイクロ圧電モータの動作
原理を示す説明図である。圧電素子４に特定周波数の駆
動電圧を印加することにより、当該圧電素子４が図中矢
印Ａ方向に伸縮する。この伸縮により屈曲変位機構部５
２２が図中矢印Ｂ方向に振動する。屈曲変位機構部５２
２が振動すると、当該屈曲変位機構部５２２の先端が回
転移動体１に接触する。接触方向は、回転移動体１に対
して垂直ではなく、図中矢印Ｃの示す方向であるから、
その横方向の力の成分Ｃｈにより回転移動体１が移動す
ることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のマイクロ圧
電モータ５００では、圧電素子４を取り付ける支持体５
２１を含め前記振動体ブロック５０２を平面に構成して
ある。このため、支持体先端の回転移動体１に接触する
面積が大きくなること、屈曲変位機構部５２２以外の部
分まで回転移動体１に接触することから、摩擦によるエ
ネルギーロスが大きくなるという問題点があった。ま
た、回転中心から前記回転移動体１との接触部まで距離
が大きいほど、モータのトルクが大きくなる。しかし、
前記接触部が振動体ブロック５０２の最外径より内側に
位置しているので、エネルギー変換効率が低くなるとい
う問題点があった。さらに、回転移動体１との接触位置
が定まり難いため、設計通りのトルクを得にくいという
問題点があった。

【０００７】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、振動体ブロックから回転移動体へのエ
ネルギー変換効率を向上でき且つ設計通りのトルクが得
られる圧電アクチュエータを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に係る圧電アクチュエータは、回転移動
体と、この回転移動体の内円接線方向に延出した一端固
定他端自由とした梁部を持ち、前記梁部の外側部分を高
くして前記回転移動体に接触するようにした支持体と、
当該支持体の梁部毎に展着した圧電体とからなる振動体
と、を備えたものである。

【０００９】このように、梁部の外側部分を高くして前
記回転移動体に接触させるようにすれば、振動体の中心
から最遠部分が回転移動体に接触することになるから、
最大トルクを得ることができる。また、梁部以外の部分
が回転移動体に接触しないことから、全面接触する場合
と比べてエネルギーロスが少ない。このため、振動体か
ら回転移動体へのエネルギー変換効率が向上する。ま
た、接触位置を規定できるので、設計通りのトルクが得
られる。

【００１０】また、請求項２に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、この回転移動体の内円接線方向に延
出した一端固定他端自由とした梁部を持ち、径方向に曲
げて前記梁部の外側部分が前記回転移動体に接触するよ
うにした支持体と、当該支持体の梁部毎に展着した圧電
体とからなる振動体と、を備えたものである。

【００１１】このように、支持体を径方向に曲げて前記
梁部の外側部分が前記回転移動体に線接触するようにす
れば、振動体の中心から最遠部分が回転移動体に接触す
ることになるから、最大トルクを得ることができる。ま
た、梁部以外の部分が回転移動体に接触しないこと、振
動体と回転移動体との接触形態が線接触に近いことか
ら、全面接触する場合と比べてエネルギーロスが少な
い。このため、振動体から回転移動体へのエネルギー変
換効率が向上する。また、接触位置を規定できるので、
設計通りのトルクが得られる。

【００１２】また、請求項３に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、この回転移動体の内円接線方向に延
出した一端固定他端自由とした梁部を持ち、当該梁部先
端を斜めに曲げて梁部の外側部分が前記回転移動体に接
触するようにした支持体と、当該支持体の梁部毎に展着
した圧電体とからなる振動体と、を備えたものである。

【００１３】梁部先端を斜めに曲げれば、その頂点が梁
部の外側部分において回転移動体と接触することにな
る。このため、最大トルクを得ることができる。また、
梁部以外の部分が回転移動体に接触しないこと、振動体
と回転移動体が振動体の曲げた部分の頂点で接触するこ
とから、全面接触する場合と比べてエネルギーロスが少
ない。このため、振動体から回転移動体へのエネルギー
変換効率が向上する。また、接触位置を規定できるの
で、設計通りのトルクが得られる。しかも、振動体の加
工が容易である。

【００１４】また、請求項４に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、この回転移動体の内円接線方向に延
出した一端固定他端自由とした梁部を持ち、この梁部が
中心から離れるに従って厚くなり、最厚部分が前記回転
移動体に接触するようにした支持体と、当該支持体の梁
部毎に展着した圧電体とからなる振動体と、を備えたも
のである。

【００１５】このように、梁部を中心から離れるに従っ
て厚くすれば、最厚部分が回転移動体と接触するように
なる。従って、全面接触する場合と比べてエネルギーロ
スが少ない。特に、振動体の中心から最遠部分が最厚部
分になれば、最大トルクを得ることができる。この結
果、振動体から回転移動体へのエネルギー変換効率が向
上する。また、接触位置を規定できるので、設計通りの
トルクが得られる。

【００１６】また、請求項５に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、この回転移動体の内円接線方向に延
出した一端固定他端自由とした梁部を持ち、この梁部先
端外側に突起を設け、この突起が前記回転移動体に接触
するようにした支持体と、当該支持体の梁部毎に展着し
た圧電体とからなる振動体と、を備えたものである。

【００１７】梁部外側先端に突起を設ければ、突起頭部
が梁部の外側部分において回転移動体と接触することに
なる。このため、最大トルクを得ることができる。ま
た、梁部以外の部分が回転移動体に接触しないこと振動
体と回転移動体とが突起頭部で接触することから、全面
接触する場合と比べてエネルギーロスが少ない。このた
め、振動体から回転移動体へのエネルギー変換効率が向
上する。また、接触位置を規定できるので、設計通りの
トルクが得られる。

【００１８】また、請求項６に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、長辺部分と短辺部分とからなりその
長辺部分が前記回転移動体の内円接線方向に延出して自
由端となり短辺部分が固定端となる梁部を持ち、当該梁
部の外側部分を高くして前記回転移動体に接触するよう
にした支持体と、当該支持体の梁部毎に展着した圧電体
とからなる振動体とを備えたものである。

【００１９】このように、梁部の外側部分を高くして前
記回転移動体に接触させるようにすれば、振動体の中心
から最遠部分が回転移動体に接触することになるから、
最大トルクを得ることができる。また、梁部以外の部分
が回転移動体に接触しないことから、全面接触する場合
と比べてエネルギーロスが少ない。このため、振動体か
ら回転移動体へのエネルギー変換効率が向上する。ま
た、接触位置を規定できるので、設計通りのトルクが得
られる。

【００２０】また、請求項７に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、長辺部分と短辺部分とからなりその
長辺部分が前記回転移動体の内円接線方向に延出して自
由端となり短辺部分が固定端となる梁部を持ち、径方向
に曲げて前記梁部の外側部分が前記回転移動体に接触す
るようにした支持体と、当該支持体の梁部毎に展着した
圧電体とからなる振動体とを備えたものである。

【００２１】このように、支持体を径方向に曲げて前記
梁部の外側部分が前記回転移動体に線接触するようにす
れば、振動体の中心から最遠部分が回転移動体に接触す
ることになるから、最大トルクを得ることができる。ま
た、梁部以外の部分が回転移動体に接触しないこと、振
動体と回転移動体との接触形態が線接触に近いことか
ら、全面接触する場合と比べてエネルギーロスが少な
い。このため、振動体から回転移動体へのエネルギー変
換効率が向上する。また、接触位置を規定できるので、
設計通りのトルクが得られる。

【００２２】また、請求項８に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、長辺部分と短辺部分とからなりその
長辺部分が前記回転移動体の内円接線方向に延出して自
由端となり短辺部分が固定端となる梁部を持ち、当該梁
部先端を斜めに曲げて前記梁部の外側部分が前記回転移
動体に接触するようにした支持体と、当該支持体の梁部
毎に展着した圧電体とからなる振動体とを備えたもので
ある。

【００２３】梁部先端を斜めに曲げれば、その頂点が梁
部の外側部分において回転移動体と接触することにな
る。このため、最大トルクを得ることができる。また、
梁部以外の部分が回転移動体に接触しないことから、全
面接触する場合と比べてエネルギーロスが少ない。この
ため、振動体から回転移動体へのエネルギー変換効率が
向上する。また、接触位置を規定できるので、設計通り
のトルクが得られる。しかも、振動体の加工が容易であ
る。

【００２４】また、請求項９に係る圧電アクチュエータ
は、回転移動体と、長辺部分と短辺部分とからなりその
長辺部分が前記回転移動体の内円接線方向に延出して自
由端となり短辺部分が固定端となる梁部を持ち、この梁
部が中心から離れるに従って厚くなり、最厚部分が前記
回転移動体に接触するようにした支持体と、当該支持体
の梁部毎に展着した圧電体とからなる振動体とを備えた
ものである。

【００２５】このように、梁部を中心から離れるに従っ
て厚くすれば、最厚部分が回転移動体と接触するように
なる。従って、全面接触する場合と比べてエネルギーロ
スが少ない。特に、振動体の中心から最遠部分が最厚部
分になれば、最大トルクを得ることができる。この結
果、振動体から回転移動体へのエネルギー変換効率が向
上する。また、接触位置を規定できるので、設計通りの
トルクが得られる。

【００２６】また、請求項１０に係る圧電アクチュエー
タは、回転移動体と、長辺部分と短辺部分とからなりそ
の長辺部分が前記回転移動体の内円接線方向に延出して
自由端となり短辺部分が固定端となる梁部を持ち、この
梁部外側先端に突起を設け、この突起が前記回転移動体
に接触するようにした支持体と、当該支持体の梁部毎に
展着した圧電体とからなる振動体とを備えたものであ
る。

【００２７】梁部外側先端に突起を設ければ、突起頭部
が梁部の外側部分において回転移動体と接触することに
なる。このため、最大トルクを得ることができる。ま
た、梁部以外の部分が回転移動体に接触しないことか
ら、全面接触する場合と比べてエネルギーロスが少な
い。このため、振動体から回転移動体へのエネルギー変
換効率が向上する。また、接触位置を規定できるので、
設計通りのトルクが得られる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。

【００２９】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１に係るマイクロ圧電モータを示す組立図であ
る。図２は、図１に示したマイクロ圧電モータを示す断
面説明図である。なお、図２では、説明の便宜上、振動
体ブロックの断面を概略表示している。このマイクロ圧
電モータ１００は、軸突起部１１を持つ円盤状の回転移
動体１と、振動体ブロック２と、軸突起部１１を支持す
る基盤シャーシ３とから構成されている。図２および図
１に示すように、振動体ブロック２は、径方向に曲げら
れており、全体的に見て略逆円錐形状になっている。振
動体ブロック２には、伸縮運動を発生する圧電素子４を
支持体２１に張着した屈曲変位機構部２２が３つ設けて
ある。屈曲変位機構部２２はＬ字形状をしており、この
Ｌ字形状の短辺端部２２ａは振動体ブロック２の中心部
２３に固定されている。また、屈曲変位機構部２２は、
振動体ブロック２の外周に沿って均等配置されている。
外径は数ミリ程度である。さらに、この屈曲変位機構部
２２は、前記回転移動体下面の摺動部１２に内包される
円の接線方向と一致するように配置する。また、振動体
ブロック２が曲げられているため、組立状態で屈曲変位
機構部２２の外周部分２４が前記回転移動体１に線接触
する。

【００３０】前記屈曲変位機構部２２の自由端が描く楕
円運動の方向によって、回転移動体１の回転方向が決ま
る。ここでは、回転移動体１を軸支した構成であるか
ら、屈曲変位機構部２２の運動軌跡を回転移動体１の運
動軌跡に一致させてやれば、屈曲変位機構部２２から回
転移動体１への運動転換が効率的なものとなる。図中で
は屈曲変位機構部２２が時計回りに延出してあるが、こ
の延出方向を反対にすると、回転移動体１の回転方向が
反対になる。また、回転中心から屈曲変位機構部２２ま
での距離と、振動体ブロック２に設ける屈曲変位機構部
２２の形状および数とにより、マイクロ圧電モータ１０
０の回転トルクおよび回転速度が決まる。これら回転中
心から屈曲変位機構部２２までの距離や、屈曲変位機構
部２２の形状および数は、要求されるモータの仕様に基
づき設定する。この際、各屈曲変位機構部２２の固有振
動数は形状に依存するので、シミュレーションモデルの
結果と実験データとから、仕様に合うよう決定する。

【００３１】前記圧電素子４とは、歪発生機能、共振機
能および電圧発生機能を兼ね備えた材料をいう。すなわ
ち、印加された電圧に応じて応力ないし変位を生じ、印
加電圧の周波数により共振現象を生じさせ、加えられた
圧力に応じて電圧が発生する特性を示す材料である。本
例の圧電素子４には、圧電定数の高い薄膜ジルコンチタ
ン酸鉛を用いてある。また、チタン酸バリウム、ニオブ
酸リチウムやジルコンチタン酸鉛などを用いても良い。
また、これら圧電セラミックスの代わりに、傾斜機能材
料やリチウムナイオベートを用いることもできる。

【００３２】振動体ブロック２には、ステンレス、ベリ
リウム銅、リン青銅、黄銅、ジュラルミン、チタンやシ
リコン材の金属系または非金属系の弾性材料を用いる。
また、回転移動体１および基盤シャーシ３には磁気吸着
力の発生する磁石材料を用い、回転移動体１と振動体ブ
ロック２とを一定加圧下で接触させている。例えば回転
移動体１にはステンレス系、基盤シャーシ３にはネオジ
ウム系の磁石材料を用いる。この磁石材料によって基盤
シャーシ３が回転移動体側に引き寄せられるので、回転
移動体１の摺動部１２と振動体ブロック２の屈曲変位機
構部２２との間で安定した密着性が得られる。また、振
動体ブロック２、特に屈曲変位機構部２２には、前記磁
石材料の磁力の影響を受けないように非磁性体材料を用
いるのが好ましい。

【００３３】回転移動体１の軸突起部１１は、振動体ブ
ロック２の中空軸穴２５に回転自在に軸支してある。逆
に、回転移動体側に中空軸穴を設け、振動体ブロック側
に軸突起部を設けるようにしてもよい。回転移動体１の
摺動部１２は、屈曲変位機構部２２と摩擦する部分であ
るから、摩擦係数が大きいこと、耐磨耗性に優れるこ
と、安定した摩擦係数を維持できることなどの要求を満
たす材料を用いるのが好ましい。例えば回転移動体１の
本体を金属または樹脂で形成しておき、振動体ブロック
２との摺動面１２に酸化皮膜処理を施すようにする。ま
た、前記摺動面１２を、セルロース系繊維、カーボン系
繊維、ウィスカとフェノール樹脂との複合材料、ポリイ
ミド樹脂とポリアミド樹脂との複合材料を用いて形成す
るようにしてもよい。

【００３４】回転移動体１や振動体ブロック２の形成に
は、エッチング等のフォトファブリケーション技術を用
いるのが好ましい。非機械加工プロセスを用いること
で、加工形成時に発生する変形、応力および機械的スト
レスを排除できるためである。また、部品の高精度化よ
り、各要素部品の組立調整工程を最小限に抑えることが
できると共に、機能および再現性が安定するためであ
る。本例の屈曲変位機構部２２は、厚さ百ミクロン程度
の銅系材料をエッチングすることにより形成する。ま
た、振動体ブロック２の曲げは、プレス加工により行
う。図３に示すように、平面形成した振動体ブロック
２’をダイス３０１上に載置し、当該振動体ブロック
２’の中心部をポンチ３０２により加圧する。所定の曲
げが得られるまでプレスを継続する。

【００３５】また、図４に示すように、中空円錐台形状
の成形用ブロック４０４を振動体ブロック２’の中空軸
穴２５に嵌入して、屈曲変位機構部２２を曲げるように
してもよい。この場合は、成形用ブロック４０４により
回転移動体１の軸突起部１１を軸支することになる。な
お、成形用ブロック４０４の形状を、角錐台形状として
もよい。

【００３６】また、前記支持体２１と圧電素子４とは接
着により一体化する。係る接着に要求される条件は、非
常に薄い接着層であること、接着層が非常に硬く且つ強
靱であること、支持体２１と圧電素子４との接着後は共
振周波数付近の抵抗値が小さいことである。支持体２１
と圧電素子４との間には、直接接合または接着剤による
接合であっても接合界面が存在する。この接合界面は、
支持体２１と圧電素子４との間の伝搬特性を決める重要
な因子となる。このため、接着剤の特性およびその膜厚
管理が重要となる。例えば前記接着剤には、ホットメル
トおよびエポキシ樹脂に代表される高分子接着材を用い
る。本例では、エポキシ系の接着剤を用いて最適膜厚に
なるようにしている。なお、接着剤を用いないで圧電素
子４を直接接合してもよい。また、薄膜形成、厚膜形成
のプロセス手段により圧電素子４を設けるようにしても
よい。

【００３７】また、屈曲変位機構部２２としては、１枚
の圧電素子で構成されるユニモルフ型、２枚の圧電素子
で構成されるバイモルフ型、または、４枚以上の圧電素
子で構成されるマルチモルフ型があり、いずれを用いる
ようにしても良い。圧電素子４や支持体２１の材料およ
びこれらの接着方法は、マイクロ圧電モータ１００に要
求される屈曲変位機構部２２の変位量、力、応答性およ
び構造的制約条件により設定される。本例の屈曲変位機
構部２２では、ユニモルフ型構成を採用してあある。変
位電圧特性上でヒステリシスを持ちにくい特性を持つた
めである。また、バイモルフ型と比較して変位量は小さ
いが発生力が大きいこと、回転移動体の負荷荷重および
加圧力が適当であるためである。なお、マイクロ圧電モ
ータ１００の仕様により、マルチモルフ型を採用し、厚
みを一定に維持した上で層数を増やすことで変位と力と
を増加させることもできる。また、屈曲変位機構部２２
の固定端から自由端にかけてテーパを設け、応答性を向
上させることもできる。係る構成による振動体ブロック
２によれば、屈曲変位機構部２２の屈曲変位を極めて安
定に励起することができる。なお、振動体ブロック２の
屈曲変位機構部２２の配置、形状、数量および構成は、
図１に示した例に限定されない。

【００３８】符号５は、圧電素子４を駆動するドライバ
であり、信号発生器６から駆動周波数を得る。図５に、
入力信号を印加した時の屈曲変位機構部２２の固定端か
ら自由端の振動挙動を示す。横軸の左端から右端が、屈
曲変位機構部２２の固定端から自由端までの有効長とな
る。縦軸は屈曲変位機構部２２の変位量を表す。変位量
が０のときは、振動が励起されていないことを示す。屈
曲変位機構部２２は、入力信号の印加条件によって微少
な変位および力の混在する振動を発し、縦運動と楕円運
動を励起する。振動モードでは、屈曲変位機構部２２の
変位が正側に位置するので、当該屈曲変位機構部２２か
ら回転移動体１に運動が伝わる。また、回転移動体１の
回転方向は、楕円運動の横方向成分により決まる。この
ため、振動体ブロック２の屈曲変位機構部２２は、回転
移動体１に要求される回転方向に従って配置する。この
屈曲変位機構部２２の配置方向によって、回転移動体１
が時計周りに回転するか、反時計周りに回転するかが決
まる。

【００３９】屈曲変位機構部２２に入力する駆動電圧お
よび周波数は、屈曲変位機構部２２の寸法、形状に応じ
た固有振動数に合致するように調整する。入力信号を共
振周波数近傍に設定すれば屈曲変位機構部２２の最大振
幅が得られるからである。振動体ブロック２の振動モー
ドには、屈曲変位機構部２２の長辺方向を利用した変位
拡大の１次振動モードと２次以上の振動モードとによる
運動機構が有効利用可能である。実験の結果、入力信号
の電圧振幅が、０．５〜数十ボルト、周波数が数十Ｋ〜
数百Ｋヘルツの範囲で、屈曲変位機構部２２の各振動モ
ードが確認できた。また、振動体ブロック２の回転運動
を安定に励起するには、２次振動モード以上を用いるの
が好ましい。さらに、入力信号の位相差を利用したり、
デューティ比を制御したり、多重振動モードを利用する
ことにより、回転移動体１を安定して回転させることが
できる。

【００４０】（実施の形態２）図６は、この発明の実施
の形態２に係るマイクロ圧電モータを示す組立図であ
る。このマイクロ圧電モータ２００は、実施の形態１に
係るマイクロ圧電モータ１００と略同様の構成である
が、振動体ブロック２０２の形状が異なる。以下、実施
の形態１との相違点について説明し、同一の構成につい
ては説明を省略する。この振動体ブロック２０２の屈曲
変位機構部２２２は、中心から外周方向に向かって徐々
に厚くなってゆく構成である。従って、支持部２２１の
径方向の断面は、台形になる。このようにすれば、屈曲
変位機構部２２２の最外周部分２２４が回転移動体１に
線接触することになる。また、支持体２２１の断面は、
正確な台形にならなくても構わない。このような形状
は、厚めに形成した振動体ブロック２にスパッタリング
などの除去加工を施すことで精度よく形成できる。ま
た、厚さが最大になる部分が必ずしも最外周部分２２４
でなくてもよい。すなわち、図７に示すように、屈曲変
位機構部２２２の最外周部分２２４の近傍２２４’を最
厚部分としてもよい。また、図示しないが、中心から外
周方向に向かって段差を設け、徐々に厚くなってゆく構
成にしてもよい。以上のようにすれば、エネルギー変換
効率が向上し、最大トルクが得られる。また、回転移動
体１との接触位置が特定できるから、設計通りのトルク
が得られる。

【００４１】（実施の形態３）図８は、この発明の実施
の形態３に係るマイクロ圧電モータを示す組立図であ
る。このマイクロ圧電モータ３００の振動体ブロック３
０２は、実施の形態１のように振動体ブロック全体を曲
げるのではなく、屈曲変位機構部３２２の先端３２４を
斜めに曲げるようにしたものである。このようにすれ
ば、屈曲変位機構部３２２の先端３２４であって振動体
ブロック３０２の中心から遠い部分が回転移動体１に点
接触することになる。また、図９に示すように、先端３
２４を曲げず、当該先端３２４に突起３２５を設けても
よい。このようにすれば、振動体ブロック３０２の中心
から遠い部分にあたる突起３２５が回転移動体１に点接
触することになる。なお、実施の形態１と同様の構成に
ついては説明を省略する。このように、屈曲変位機構部
３２２の先端３２４を曲げたり、突起３２５を設けるこ
とで、エネルギー変換効率が向上し、最大トルクが得ら
れる。また、回転移動体１との接触位置が特定できるか
ら、設計通りのトルクが得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の圧電ア
クチュエータ（請求項１）では、梁部の外側部分を高く
して前記回転移動体に接触させるようにしたので、振動
体の中心から最遠部分が回転移動体に接触することにな
るから、最大トルクを得ることができる。また、全面接
触する場合と比べてエネルギーロスが少ない。このた
め、振動体から回転移動体へのエネルギー変換効率が向
上する。また、接触位置を規定できるので、設計通りの
トルクが得られる。

【００４３】また、この発明の圧電アクチュエータ（請
求項２）では、支持体を径方向に曲げて前記梁部の外側
部分が前記回転移動体に線接触するようにしたので、振
動体の中心から最遠部分が回転移動体に接触することに
なるから、最大トルクを得ることができる。また、全面
接触する場合と比べてエネルギーロスが少ない。このた
め、振動体から回転移動体へのエネルギー変換効率が向
上する。また、接触位置を規定できるので、設計通りの
トルクが得られる。

【００４４】また、この発明の圧電アクチュエータ（請
求項３）では、梁部先端を斜めに曲げることによって、
その頂点が梁部の外側部分において回転移動体と接触す
るようにしたので、最大トルクを得ることができる。ま
た、全面接触する場合と比べてエネルギーロスが少な
い。このため、振動体から回転移動体へのエネルギー変
換効率が向上する。また、接触位置を規定できるので、
設計通りのトルクが得られる。また、振動体の加工が容
易である。

【００４５】また、この発明の圧電アクチュエータ（請
求項４）では、梁部を中心から離れるに従って厚くした
ので、最厚部分が回転移動体と接触するようになる。従
って、全面接触する場合と比べてエネルギーロスが少な
くなり、振動体から回転移動体へのエネルギー変換効率
が向上し、最大トルクが得られる。また、接触位置を規
定できるので、設計通りのトルクが得られる。

【００４６】また、この発明の圧電アクチュエータ（請
求項５）では、梁部外側先端に突起を設けたので、突起
頭部が梁部の外側部分において回転移動体と接触するこ
とになる。このため、最大トルクを得ることができる。
また、全面接触する場合と比べてエネルギーロスが少な
いため、振動体から回転移動体へのエネルギー変換効率
が向上する。また、接触位置を規定できるので、設計通
りのトルクが得られる。

【００４７】また、この発明の圧電アクチュエータ（請
求項６）では、長辺部分と短辺部分とからなりその長辺
部分が前記回転移動体の内円接線方向に延出して自由端
となり短辺部分が固定端となる梁部を持ち、当該梁部の
外側部分を高くして前記回転移動体に接触するようにし
た。このため、振動体の中心から最遠部分が回転移動体
に接触することになるから、最大トルクを得ることがで
きる。また、全面接触する場合と比べてエネルギーロス
が少ないため、振動体から回転移動体へのエネルギー変
換効率が向上する。また、接触位置を規定できるので、
設計通りのトルクが得られる。

【００４８】また、この発明の圧電アクチュエータ（請
求項７）では、長辺部分と短辺部分とからなりその長辺
部分が前記回転移動体の内円接線方向に延出して自由端
となり短辺部分が固定端となる梁部を持ち、径方向に曲
げて前記梁部の外側部分が前記回転移動体に接触するよ
うにした。このため、振動体の中心から最遠部分が回転
移動体に接触することになるから、最大トルクを得るこ
とができる。また、全面接触する場合と比べてエネルギ
ーロスが少ないため、振動体から回転移動体へのエネル
ギー変換効率が向上する。また、接触位置を規定できる
ので、設計通りのトルクが得られる。

【００４９】また、この発明の圧電アクチュエータ（請
求項８）では、長辺部分と短辺部分とからなりその長辺
部分が前記回転移動体の内円接線方向に延出して自由端
となり短辺部分が固定端となる梁部を持ち、当該梁部先
端を斜めに曲げて前記梁部の外側部分が前記回転移動体
に接触するようにした。このため、最大トルクを得るこ
とができる。また、全面接触する場合と比べてエネルギ
ーロスが少ないため、振動体から回転移動体へのエネル
ギー変換効率が向上する。また、接触位置を規定できる
ので、設計通りのトルクが得られる。しかも、振動体の
加工が容易である。

【００５０】また、この発明の圧電アクチュエータ（請
求項９）では、長辺部分と短辺部分とからなりその長辺
部分が前記回転移動体の内円接線方向に延出して自由端
となり短辺部分が固定端となる梁部を持ち、この梁部が
中心から離れるに従って厚くなるようにした。このた
め、最厚部分が回転移動体と接触するようになるから、
全面接触する場合と比べてエネルギーロスが少なくな
り、振動体から回転移動体へのエネルギー変換効率が向
上し、最大トルクが得られる。また、接触位置を規定で
きるので、設計通りのトルクが得られる。

【００５１】また、この発明の圧電アクチュエータ（請
求項１０）では、長辺部分と短辺部分とからなりその長
辺部分が前記回転移動体の内円接線方向に延出して自由
端となり短辺部分が固定端となる梁部を持ち、この梁部
外側先端に突起を設けて当該突起が前記回転移動体に接
触するようにした。このため、突起頭部が梁部の外側部
分において回転移動体と接触することになるから、最大
トルクを得ることができる。また、全面接触する場合と
比べてエネルギーロスが少ないため、振動体から回転移
動体へのエネルギー変換効率が向上する。また、接触位
置を規定できるので、設計通りのトルクが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係るマイクロ圧電モ
ータを示す組立図である。

【図２】図１に示したマイクロ圧電モータを示す断面説
明図である。

【図３】振動体ブロックの加工方法を示す説明図であ
る。

【図４】振動体ブロックの加工方法を示す説明図であ
る。

【図５】入力信号を印加した時の屈曲変位機構部の固定
端から自由端の振動挙動を示すグラフ図である。

【図６】この発明の実施の形態２に係るマイクロ圧電モ
ータを示す組立図である。

【図７】この発明の実施の形態２に係るマイクロ圧電モ
ータの変形例を示す組立図である。

【図８】この発明の実施の形態３に係るマイクロ圧電モ
ータを示す組立図である。

【図９】この発明の実施の形態４に係るマイクロ圧電モ
ータの変形例を示す組立図である。

【図１０】従来のマイクロ圧電モータの一例を示す組立
図である。

【図１１】図１０に示したマイクロ圧電モータの動作原
理を示す説明図である。

【符号の説明】

１００ マイクロ圧電モータ １ 回転移動体 １１ 軸突起部 １２ 摺動部 ２ 振動体ブロック ３ 基盤シャーシ ４ 圧電素子 ２１ 支持体 ２２ 屈曲変位機構部 ２３ 中心部 ２４ 外周部分 ２５ 中空軸穴 ５ ドライバ ６ 信号発生器

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 瑞明 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セイコーインスツルメンツ株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−277624（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−29576（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−67194（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転移動体と、 この回転移動体の内円接線方向に延出した一端固定他端
   自由とした梁部を持ち、前記梁部の外側部分を高くして
   前記回転移動体に接触するようにした支持体と、当該支
   持体の梁部毎に展着した圧電体とからなる振動体と、を
   備えたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 回転移動体と、 この回転移動体の内円接線方向に延出した一端固定他端
   自由とした梁部を持ち、径方向に曲げて前記梁部の外側
   部分が前記回転移動体に接触するようにした支持体と、
   当該支持体の梁部毎に展着した圧電体とからなる振動体
   と、を備えたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 回転移動体と、 この回転移動体の内円接線方向に延出した一端固定他端
   自由とした梁部を持ち、当該梁部先端を斜めに曲げて梁
   部の外側部分が前記回転移動体に接触するようにした支
   持体と、当該支持体の梁部毎に展着した圧電体とからな
   る振動体と、を備えたことを特徴とする圧電アクチュエ
   ータ。
4. 【請求項４】 回転移動体と、 この回転移動体の内円接線方向に延出した一端固定他端
   自由とした梁部を持ち、この梁部が中心から離れるに従
   って厚くなり、最厚部分が前記回転移動体に接触するよ
   うにした支持体と、当該支持体の梁部毎に展着した圧電
   体とからなる振動体と、を備えたことを特徴とする圧電
   アクチュエータ。
5. 【請求項５】 回転移動体と、 この回転移動体の内円接線方向に延出した一端固定他端
   自由とした梁部を持ち、この梁部先端外側に突起を設
   け、この突起が前記回転移動体に接触するようにした支
   持体と、当該支持体の梁部毎に展着した圧電体とからな
   る振動体と、を備えたことを特徴とする圧電アクチュエ
   ータ。
6. 【請求項６】 回転移動体と、長辺部分と短辺部分とか
   らなりその長辺部分が前記回転移動体の内円接線方向 に延出して自由端となり短辺部分が固定端となる梁部を
   持ち、当該梁部の外側部分を高くして前記回転移動体に
   接触するようにした支持体と、当該支持体の梁部毎に展
   着した圧電体とからなる振動体と、を備えたことを特徴
   とする圧電アクチュエータ。
7. 【請求項７】 回転移動体と、 長辺部分と短辺部分とからなりその長辺部分が前記回転
   移動体の内円接線方向に延出して自由端となり短辺部分
   が固定端となる梁部を持ち、径方向に曲げて前記梁部の
   外側部分が前記回転移動体に接触するようにした支持体
   と、当該支持体の梁部毎に展着した圧電体とからなる振
   動体と、を備えたことを特徴とする圧電アクチュエー
   タ。
8. 【請求項８】 回転移動体と、 長辺部分と短辺部分とからなりその長辺部分が前記回転
   移動体の内円接線方向に延出して自由端となり短辺部分
   が固定端となる梁部を持ち、当該梁部先端を斜めに曲げ
   て前記梁部の外側部分が前記回転移動体に接触するよう
   にした支持体と、当該支持体の梁部毎に展着した圧電体
   とからなる振動体と、を備えたことを特徴とする圧電ア
   クチュエータ。
9. 【請求項９】 回転移動体と、 長辺部分と短辺部分とからなりその長辺部分が前記回転
   移動体の内円接線方向に延出して自由端となり短辺部分
   が固定端となる梁部を持ち、この梁部が中心から離れる
   に従って厚くなり、最厚部分が前記回転移動体に接触す
   るようにした支持体と、当該支持体の梁部毎に展着した
   圧電体とからなる振動体と、を備えたことを特徴とする
   圧電アクチュエータ。
10. 【請求項１０】 回転移動体と、 長辺部分と短辺部分とからなりその長辺部分が前記回転
    移動体の内円接線方向に延出して自由端となり短辺部分
    が固定端となる梁部を持ち、この梁部外側先端に突起を
    設け、この突起が前記回転移動体に接触するようにした
    支持体と、当該支持体の梁部毎に展着した圧電体とから
    なる振動体と、を備えたことを特徴とする圧電アクチュ
    エータ。