JP5852822B2 - アクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法 - Google Patents
アクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5852822B2 JP5852822B2 JP2011199650A JP2011199650A JP5852822B2 JP 5852822 B2 JP5852822 B2 JP 5852822B2 JP 2011199650 A JP2011199650 A JP 2011199650A JP 2011199650 A JP2011199650 A JP 2011199650A JP 5852822 B2 JP5852822 B2 JP 5852822B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- actuator
- thin film
- polymer film
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims description 69
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
-
- 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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
-
- 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
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/003—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
- H02N2/0035—Cylindrical vibrators
-
- 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
- H02N2/08—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
-
- 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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/202—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement
- H10N30/2027—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement having cylindrical or annular shape
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8548—Lead-based oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/857—Macromolecular compositions
-
- 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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
ずり圧電性材料で構成された薄膜と、
前記薄膜の第1の主面に形成された第1の電極と、
前記薄膜の第2の主面に形成された第2の電極を備え、
前記第1の電極と前記第2の電極間に所定の交流電圧を印加することで前記薄膜の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させ、
前記所定の交流電圧は、前記薄膜に発生する縦波の定在波の共振周波数から所定値だけずれた周波数である。
1.全体構成
図1は、本発明の第1の実施形態に係る回転アクチュエータ2の全体構成を示す図である。図1(a)は、第1の実施形態に係る回転アクチュエータ2の全体構成の斜視図であり、図1(b)は、第1の実施形態に係る回転アクチュエータ2を構成する円筒体4の斜視図であり、更に、図1(c)は、回転作用を受ける回転体6の平面図である。
第1の実施形態の回転アクチュエータ2の製造方法について説明する。図2は、第1の実施形態に係る回転アクチュエータ2の円筒体4の製造方法を概略説明するための図である。回転アクチュエータ2の円筒体4の材料として、圧電性ポリ乳酸などからなる、ずり圧電性を有する薄膜である高分子フィルムを用いた(図2(a))。この高分子フィルム16は、厚さ35μmであり、円筒形に形成した際に高さ10cm及び直径1cmとなるような寸法を有する。
回転アクチュエータ2の動作原理を説明する。前述のように、高分子フィルム16の厚さは35μmであり、高さ(図3(a)におけるh)は10cmであり、幅(図3(b)におけるt)は円筒形状を形成したときに径が1cmとなるような長さであるとする。
まず、縦波共振について説明する。高分子フィルムとして使用する圧電性ポリ乳酸は、例えば、以下のような物性を有する。
・密度ρ=1.14×103kg/m3
・ヤング率Y=2.07GPa
このとき、縦波の速度vは、以下の数1のように求められる。
次に、高分子フィルム16の圧電性により生じる「ずり波」について説明する。圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム16は、例えば、以下のような圧電率dを有する。
・圧電率d=10pC(ピコファラッド)/N(ニュートン)
上記[3−1]及び[3−2]における、波長(λ)0.06m程度の共振する縦波と、変位10−5m程度のずり波との融合により、10kHz程度の周波数において、円筒体4上端開口にレイリー波が発生すると考えられる。前述のように、このレイリー波は擬似レイリー波である。図4(a)は、円筒体4上端開口に発生する擬似レイリー波を模式的に示した図である。
以上のように、交流電圧印加のための電極である金属が蒸着された高分子フィルム20が円筒体4を構成する、第1の実施形態に係るアクチュエータ2は、円筒体4上端に載置された回転体6を回転させる回転力源となり得る。
2.1.第2の実施形態の構成
本発明に係るアクチュエータの形態は、上述の第1の実施形態のものに限定されない。すなわち、第1の実施形態で示した、電極のための金属が蒸着された高分子フィルム20は、例えば、平板状のままで利用することもできる。図5は、電極のための金属が蒸着された平板状の高分子フィルム20’で構成される、本発明の第2の実施形態に係るアクチュエータ2’を示している。
図5に示すアクチュエータ2’、即ち、高分子フィルム20’に対して、第1の実施形態と同様に、導線14a、14bを介して共振周波数から僅かにずれた周波数の交流電圧を印加すると、高分子フィルム20’の下端縁には擬似レイリー波が発生する。上述の第1の実施形態で説明したように、この擬似レイリー波は駆動力を備える。この駆動力は点Aを介して回転盤30に伝播し、回転盤30はこの駆動力により回転動作を行う。
このように、交流電圧印加のための電極である金属が蒸着された高分子フィルム20’が平板状である、第2の実施形態に係るアクチュエータ2’は、回転盤30を回転させる駆動力源ともなり得る。なお、本願発明の発明者は、長さ5cm幅2cm程度の高分子フィルム20’によって、300g程度の回転盤30において600〜700rpm(回転/分)の回転を実現している。本実施形態のアクチュエータ2’は、例えば、ハードディスクにおける回転盤に応用できる。
3.1.第3の実施形態の構成
上述の第2の実施形態のアクチュエータ2’では、平板状の高分子フィルム20’の一点を力の作用点として利用した。本実施形態では。平板状の高分子フィルムの一辺全体を力の作用点として利用する構成を説明する。図6に、本発明の第3の実施形態に係るアクチュエータ2”を示す。
図6に示す第3の実施形態に係る高分子フィルム20”に対して、第1の実施形態と同様に、導線14a、14bを介して、共振周波数から僅かにずれた周波数の交流電圧を印加すると、高分子フィルム20”の上端縁には擬似レイリー波が発生する。上述の第1の実施形態で説明したように、この擬似レイリー波は駆動力を備える。この駆動力は高分子フィルム20”の上端縁と移動体40a、40bとの接触部を介して移動体40a、40bに伝播し、移動体40a、40bはこの駆動力により直進動作を行う。
このように、交流電圧印加のための電極である金属が蒸着された高分子フィルム20”が平板状である、第3の実施形態に係るアクチュエータ2”は、上端縁の長辺上に載置された移動体40a、40bを、上端縁の長辺上で直進させる駆動力源ともなり得る。
更に、本発明の思想は、上述の第1乃至第3の実施形態の内容に限定されるものではない。第1乃至第3の実施形態では、高分子フィルムをポリ乳酸で形成したが、本発明に係るアクチュエータは、他のずり圧電性高分子フィルム、例えばポリフッ化ビニリデンやその共重合体などで形成してもよい。すなわち、圧電により直接あるいは間接を問わずずり(shear)を生じる材料であればよい。また更に、圧電により“ずり(shear)”を生じる材料であれば、高分子フィルムに限定されず、セラミック等の他の材料でアクチュエータを形成してもよい。
Claims (8)
- ずり圧電性材料で構成された薄膜と、
前記薄膜の第1の主面に形成された第1の電極と、
前記薄膜の第2の主面に形成された第2の電極を備え、
前記第1の電極と前記第2の電極間に所定の交流電圧を印加することで前記薄膜の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させ、
前記所定の交流電圧は、前記薄膜に発生する縦波の定在波の共振周波数から所定値だけずれた周波数であることを特徴とするアクチュエータ。 - 前記薄膜が高分子フィルムで形成されることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記ずり圧電性材料は圧電性ポリ乳酸材料であることを特徴とする請求項2に記載のアクチュエータ。
- 前記薄膜を円筒状に形成し、
前記第1の電極と前記第2の電極間に所定の交流電圧が印加されたときに、前記円筒体の一の開口端において回転力が発生する
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。 - アクチュエータの一点において移動体と接触させ、その接触点において、前記第1の電極と前記第2の電極間に所定の交流電圧が印加されたときに前記移動体を回転させるための駆動力を発生する、
請求項1に記載のアクチュエータ。 - 直線状に配置されたアクチュエータの一辺上において移動体が配置され、前記第1の電極と前記第2の電極間に所定の交流電圧が印加されたときに前記移動体を前記一辺に沿って移動させるための駆動力を発生する
請求項1に記載のアクチュエータ。 - ずり圧電性材料で構成された薄膜と、前記薄膜の第1の主面に形成された第1の電極と、前記薄膜の第2の主面に形成された第2の電極とを備えたアクチュエータの駆動方法であって、
前記第1の電極と前記第2の電極間に所定の交流電圧を印加して、前記薄膜の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させ、
前記所定の交流電圧は、前記薄膜に発生する縦波の定在波の共振周波数から所定値だけずれた周波数である
ことを特徴とする駆動方法。 - 前記所定の交流電圧の周波数を、前記共振周波数から正側に所定値だけずれた第1の駆動周波数と、前記共振周波数から負側に所定値だけずれた第2の駆動周波数との間で切り替えることにより、前記駆動力の方向を切り替える
ことを特徴とする請求項7に記載の駆動方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011199650A JP5852822B2 (ja) | 2011-01-07 | 2011-09-13 | アクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法 |
US13/978,261 US9105833B2 (en) | 2011-01-07 | 2011-12-27 | Actuator and method for driving actuator |
PCT/JP2011/080275 WO2012093623A1 (ja) | 2011-01-07 | 2011-12-27 | アクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011002113 | 2011-01-07 | ||
JP2011002113 | 2011-01-07 | ||
JP2011199650A JP5852822B2 (ja) | 2011-01-07 | 2011-09-13 | アクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012157235A JP2012157235A (ja) | 2012-08-16 |
JP5852822B2 true JP5852822B2 (ja) | 2016-02-03 |
Family
ID=46457480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011199650A Active JP5852822B2 (ja) | 2011-01-07 | 2011-09-13 | アクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9105833B2 (ja) |
JP (1) | JP5852822B2 (ja) |
WO (1) | WO2012093623A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6050030B2 (ja) * | 2012-05-31 | 2016-12-21 | 帝人株式会社 | アクチュエーターおよびそれを用いた物体を移動させる方法 |
JP6035931B2 (ja) | 2012-07-13 | 2016-11-30 | ソニー株式会社 | 情報処理装置、情報処理方法、および情報処理プログラム |
CN111312027A (zh) * | 2018-12-11 | 2020-06-19 | 北京纳米能源与系统研究所 | 基于聚乳酸压电薄膜的微型马达、驱动器和盲文显示器 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2722206B2 (ja) * | 1988-06-30 | 1998-03-04 | 本多電子株式会社 | 超音波駆動装置 |
JPH0937574A (ja) * | 1995-05-12 | 1997-02-07 | Nikon Corp | 振動アクチュエータ及びその制御方法 |
DK1186063T3 (da) * | 1999-05-31 | 2006-11-13 | Nanomotion Ltd | Piezoelektrisk flerlagsmotor |
JP2001258278A (ja) * | 2000-03-15 | 2001-09-21 | Minolta Co Ltd | トラス型アクチュエータの駆動制御装置 |
JP4586754B2 (ja) | 2005-06-29 | 2010-11-24 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電アクチュエータの駆動量検出装置および電子機器 |
JP4333686B2 (ja) * | 2006-04-03 | 2009-09-16 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 |
JP2009254058A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Sony Corp | アクチュエータ、アクチュエータ装置及び可変レンズ装置 |
JP5344944B2 (ja) | 2009-02-02 | 2013-11-20 | 富士フイルム株式会社 | 振動抑制フィルム |
JP2010268630A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Nikon Corp | アクチュエータ、レンズユニット及び撮像装置 |
-
2011
- 2011-09-13 JP JP2011199650A patent/JP5852822B2/ja active Active
- 2011-12-27 WO PCT/JP2011/080275 patent/WO2012093623A1/ja active Application Filing
- 2011-12-27 US US13/978,261 patent/US9105833B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012157235A (ja) | 2012-08-16 |
US20130278180A1 (en) | 2013-10-24 |
WO2012093623A1 (ja) | 2012-07-12 |
US9105833B2 (en) | 2015-08-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4888569B2 (ja) | 超音波モータ | |
KR101239308B1 (ko) | 압전 진동자 및 초음파 모터 | |
CN106461934B (zh) | 微光机电设备及其制造方法 | |
JP6326501B2 (ja) | 超音波モータ | |
JP5852822B2 (ja) | アクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法 | |
JP2006167859A (ja) | アクチュエータ | |
WO2011052106A1 (ja) | 発電装置 | |
JP2015107053A (ja) | 超音波モータおよび同超音波モータを駆動するための方法 | |
JP2013076984A (ja) | 光走査装置 | |
JP4279308B2 (ja) | 可変容量素子および可変容量装置 | |
JP5671742B2 (ja) | 電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法およびこれを用いたmemsデバイス | |
JP5831970B2 (ja) | 発電装置、電気機器および携帯型時計 | |
JP2015184592A (ja) | 光偏向器 | |
JP4901597B2 (ja) | 振動型アクチュエータ | |
KR20040097173A (ko) | 압전 모터 및 그 구동방법 | |
JP4901598B2 (ja) | 振動型アクチュエータ | |
JPH06154191A (ja) | マイクロメカニズム装置 | |
Goda et al. | Design of multi-degree-of-freedom ultrasonic micromotors | |
JPS60183981A (ja) | 超音波モ−タ | |
JPH0491677A (ja) | 超音波モータ | |
Naoyuki et al. | 3Pb4-5 Noncontact-stepping ultrasonic motor using radial array of rectangular vibrators | |
KR101709976B1 (ko) | 4 접점을 갖는 초음파 모터 | |
JP5124429B2 (ja) | 超音波モータ | |
JP2010220410A (ja) | 超音波モータ | |
Gouda et al. | E-3 A Miniature Multi-Degree-of-Freedom Ultrasonic Motor (Bulk wave devices, High power ultrasound) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140730 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150512 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150707 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151124 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151207 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5852822 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |