JPH02159982A

JPH02159982A - 圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH02159982A
Application number: JP63315520A
Authority: JP
Inventors: Nobutoshi Sasaki; 佐々木　信俊; Akira Endo; 晃遠藤
Original assignee: Marcon Electronics Co Ltd
Current assignee: Marcon Electronics Co Ltd
Priority date: 1988-12-13
Filing date: 1988-12-13
Publication date: 1990-06-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、被駆動体に駆動力を与える圧電アクチュエ
ータに関し、更に詳しくは複数の圧電振動子の組合せに
より被駆動体に駆動力を与える圧電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。

高分子圧電体又はこれらの複合材料からなる変位素子を
用いた圧電アクチュエータが知られている。例えば、バ
イモルフ型やランジュバン振動子などであるが、これら
の変位素子はその変位−が数μｍ〜数履程度と小さく、
大きな変位量を必要とする用途への使用には不適であっ
た。

この変位量を補うものとしてインチワームと叶ばれるア
クチュエータもあるが、機械的動作による移動を基本と
するため、駆動周波数はあまり大きくできないので大き
な移動速度は望めず数α／分程度である。更に構造上高
精度であることを要するので、数μｍオーダーの誤差が
性能に大きく影響し、動作しなかつたり、動作不安定に
なるなどの欠点があった。また、機械的な接触が断続的
に行われることから、騒音の発生が避けられない問題も
あった。

また、弾性進行波型と呼ばれる超音波モータもあるが、
弾性体レール上に骨性進行波を発生せしめるものである
ため、駆動周波数と機械的寸法が厳密な関係を有してお
り、特に機械的寸法精度が厳しく調整も難しい。更に駆
動周波数や圧電振動子の共振周波数の変化によって動作
しなかったり、動作不安定になるなどの欠点もあった。

更に前記したように、駆動周波数と機械的寸法の間には
厳密な関係があるので、小形化するには駆動周波数を上
げる必要があるが、圧電振動子の特性や取り出し得るエ
ネルギーの大きさ及び効率の点から、該弾性進行波型超
音波モータの駆動周波数は高くても８０ＫＨｚ止まりで
あり小形化は非常に困難であった。

圧電体を用いた駆動方式としては特開昭６１−１８５０
８１号公報に示されたものがあるが、往復運動を行わせ
るのに、被駆動体移動方向に伸縮する圧電体の伸びと収
縮をそれぞれ往及び復の駆動力に利用するため、伸びと
収縮それぞれの特性の差による速度及び駆動力のムラ、
圧電体に加わる応力の違いによる圧電体の破損などの問
題があった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、以上の点に基づいて成されたもので、圧電振
動子を用いて被駆動体に駆動力を安定に伝達する小形、
＾性能な圧電アクチ１エタを提供することを目的とした
ものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明になる圧電アクチュエータは、中央部を固定され
た軸方向に振動する第１の圧電振動子と、この第１の圧
電振動子の両端に固着した連結体と、この連結体に一端
面を固定された前記第１の圧電振動子の振動方向と角度
を成した方向に振動する第２及び第３の圧電振動子と、
この第２及び第３の圧Ｗ１撮動子の他端面に固着された
駆動体と、この駆動体に加圧接触させた移動体とを具備
したものであり、上記圧ｍｉ動子の中から駆動する圧電
振動子の組合せを選び、この振動を移動体に伝達するも
のである。

（作　用）第１図が本発明の構成図である。

軸方向に振動する第１の圧電振動子１の中央近傍を基台
７に固定し、この固定部分以外の第１の圧１１１！振動
子１の各部は自由に伸縮可能な状態に保ち、第１の圧電
振動子１の両端にそれぞれ連結体４．４′を設け、この
連結体４．４′に前記第１の圧電振動子１のＩＩ！１方
向とは角度を成して振動する第２．第３の圧電振動子２
，３端部を取付けるとともに、この第２．第３の圧電振
動子２，３の他端に駆動体５．５′を取付け、かつこの
駆動体５，５′に被駆動体である移動体６を加圧接触さ
せて、これら圧電振動子の内から駆動する圧電振動子の
組合せを選ぶことにより、これら圧Ｗ１＠動子の振動を
前記移動体６の移動力として伝達する構成をもつ。

この構成になる圧電アクチュエータの作用を第２図をも
とに説明する。

第２図（ａ）に示すように、第２の圧電振動子２を電気
的に駆動すると、この圧電振動子２は矢符イ方向に物理
的な伸びを発生し、駆動体５を介し移動体６をわずか持
ち上げる。次に第２図（ｂ）に示すように、前記第２の
圧電振動子２を駆動したまま第１の圧電振動子１を電気
的に駆動づると、第１の圧電振動子１は矢符口方向に伸
びるため、移動体６は矢符ホ方向に第１の圧電振動子１
の伸びた分だ番プ直線移動する。

次に第２図（Ｃ）に示すように、第１の圧電振動子１を
駆動したまま第３の圧電振動子３を電気的に駆動すると
、第３の圧電振動子３は矢符凸方向に伸び移動体６を押
し上げるので、第２の圧電振動子２の駆動をやめ、第２
の圧電振動子２を矢符へ方向に収縮させると、移動体６
は第３の圧Ｗ１振動子３により駆動体５を介して保持さ
れる。次に第２図（ｄ）のように、第３の圧ｌ！振！ｌ
Ｊ子３を駆動したまま第１の圧電振動子１の駆動をやめ
ると第１の圧電振動子１は矢符二の方向に収縮するので
、第３．の圧電振動子３によって保持された移動体６は
矢符ホの方向に再び移動する。

また、矢符ホと反対方向に移動させるには、以上述べた
手順を逆に行うことによって容易に実現することができ
る。

′（実施例）第３図が本発明の一実施例を示す透視図である。以下、
この図を用いて実施例を説明する。

ＰＺＴ’、チタン酸バリウムなどを主成分とする圧電性
セラミックからなる第１の圧電撮動子１は、軸方向の中
央部を固定子９と止めネジ１０により基台７に固定され
る。この第１の圧Ｗｉｌｆ！動子１の両端には金属体を
接着材で固着し連結体４，４′とし、この連結体上４，
４′に第１の圧電振動子１の振動方向と直角方向に振動
するように第２；第３の圧電振動子２．３を接着固定す
るとともに、これら第２．第３の圧電振動子２．３の固
定端とは反対側の端部に金属片を接着し、駆動体５．５
′とする。この駆動体５，５′に接触するように移動体
６を配置し、かつ、保持枠１１．１１’の内部に設置さ
れた板バネ８．８′によって移動体６を駆動体５．５′
に加圧している。

今この状態で第４図に示す電気的波形をそれぞれの圧電
振動子に印加し駆動すると、先に作用で説明したとおり
移動体６は直進運動を行った。また、第５図に示す電気
的波形をそれぞれの圧電振動子に印加し駆動すると、駆
動体５及び５′の質点は、圧Ｗｉ振動子１と圧電撮動子
２又は圧電振動子１と圧電振動子３の運動ベクトルの合
成によって第６図に示されたような円又は楕円運動を行
うので、この駆動体の上に加圧接触した移動体６は円運
動の回転方向に移動を行う。

本実施例によれば、第４図に示したパルス的駆動法で駆
動信号周波数を１６ＫＨ２としたとき素子の振幅が１．
２ｕｍで約１８　ａｓ　／　ｓｅｃの移動速度が得られ
た。

このように本発明によれば、極めて筒中な構造で安定な
直進運動を得ることかでき、圧電撮動子に印加する駆動
信号のタイミングあるいは位相を変えることによ、って
正進、逆進が自由に実現できる。

また、特開昭６１−１８５０８１＠公報に示されたもの
は、被駆動体が移動するのは一方向の移動について移動
に関する圧電振動子が伸び又は収縮のいずれかの場合で
あるのに対し、本発明は一方向の移動について移動に関
わる圧電振動子、ずなわち第１の圧電振動子の伸びと収
縮のいずれの場合も移動体を移動させる駆動力が得られ
るので、移動速度の脈動が極めて小さく、安定した動き
が得られるのに加え、伸び。

収縮それぞれについての移動距離が特開昭６１−１８５
０８１号公報に示された例の半分になるため、移動体が
移動力を受けるときに圧電振動子が受ける機械的応力を
小さくすることができるので、圧電振動子の損傷も少な
く、信頼性の高い圧電アクチュエータを実現することが
できる。更に、一方向の移動に圧電撮動子の伸び。

収縮あるいは双方の特性を使うために圧電振動子の伸び
と収縮に特性差があっても被駆動体の移動に影響は現わ
れず、往復における速度や推力のムラも極めて小さく押
えることができる。

また、連結体、駆動体が金属の場合について述べたが、
力の伝達ができれば他の材、質でもかまわない。そして
、圧電＠動子は圧電セラミック。

電歪セラミック、圧電高分子の単板又は積層体を用いて
もよい。

〔発明の効！１！］的１１１な構造で移動時の脈動が少なく、往復運動時の
速度ムラ、推力のムラが少なく、圧電振動子の受ける応
力も小さく押えることができるので、圧電振動子の破損
のない極めて信頼性の高い圧電アクチュエータを実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる圧電アクチュエータの構成図、第
２図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明になる圧電アク
チュエータの動作順序をそれぞれ説明する原理図、第３
図は本発明になる圧電アクチュエータの一実施例を示す
透視図、第４図は実施例に係るパルス波による駆動波形
のタイミング図、第５図は実施例に係る正弦波による駆
動波形のタイミング図、第６図は第５図に示した正弦波
で駆動したとき駆動体に現われる質点連動を示す説明図
である。１・・・第１の圧電振動子２・・・第２の圧電振動子３・・・第３の圧ｍ振動子４．４′・・・連結体５．５′・・・駆動体６・・・移動体７・・・基台８・・・板バネ特許　　出　　願　　人マルコン電子株式会社（Ｃ）（（ｊ）圧電アクチュエータの動作順序の原理図第　　２　　図１第１ノ圧７Ｉｉｗ１勤子パルス波による駆動波形のタイミング図第　　４　　図正弦波による駆動波形のタイミング図第　　５　　図質点連動の説明図第　　６　　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中央部を固定された軸方向に振動する第１の圧電
振動子と、この第１の圧電振動子の両端に固着した連結
体と、この連結体に一端面を固定された前記第１の圧電
振動子の振動方向と角度を成した方向に振動する第２及
び第３の圧電振動子と、この第２及び第３の圧電振動子
の他端面に固着された駆動体と、この駆動体に加圧接触
させた移動体とを具備した圧電アクチュエータ。
（２）圧電振動子が圧電セラミック，電歪セラミック，
圧電高分子の単板又は積層体からなる請求項（１）記載
の圧電アクチュエータ。