JP3434672B2 - 小型回転式アクチュエータ及び小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法 - Google Patents
小型回転式アクチュエータ及び小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法Info
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】時計、カメラ、玩具、自動組
み立て装置、精密Ｘ−Ｙステージ等で動力としてに用い
られる小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法
に関する発明である。
み立て装置、精密Ｘ−Ｙステージ等で動力としてに用い
られる小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法
に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術においては、複数の屈曲振動
体を有する小型回転式アクチュエータを製作する時に、
それぞれの屈曲振動体の共振周波数のバラツキを減少さ
せるためには、より高度なプロセス技術を用いて屈曲振
動体および電歪素子（圧電体）の加工精度を向上させる
か、複数の回転式アクチュエータから良品を選別する方
法を用いることになる。しかし、加工精度の向上には限
界があり、また、良品を選別する方法では歩留まりが下
がって生産性が下がるという問題点が生じる。
体を有する小型回転式アクチュエータを製作する時に、
それぞれの屈曲振動体の共振周波数のバラツキを減少さ
せるためには、より高度なプロセス技術を用いて屈曲振
動体および電歪素子（圧電体）の加工精度を向上させる
か、複数の回転式アクチュエータから良品を選別する方
法を用いることになる。しかし、加工精度の向上には限
界があり、また、良品を選別する方法では歩留まりが下
がって生産性が下がるという問題点が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＰＺＴなどの電歪素子
を用いて屈曲振動体を駆動させようとする場合、その共
振周波数に一致する周波数の交流電圧で駆動することが
最も効率が高い。屈曲振動体の共振周波数と異なる周波
数の交流電圧で駆動させようとする場合は非常に大きな
電圧を供給しなければならず、効率が低い。また、周波
数が大きく異なる場合は、駆動させることが不可能にな
る。
を用いて屈曲振動体を駆動させようとする場合、その共
振周波数に一致する周波数の交流電圧で駆動することが
最も効率が高い。屈曲振動体の共振周波数と異なる周波
数の交流電圧で駆動させようとする場合は非常に大きな
電圧を供給しなければならず、効率が低い。また、周波
数が大きく異なる場合は、駆動させることが不可能にな
る。
【０００４】屈曲振動体の振動にともなう連続的衝撃に
より回転トルクを発生し回転体（ロータ）を駆動する方
式の回転式アクチュエータにおいては、屈曲振動体を複
数設け、同時に駆動することにより大きな回転トルクを
得ることが可能となるが、従来の技術では複数の屈曲振
動体を有する小型回転式アクチュエータを製作した時
に、それぞれの屈曲振動体の間で共振周波数のバラツキ
が大きく、正確に望みの共振周波数を持つ屈曲振動体を
得ることは困難である。そのため、１つの屈曲振動体に
適した周波数の交流電圧で駆動させようとすると共振周
波数の異なる他の屈曲振動体を駆動できなくなり、回転
の効率を高めることができない。
より回転トルクを発生し回転体（ロータ）を駆動する方
式の回転式アクチュエータにおいては、屈曲振動体を複
数設け、同時に駆動することにより大きな回転トルクを
得ることが可能となるが、従来の技術では複数の屈曲振
動体を有する小型回転式アクチュエータを製作した時
に、それぞれの屈曲振動体の間で共振周波数のバラツキ
が大きく、正確に望みの共振周波数を持つ屈曲振動体を
得ることは困難である。そのため、１つの屈曲振動体に
適した周波数の交流電圧で駆動させようとすると共振周
波数の異なる他の屈曲振動体を駆動できなくなり、回転
の効率を高めることができない。
【０００５】屈曲振動体および圧電体の加工精度を向上
することにより屈曲振動体の共振周波数のバラツキを小
さくするには製造装置や製造プロセス全般にわたる改善
が必要となり、大幅なコスト増加が避けられない。その
ため、効率の高いアクチュエータを製造することが困難
であった。
することにより屈曲振動体の共振周波数のバラツキを小
さくするには製造装置や製造プロセス全般にわたる改善
が必要となり、大幅なコスト増加が避けられない。その
ため、効率の高いアクチュエータを製造することが困難
であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、レーザービーム、イオンビームまたはプ
ラズマを用いて圧電体を切削加工することにより周波数
を補正し、複数の屈曲振動体の共振周波数のバラツキを
減少させる。また、インピーダンスアナライザによる電
気的測定またはレーザードップラ振動計による測定を行
い屈曲振動体の共振周波数を測定しながら、共振周波数
を補正する。
め、本発明は、レーザービーム、イオンビームまたはプ
ラズマを用いて圧電体を切削加工することにより周波数
を補正し、複数の屈曲振動体の共振周波数のバラツキを
減少させる。また、インピーダンスアナライザによる電
気的測定またはレーザードップラ振動計による測定を行
い屈曲振動体の共振周波数を測定しながら、共振周波数
を補正する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に説明
する。まず、電歪素子（圧電素子）を応用した回転式ア
クチュエータについて説明する。図１に実施例の小型回
転式アクチュエータの構造の概略を示す。本発明の回転
型アクチュエータは、一般的な超音波モータにおけるロ
ータにあたる回転体１と複数の屈曲振動体２を有するも
ので、屈曲振動体２は交流電圧の印加により伸縮振動作
用を生じるＰＺＴセラミックス材料またはニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウムなどの結晶材料からなる電歪
素子３と電歪効果がなく伸縮作用を生じないステンレス
スチールや銅合金などの弾性体４を接着により貼りあわ
せてある。電歪素子３に交流電圧を印加することにより
伸縮振動作用が生じるが、弾性体４は伸縮しないため、
それらが貼合わされた屈曲振動体２にはたわみが生じ、
印加された交流電圧に同期した振動を生じる。屈曲振動
体２は片持ち構造であるため、たわみを生じ、その先端
部の振動運動は垂直成分のみでなく回転体１に回転トル
クを与える水平成分を有する。屈曲振動体２の先端部が
回転体１裏面を連続的に衝撃することにより回転トルク
を発生し、回転動作を得るのである。通常屈曲振動体２
の衝撃が回転体１へ有効に伝達するようバネまたは磁石
５の引力により回転体１と屈曲振動体２を密着させる構
造をとる。磁石５を用いる場合は回転体１に鉄系材料な
どを用いれば良い。
する。まず、電歪素子（圧電素子）を応用した回転式ア
クチュエータについて説明する。図１に実施例の小型回
転式アクチュエータの構造の概略を示す。本発明の回転
型アクチュエータは、一般的な超音波モータにおけるロ
ータにあたる回転体１と複数の屈曲振動体２を有するも
ので、屈曲振動体２は交流電圧の印加により伸縮振動作
用を生じるＰＺＴセラミックス材料またはニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウムなどの結晶材料からなる電歪
素子３と電歪効果がなく伸縮作用を生じないステンレス
スチールや銅合金などの弾性体４を接着により貼りあわ
せてある。電歪素子３に交流電圧を印加することにより
伸縮振動作用が生じるが、弾性体４は伸縮しないため、
それらが貼合わされた屈曲振動体２にはたわみが生じ、
印加された交流電圧に同期した振動を生じる。屈曲振動
体２は片持ち構造であるため、たわみを生じ、その先端
部の振動運動は垂直成分のみでなく回転体１に回転トル
クを与える水平成分を有する。屈曲振動体２の先端部が
回転体１裏面を連続的に衝撃することにより回転トルク
を発生し、回転動作を得るのである。通常屈曲振動体２
の衝撃が回転体１へ有効に伝達するようバネまたは磁石
５の引力により回転体１と屈曲振動体２を密着させる構
造をとる。磁石５を用いる場合は回転体１に鉄系材料な
どを用いれば良い。
【０００８】上記のような動作原理を有する回転式アク
チュエータにおいて、大きな発生トルクを得るためには
１つの回転体１に対し複数の屈曲振動体２を設ければ良
いが、複数の屈曲振動体２のそれぞれの共振周波数は必
ずしも一致しない。屈曲振動体２は固有の共振周波数を
有するが、屈曲振動体２の共振周波数は寸法精度や電歪
素子３と弾性体４の接着強度に依存したバラツキを生じ
る。複数の屈曲振動体２の共振周波数の差が大きいと、
ある１つの屈曲振動体２の共振周波数に合致させた交流
電圧を印加する場合、他の屈曲振動体２は著しく小さな
振幅（振動変位）しか得られないか、あるいはほとんど
振動動作しないことが有る。そのような不具合が生じた
場合、振動動作しない屈曲振動体２は回転トルクを生じ
ないばかりか摩擦抵抗を生じて回転動作を阻害すること
になる。
チュエータにおいて、大きな発生トルクを得るためには
１つの回転体１に対し複数の屈曲振動体２を設ければ良
いが、複数の屈曲振動体２のそれぞれの共振周波数は必
ずしも一致しない。屈曲振動体２は固有の共振周波数を
有するが、屈曲振動体２の共振周波数は寸法精度や電歪
素子３と弾性体４の接着強度に依存したバラツキを生じ
る。複数の屈曲振動体２の共振周波数の差が大きいと、
ある１つの屈曲振動体２の共振周波数に合致させた交流
電圧を印加する場合、他の屈曲振動体２は著しく小さな
振幅（振動変位）しか得られないか、あるいはほとんど
振動動作しないことが有る。そのような不具合が生じた
場合、振動動作しない屈曲振動体２は回転トルクを生じ
ないばかりか摩擦抵抗を生じて回転動作を阻害すること
になる。
【０００９】異なる共振周波数を持つ屈曲振動体２それ
ぞれに対し個別に交流電源を与え、共振周波数のバラツ
キの問題を回避することは不可能ではないが、周波数、
位相の異なる同期しない複数の振動で回転体１を衝撃す
るため期待するような効率の向上は得られない。さら
に、複数の電源を用いることによるコスト増加がある。
以上のような問題点を根本的に解決するには屈曲振動体
２を駆動するための電歪素子３をレーザービームなどの
収束ビームにより精密に切削加工し、屈曲振動体２の共
振周波数のバラツキを補正することがもっとも有効な手
段である。
ぞれに対し個別に交流電源を与え、共振周波数のバラツ
キの問題を回避することは不可能ではないが、周波数、
位相の異なる同期しない複数の振動で回転体１を衝撃す
るため期待するような効率の向上は得られない。さら
に、複数の電源を用いることによるコスト増加がある。
以上のような問題点を根本的に解決するには屈曲振動体
２を駆動するための電歪素子３をレーザービームなどの
収束ビームにより精密に切削加工し、屈曲振動体２の共
振周波数のバラツキを補正することがもっとも有効な手
段である。
【００１０】（実施例）図１に本発明の実施例の小型回
転式アクチュエータの構造の概略を示す。実施例の小型
回転式アクチュエータは、磁石６、屈曲振動体２、回転
体１、回転軸７から構成されている。実施例の小型回転
式アクチュエータの大きさは、直径約２ｍｍである。磁
石６および回転体１は切削加工により円筒形状および円
盤形状に加工されており、その材質は非磁性のステンレ
ス鋼である。屈曲振動体２と磁石６はロウ付け法により
接合してある。回転軸７の材質は鋼であり、その表面に
は耐食、耐磨耗および摩擦抵抗低減を目的としてフッ素
樹脂コーティング処理を行ってある。軸の直径は０．５
ｍｍである。回転体１と回転軸７ははめ合わせてある。
転式アクチュエータの構造の概略を示す。実施例の小型
回転式アクチュエータは、磁石６、屈曲振動体２、回転
体１、回転軸７から構成されている。実施例の小型回転
式アクチュエータの大きさは、直径約２ｍｍである。磁
石６および回転体１は切削加工により円筒形状および円
盤形状に加工されており、その材質は非磁性のステンレ
ス鋼である。屈曲振動体２と磁石６はロウ付け法により
接合してある。回転軸７の材質は鋼であり、その表面に
は耐食、耐磨耗および摩擦抵抗低減を目的としてフッ素
樹脂コーティング処理を行ってある。軸の直径は０．５
ｍｍである。回転体１と回転軸７ははめ合わせてある。
【００１１】図２は屈曲振動体２の構造の概略を示す図
である。実施例の小型回転式アクチュエータは３つの屈
曲振動体２を有しており、回転軸７を中心とする回転対
称状に配置されている。なお、２つまたは４つ以上の屈
曲振動体を有する小型回転式アクチュエータであっても
本発明の効果は有効である。屈曲振動体２は弾性体４と
電歪素子３から構成される。電歪素子３の材質は一般的
に圧電材料と呼ばれるＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）
セラッミクスである。圧電材料は一般に、電圧を印加す
ることで伸縮する電歪効果をを有しており、ＰＺＴセラ
ミックスは特に高い特性を有しているため、超音波モー
タをはじめとする圧電アクチュエータに広く応用されて
いる材料である。実施例の小型回転式アクチュエータに
用いた電歪素子３は、ＰＺＴセラッミクスのバルク材を
ラッピング研磨により１２０μｍ厚の板材に加工し、ダ
イシングソー（ウェハ切断機）により１．３ｍｍ×０．
３５ｍｍの長方形に切り出したものである。電歪素子３
には金属電極およびＰＺＴ材料表面を保護する目的とし
て１５００オングストローム厚のアルミニウム薄膜を蒸
着してある。また、電歪効果を生じさせるための分極処
理を行ってある。弾性体４はフォトファブリケーション
およびエッチング法により加工され、その材質は非磁性
のステンレス鋼で、厚さは０．１ｍｍである。電歪素子
３は弾性体４とエポキシ系接着剤により接着されてお
り、電歪素子３表面の金属電極８には超音波式ワイヤボ
ンダー装置を用いて電気配線されおり、電歪素子３を駆
動する電圧を印加することができる。
である。実施例の小型回転式アクチュエータは３つの屈
曲振動体２を有しており、回転軸７を中心とする回転対
称状に配置されている。なお、２つまたは４つ以上の屈
曲振動体を有する小型回転式アクチュエータであっても
本発明の効果は有効である。屈曲振動体２は弾性体４と
電歪素子３から構成される。電歪素子３の材質は一般的
に圧電材料と呼ばれるＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）
セラッミクスである。圧電材料は一般に、電圧を印加す
ることで伸縮する電歪効果をを有しており、ＰＺＴセラ
ミックスは特に高い特性を有しているため、超音波モー
タをはじめとする圧電アクチュエータに広く応用されて
いる材料である。実施例の小型回転式アクチュエータに
用いた電歪素子３は、ＰＺＴセラッミクスのバルク材を
ラッピング研磨により１２０μｍ厚の板材に加工し、ダ
イシングソー（ウェハ切断機）により１．３ｍｍ×０．
３５ｍｍの長方形に切り出したものである。電歪素子３
には金属電極およびＰＺＴ材料表面を保護する目的とし
て１５００オングストローム厚のアルミニウム薄膜を蒸
着してある。また、電歪効果を生じさせるための分極処
理を行ってある。弾性体４はフォトファブリケーション
およびエッチング法により加工され、その材質は非磁性
のステンレス鋼で、厚さは０．１ｍｍである。電歪素子
３は弾性体４とエポキシ系接着剤により接着されてお
り、電歪素子３表面の金属電極８には超音波式ワイヤボ
ンダー装置を用いて電気配線されおり、電歪素子３を駆
動する電圧を印加することができる。
【００１２】実施例の小型回転式アクチュエータの電歪
素子３に交流電源である発振器により交流電圧を印加す
るとその電圧の正負に応じて面方向に伸縮するが、接着
されている弾性体４は伸縮しないため、電歪素子３が伸
びる時は屈曲振動体２は上方へたわみ、逆に電歪素子３
が縮む時は下方へたわみ、これが連続することで屈曲振
動体２の先端部が上下に屈曲振動する。屈曲振動体２の
先端部が大きな振幅で振動するのに対し、もう一端の磁
石６に固定された側の振幅は小さい。図３に屈曲振動体
の動作の概略を示す。この屈曲振動体の共振周波数に一
致する周波数の交流電圧を与えた時に最も大きい振幅を
もって高い効率で振動する。以上に述べた実施例の小型
回転式アクチュエータの屈曲振動体２にインピーダンス
アナライザを接続し、電気的に共振周波数を測定した。
インピーダンスアナライザから入力する交流電圧の周波
数を走査しながら屈曲振動体２のアドミッタンスを測定
するとある周波数においてアドミッタンスが大きなピー
クを持つ。このときの周波数がその屈曲振動体２の共振
周波数である。
素子３に交流電源である発振器により交流電圧を印加す
るとその電圧の正負に応じて面方向に伸縮するが、接着
されている弾性体４は伸縮しないため、電歪素子３が伸
びる時は屈曲振動体２は上方へたわみ、逆に電歪素子３
が縮む時は下方へたわみ、これが連続することで屈曲振
動体２の先端部が上下に屈曲振動する。屈曲振動体２の
先端部が大きな振幅で振動するのに対し、もう一端の磁
石６に固定された側の振幅は小さい。図３に屈曲振動体
の動作の概略を示す。この屈曲振動体の共振周波数に一
致する周波数の交流電圧を与えた時に最も大きい振幅を
もって高い効率で振動する。以上に述べた実施例の小型
回転式アクチュエータの屈曲振動体２にインピーダンス
アナライザを接続し、電気的に共振周波数を測定した。
インピーダンスアナライザから入力する交流電圧の周波
数を走査しながら屈曲振動体２のアドミッタンスを測定
するとある周波数においてアドミッタンスが大きなピー
クを持つ。このときの周波数がその屈曲振動体２の共振
周波数である。
【００１３】図４に実施例の小型回転式アクチュエータ
の屈曲振動体２の共振周波数を測定した例を示す。実施
例の小型回転式アクチュエータは屈曲振動体２を３つ有
するので、それぞれを屈曲振動体Ａ、屈曲振動体Ｂ、屈
曲振動体Ｃと区別することとする。横軸はインピーダン
スアナライザから入力している交流電圧の周波数（ｋＨ
ｚ）、縦軸は電流の流れやすさを示すアドミッタンス
（任意単位）である。鋭いピークは屈曲振動体２の共振
周波数であり、その周波数において効率良く電力が屈曲
振動体２の振動エネルギーに変換されていることを示し
ている。共振周波数の測定には前述のインピーダンスア
ナライザを用いる方法が手軽であるが、レーザードップ
ラ振動計を用いて屈曲振動体の振幅（振動変位量）を計
測しても良い。最も大きな振幅が得られる周波数が共振
周波数である。レーザードップラ振動計の原理などにつ
いては、「計測技術」誌’９１−１０号を参照すると良
い。
の屈曲振動体２の共振周波数を測定した例を示す。実施
例の小型回転式アクチュエータは屈曲振動体２を３つ有
するので、それぞれを屈曲振動体Ａ、屈曲振動体Ｂ、屈
曲振動体Ｃと区別することとする。横軸はインピーダン
スアナライザから入力している交流電圧の周波数（ｋＨ
ｚ）、縦軸は電流の流れやすさを示すアドミッタンス
（任意単位）である。鋭いピークは屈曲振動体２の共振
周波数であり、その周波数において効率良く電力が屈曲
振動体２の振動エネルギーに変換されていることを示し
ている。共振周波数の測定には前述のインピーダンスア
ナライザを用いる方法が手軽であるが、レーザードップ
ラ振動計を用いて屈曲振動体の振幅（振動変位量）を計
測しても良い。最も大きな振幅が得られる周波数が共振
周波数である。レーザードップラ振動計の原理などにつ
いては、「計測技術」誌’９１−１０号を参照すると良
い。
【００１４】屈曲振動体２の共振周波数を補正する前の
小型回転型アクチュエータの屈曲振動体２に発振器を接
続し、屈曲振動体Ｂおよび屈曲振動体Ｃの共振周波数に
近い４６０Ｈｚの交流電圧を印加した。発振器の出力電
圧が５Ｖｐｐでは回転体１が回転動作せず、１０Ｖｐｐ
まで上げたところ約１００ｒｐｍで回転動作した。図４
に示す測定においては、実施例の小型回転式アクチュエ
ータの屈曲振動体２の共振周波数のバラツキを補正して
いないため、屈曲振動体Ｂおよび屈曲振動体Ｃに対し屈
曲振動体Ａの共振周波数はやや低いことがわかる。一般
的に片持ちの振動片は、その長さが長いほど共振周波数
が低く、短いほど共振周波数が高くなる。したがって、
屈曲振動体Ａの電歪素子３の長さが短くなるように加工
して共振周波数が高くなるように補正すれば３つの屈曲
振動体２の共振周波数のバラツキを小さくできる。
小型回転型アクチュエータの屈曲振動体２に発振器を接
続し、屈曲振動体Ｂおよび屈曲振動体Ｃの共振周波数に
近い４６０Ｈｚの交流電圧を印加した。発振器の出力電
圧が５Ｖｐｐでは回転体１が回転動作せず、１０Ｖｐｐ
まで上げたところ約１００ｒｐｍで回転動作した。図４
に示す測定においては、実施例の小型回転式アクチュエ
ータの屈曲振動体２の共振周波数のバラツキを補正して
いないため、屈曲振動体Ｂおよび屈曲振動体Ｃに対し屈
曲振動体Ａの共振周波数はやや低いことがわかる。一般
的に片持ちの振動片は、その長さが長いほど共振周波数
が低く、短いほど共振周波数が高くなる。したがって、
屈曲振動体Ａの電歪素子３の長さが短くなるように加工
して共振周波数が高くなるように補正すれば３つの屈曲
振動体２の共振周波数のバラツキを小さくできる。
【００１５】実施例のような大きさが数ｍｍ程度の小型
の回転式アクチュエータの屈曲振動体２の共振周波数を
補正するような精密作業においては、たとえばフライス
盤のような機械的切削加工は適していない。電歪素子３
の材料となるＰＺＴセラミックスなどの脆性材料では、
一般的に機械的切削加工は困難であり、また本発明の対
象とする小型回転式アクチュエータの屈曲振動体２は機
械加工を施すために強固に固定することが困難であり、
レーザービームまたはイオンビームなどのビーム加工法
を用いる必要がある。
の回転式アクチュエータの屈曲振動体２の共振周波数を
補正するような精密作業においては、たとえばフライス
盤のような機械的切削加工は適していない。電歪素子３
の材料となるＰＺＴセラミックスなどの脆性材料では、
一般的に機械的切削加工は困難であり、また本発明の対
象とする小型回転式アクチュエータの屈曲振動体２は機
械加工を施すために強固に固定することが困難であり、
レーザービームまたはイオンビームなどのビーム加工法
を用いる必要がある。
【００１６】図６に実施例の小型回転式アクチュエータ
のエキシマレーザーによる電歪素子の加工方法を模式的
に示す。小型回転式アクチュエータはＸ−Ｙステージ上
に固定され、レーザーで加工する位置を精密に補正でき
る。加工中に屈曲振動体２の共振周波数を測定できるよ
うに、インピーダンスアナライザを接続する。加工用の
レーザーは材料に対して熱的影響の少ないとされるエキ
シマレーザーを用いた。エキシマレーザー発振装置から
発したレーザービームはミラー９で反射されて、レンズ
１０およびスリットを開けたマスク１１により絞られて
電歪素子３に達し、電歪素子３の一部を蒸発させて加工
することができる。実施例ではレーザービームのエネル
ギーを６００ｍＪ、レーザーパルスくり返し周波数を５
０Ｈｚとし、レーザーパルス照射１００ショットごとイ
ンピーダンスアナライザーにより屈曲振動体２の共振周
波数を計測した。
のエキシマレーザーによる電歪素子の加工方法を模式的
に示す。小型回転式アクチュエータはＸ−Ｙステージ上
に固定され、レーザーで加工する位置を精密に補正でき
る。加工中に屈曲振動体２の共振周波数を測定できるよ
うに、インピーダンスアナライザを接続する。加工用の
レーザーは材料に対して熱的影響の少ないとされるエキ
シマレーザーを用いた。エキシマレーザー発振装置から
発したレーザービームはミラー９で反射されて、レンズ
１０およびスリットを開けたマスク１１により絞られて
電歪素子３に達し、電歪素子３の一部を蒸発させて加工
することができる。実施例ではレーザービームのエネル
ギーを６００ｍＪ、レーザーパルスくり返し周波数を５
０Ｈｚとし、レーザーパルス照射１００ショットごとイ
ンピーダンスアナライザーにより屈曲振動体２の共振周
波数を計測した。
【００１７】以上のように共振周波数を補正した屈曲振
動体の共振周波数を図５に示す。レーザー加工によって
屈曲振動体Ａの共振周波数は高くなり、屈曲振動体Ｂお
よび屈曲振動体Ｃに近付き、バラツキが小さくなってい
る。上に述べた周波数の補正方法をフローチャートの形
に示す。図中、（Ａ）より（Ｂ）までは屈曲振動体の製
作を示し、（Ｂ）より（Ｄ）までが屈曲振動体の周波数
補正方法を示している。
動体の共振周波数を図５に示す。レーザー加工によって
屈曲振動体Ａの共振周波数は高くなり、屈曲振動体Ｂお
よび屈曲振動体Ｃに近付き、バラツキが小さくなってい
る。上に述べた周波数の補正方法をフローチャートの形
に示す。図中、（Ａ）より（Ｂ）までは屈曲振動体の製
作を示し、（Ｂ）より（Ｄ）までが屈曲振動体の周波数
補正方法を示している。
【００１８】図７は本発明の補正方法の工程を示す図で
ある。まず、ステンレス鋼などの金属板からエッチング
法により弾性体を製作し、また、圧電性セラッミクス材
料（圧電体）をダイシング法により切り出して電歪素子
を製作する。つぎに弾性体と電歪素子を接着して屈曲振
動体とする。電歪素子表面の金属電極に金属導線をワイ
ヤボンディングして、屈曲振動を励起するための電圧を
印加する配線とする。
ある。まず、ステンレス鋼などの金属板からエッチング
法により弾性体を製作し、また、圧電性セラッミクス材
料（圧電体）をダイシング法により切り出して電歪素子
を製作する。つぎに弾性体と電歪素子を接着して屈曲振
動体とする。電歪素子表面の金属電極に金属導線をワイ
ヤボンディングして、屈曲振動を励起するための電圧を
印加する配線とする。
【００１９】以上のように製作した屈曲振動体について
（Ｂ）以降の工程でその共振周波数を補正する。 ま
ず、３つの屈曲振動体Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの共振周波
数を測定する。共振周波数の測定にはインピーダンスア
ナライザまたはレーザードップラ振動計を用いる。測定
した共振周波数のうち最も高いものを基準周波数として
選択する。エキシマレーザーで電歪素子を除去加工した
場合、寸法が短くなり共振周波数が高くなるため、周波
数を下げるような補正は不可能だからである。具体的に
は、屈曲振動体Ａ、Ｂ、Ｃの共振周波数をｆa、ｆb、ｆ
cとしたとき、例えば、もし周波数ｆaがもっとも高かっ
た場合は、屈曲振動体ＢおよびＣについて周波数の補正
を行い、３つの周波数の差を低減させる。屈曲振動体Ｂ
の電歪素子をエキシマレーザーにより除去加工し、再
び、その共振周波数ｆbを測定する。そして、屈曲振動
体Ａの共振周波数ｆaと屈曲振動体Ｂの共振周波数ｆbの
差が５ｋＨｚ以下になるまで、図７の（Ｃ）以降の周波
数補正工程を繰り返す。次に屈曲振動体Ｃについて同じ
く（Ｃ）以降の工程を実施する。
（Ｂ）以降の工程でその共振周波数を補正する。 ま
ず、３つの屈曲振動体Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの共振周波
数を測定する。共振周波数の測定にはインピーダンスア
ナライザまたはレーザードップラ振動計を用いる。測定
した共振周波数のうち最も高いものを基準周波数として
選択する。エキシマレーザーで電歪素子を除去加工した
場合、寸法が短くなり共振周波数が高くなるため、周波
数を下げるような補正は不可能だからである。具体的に
は、屈曲振動体Ａ、Ｂ、Ｃの共振周波数をｆa、ｆb、ｆ
cとしたとき、例えば、もし周波数ｆaがもっとも高かっ
た場合は、屈曲振動体ＢおよびＣについて周波数の補正
を行い、３つの周波数の差を低減させる。屈曲振動体Ｂ
の電歪素子をエキシマレーザーにより除去加工し、再
び、その共振周波数ｆbを測定する。そして、屈曲振動
体Ａの共振周波数ｆaと屈曲振動体Ｂの共振周波数ｆbの
差が５ｋＨｚ以下になるまで、図７の（Ｃ）以降の周波
数補正工程を繰り返す。次に屈曲振動体Ｃについて同じ
く（Ｃ）以降の工程を実施する。
【００２０】なお、ＧＰ−ＩＢなどのデジタルインター
フェース機構を用いたインピーダンスアナライザを用い
てコンピュータに接続することにより上記の工程をプロ
グラミングによる自動化運転とすることも可能である。
以上のように屈曲振動体２の共振周波数を補正した実施
例の小型回転アクチュエータに発振器を接続し、４６０
ｋＨｚの交流電圧を与えたところ、５Ｖｐｐで約９０ｒ
ｐｍの回転動作が得られた。発振器の出力電圧を１０Ｖ
ｐｐとすると２００ｒｐｍ以上の回転動作が得られた。
本発明により屈曲振動体２の共振周波数を補正しない場
合に比べて効率の高い小型回転式アクチュエータを実現
することができた。
フェース機構を用いたインピーダンスアナライザを用い
てコンピュータに接続することにより上記の工程をプロ
グラミングによる自動化運転とすることも可能である。
以上のように屈曲振動体２の共振周波数を補正した実施
例の小型回転アクチュエータに発振器を接続し、４６０
ｋＨｚの交流電圧を与えたところ、５Ｖｐｐで約９０ｒ
ｐｍの回転動作が得られた。発振器の出力電圧を１０Ｖ
ｐｐとすると２００ｒｐｍ以上の回転動作が得られた。
本発明により屈曲振動体２の共振周波数を補正しない場
合に比べて効率の高い小型回転式アクチュエータを実現
することができた。
【００２１】
【発明の効果】本発明の方法で屈曲振動体の共振周波数
を補正することにより、直径数ｍｍの小型形状であって
も効率良くトルクを発生し、優れた回転式アクチュエー
タを実現することができる。
を補正することにより、直径数ｍｍの小型形状であって
も効率良くトルクを発生し、優れた回転式アクチュエー
タを実現することができる。
【図１】本発明の小型回転式アクチュエータの一実施例
の構造を示す図
の構造を示す図
【図２】本発明の屈曲振動体の構造を示す図
【図３】本発明の屈曲振動体の動作を示す図
【図４】本発明の屈曲振動体の共振周波数を示す図
【図５】本発明の共振周波数を補正した屈曲振動体の共
振周波数を示す図
振周波数を示す図
【図６】本発明の共振周波数補正方法を模式的に示す図
【図７】本発明の共振周波数補正方法の工程を示す図
１ 回転体
２ 屈曲振動体
３ 電歪素子
４ 弾性体
５ 磁石
６ 軸受
７ 回転軸
８ 金属電極
９ ミラー
１０ レンズ
１１ マスク
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−285575（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−123106（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−308786（ＪＰ，Ａ)
実開 平５−67194（ＪＰ，Ｕ)
特許3190613（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02N 2/00
Claims (3)
- 【請求項１】 回転体と、 前記回転体に対向配置され、一端固定他端自由でありか
つ、それぞれ前記回転体に回転トルクを与える方向に延
出した片持ち梁を３つ持つ弾性体と、 前記弾性体の３つの片持ち梁毎に貼設した３つの電歪素
子とからなる３つの屈曲振動体とを備え、 前記３つの屈曲振動体が略同一の共振周波数を有し、前
記３つの電歪素子が前記共振周波数と略同一周波数で略
同一位相の駆動電圧を印加されることを特徴とする小型
回転式アクチュエータ。 - 【請求項２】 回転体と、前記回転体に対向配置され、
一端固定他端自由でありかつ、それぞれ前記回転体に回
転トルクを与える方向に延出した片持ち梁を３つ持つ弾
性体と、前記弾性体の３つの片持ち梁毎に貼設した３つ
の電歪素子とからなる３つの屈曲振動体とを備える小型
回転式アクチュエータの共振周波数補正方法であり、 屈曲振動体を駆動するための電歪素子を加工することに
より、前記３つの屈曲振動体の共振周波数のバラツキを
減少させ略同一の共振周波数とすることを特徴とする小
型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法。 - 【請求項３】 前記３つの屈曲振動体それぞれの共振周
波数を測定し、前記３つの屈曲振動体の共振周波数のう
ちで最も高いものを基準周波数とし、前記基準周波数を
有する屈曲振動体を除く他の屈曲振動体の共振周波数と
前記基準周波数とを比較し、その差が５ｋＨｚ以下とな
るまで前記他の屈曲振動体の電歪素子を加工することを
特徴とする請求項２記載の小型回転式アクチュエータの
共振周波数補正方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14071397A JP3434672B2 (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 小型回転式アクチュエータ及び小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法 |
| US09/201,181 US6307299B1 (en) | 1997-05-29 | 1998-11-30 | Method of correcting a resonance frequency of a small rotary actuator |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14071397A JP3434672B2 (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 小型回転式アクチュエータ及び小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法 |
| US09/201,181 US6307299B1 (en) | 1997-05-29 | 1998-11-30 | Method of correcting a resonance frequency of a small rotary actuator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10337052A JPH10337052A (ja) | 1998-12-18 |
| JP3434672B2 true JP3434672B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=26473150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14071397A Expired - Fee Related JP3434672B2 (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 小型回転式アクチュエータ及び小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6307299B1 (ja) |
| JP (1) | JP3434672B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO1999013300A1 (en) * | 1997-09-08 | 1999-03-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Mass sensor and mass detection method |
| JP3939048B2 (ja) * | 1999-05-17 | 2007-06-27 | セイコーインスツル株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| JP3473556B2 (ja) * | 2000-07-07 | 2003-12-08 | 株式会社村田製作所 | 圧電共振子の周波数調整方法 |
| US6595058B2 (en) * | 2001-06-19 | 2003-07-22 | Computed Ultrasound Global Inc. | Method and apparatus for determining dynamic response of microstructure by using pulsed broad bandwidth ultrasonic transducer as BAW hammer |
| JP4288914B2 (ja) * | 2002-08-21 | 2009-07-01 | パナソニック株式会社 | 共振デバイスの製造方法 |
| JP2006304425A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Olympus Corp | 超音波モータの運転方法 |
| JP2006320089A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Brother Ind Ltd | アクチュエータ、アクチュエータの製造方法、焦点可変装置、光走査装置及び画像表示装置 |
| JP4767726B2 (ja) * | 2006-03-13 | 2011-09-07 | 富士フイルム株式会社 | 超音波アクチュエータ |
| JP2008043133A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Hitachi Via Mechanics Ltd | 揺動アクチュエータ装置およびレーザ加工装置 |
| WO2009128546A1 (ja) | 2008-04-18 | 2009-10-22 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪デバイスの検査方法及び検査装置、並びに圧電／電歪デバイスの調整方法 |
| CN110492785A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-11-22 | 南京航空航天大学 | 一种十字梁旋转型超声电机及其控制方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3716828A (en) * | 1970-02-02 | 1973-02-13 | Dynamics Corp Massa Div | Electroacoustic transducer with improved shock resistance |
| US4004166A (en) * | 1975-03-12 | 1977-01-18 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Method for stabilizing the vibration frequency of a tuning fork-type quartz crystal oscillator |
| JPS562722A (en) * | 1979-06-20 | 1981-01-13 | Hosiden Electronics Co Ltd | Frequency adjusting unit of tuning fork type vibrator |
| FR2464595A1 (fr) * | 1979-08-31 | 1981-03-06 | Ebauches Sa | Procede de detection d'asymetrie de resonateurs a cristal piezoelectrique en forme de diapason et resonateurs pour sa mise en oeuvre |
| US4455500A (en) * | 1983-07-28 | 1984-06-19 | Western Geophysical Company Of America | Sensitivity and capacitance adjustment method for piezoelectric accelerometers |
| JPS60123106A (ja) | 1983-12-06 | 1985-07-01 | Nec Corp | 周波数トリミング法 |
| US4505014A (en) * | 1983-12-19 | 1985-03-19 | Litton Resources Systems, Inc. | Accelerometer manufacturing method |
| JPH03285575A (ja) | 1990-03-30 | 1991-12-16 | Nissan Motor Co Ltd | 超音波モーター |
| CA2088234C (en) * | 1992-01-29 | 1999-09-14 | Akio Atsuta | A vibration driven motor or actuator |
| JP3239542B2 (ja) * | 1993-06-21 | 2001-12-17 | 株式会社村田製作所 | 振動ジャイロの調整装置 |
| US5850117A (en) * | 1995-06-15 | 1998-12-15 | Nikon Corporation | Vibration Actuator and adjustment method therefor |
-
1997
- 1997-05-29 JP JP14071397A patent/JP3434672B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-11-30 US US09/201,181 patent/US6307299B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US6307299B1 (en) | 2001-10-23 |
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