JPH05111268A - 圧電アクチユエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 構造が簡単かつ小型化が容易な圧電アクチュ
エータを提供する。 ［構成］ たわみ振動する板状の弾性体１の振動面に圧
電素子２を接合して第１の圧電振動体３と第２の圧電振
動体４を形成する。上記振動面を直交させ、第１の圧電
振動体３と第２の圧電振動体４をそれぞれの長さ方向の
一端で接合して振動子５を形成する。第１の圧電振動体
３の他端を固定部６に接続し、第２の圧電振動体４の他
端に被駆動体の駆動部材７を接続する。第１の圧電振動
体３および第２の圧電振動体４のそれぞれの振動面に接
合した圧電素子２に、位相の異なる高周波電圧を印加
し、駆動部材７に楕円振動を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子を利用したア
クチュエータに係り、特に小型化、低周波化が可能な回
転型、円弧往復型および直動型等の圧電アクチュエータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に使用される回転型のアクチ
ュエータとしては、例えば特公平１−１７３５３号公報
に記載された進行波型超音波モータが知られている。か
かる圧電アクチュエータは、リング状等の弾性体からな
る振動子の表面に超音波により進行波を生じさせ、この
進行波によって生じる楕円振動により振動子に押し当て
られた被駆動体を摩擦駆動するもので、高効率、高トル
クおよび低回転かつ非駆動時の保持力が強い等の特徴を
有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記圧電アク
チュエータは、リング状弾性体の全外周に圧電素子を分
割して設けることにより弾性体に進行波に生じさせてい
るが、圧電素子の分極、電極構成および配線等が複雑と
なり、製造コストが上昇する問題点があった。また、圧
電アクチュエータを小型化する場合、駆動周波数がステ
ータの形状により決定されるため、駆動回転として周波
数が数百ＫＨｚ以上の高周波数回路が必要になり、駆動
回路の作成が困難になる問題点があった。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、構造が簡単で小型化が容易であり、かつ小
型化しても駆動周波数が低周波である電圧アクチュエー
タを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の圧電アクチュエータは、図１の概念図で示
すように、たわみ振動する板状の弾性体１の振動面に圧
電素子２を接合してそれぞれ形成した第１の圧電振動体
３と第２の圧電振動体４とを、上記振動面が互いに直交
するように圧電振動体３，４の一端で接合して振動子５
を形成するとともに、第１の圧電振動体３の他端を被駆
動体の駆動部材７に接続して構成してある。

【０００６】両圧電振動体３，４の圧電素子２は、図示
しない高周波電源とそれぞれ接続されている。それぞれ
の高周波電源は、同一周波数で位相差をもった高周波電
圧を、それぞれに接続した圧電素子２に印加する。ま
た、駆動部材７は、その側面７ａにおいて図示しないロ
ータ、回転軸、直動機構等の被駆動体と所定の接触圧で
接触している。

【０００７】

【作用】上記構成からなる圧電アクチュエータの作用を
図２から図４を用いて説明する。第１の圧電振動体３の
圧電素子２に高周波圧電を印加すると、第１の圧電振動
体３が、図２に示すように振動面方向に往復振動ａす
る。一方、第２の圧電振動体４の圧電素子２に高周波圧
電を印加すると、第２の圧電振動体３が、図３に示すよ
うに振動面方向に往復振動ｂする。すなわち、第１，第
２の圧電振動体３，４は互いに直交する振動面で往復振
動する。

【０００８】この第１，第２の圧電振動体３，４に、同
一周波数で位相差をもつ高周波電圧を同時に印加する
と、同時に励起された２方向の往復振動ａ，ｂが合成さ
れ、図４に示すように駆動部材７に楕円振動ｃが生じ
る。この楕円振動ｃにより、駆動部材７の側面７ａに押
し当てられた被駆動体が、楕円振動ｃの回転方向に駆動
する。なお、印加する高周波電圧の位相差を反転するこ
とにより、楕円振動ｃの回転方向が逆転し、被駆動体が
逆向きに駆動する。

【０００９】

【実施例１】図５は、本発明の圧電アクチュエータの実
施例１を示す斜視図で、本実施例の圧電アクチュエータ
１０には、第１の圧電振動体１１と第２の圧電振動体１
２からなる振動子１３が設けられている。第１，第２の
圧電振動体１１，１２は、それぞれ板状の弾性体１４の
振動面１４ａに圧電素子１５が接合されて形成されてい
る。各圧電素子１５は、図示しない高周波電源にそれぞ
れ接続され、各高周波電源は、同一周波数で位相差をも
つ高周波電圧を、それぞれに接続した圧電素子１５に印
加し得るようになっている。なお、本実施例にあって
は、圧電振動体としてバイモルフ圧電振動子、ユニモル
フ圧電振動子等を使用した。

【００１０】第１の圧電振動体１１と第２の圧電振動体
１２は、各一端で金属材料等の弾性体からなる接続部材
１６を介して、直線的かつ振動面１４ａが直交するよう
に接着剤等により接続されている。第１位の圧電振動体
１１の他端は固定部１７に接着剤等により接続され、第
２の圧電振動体１２の他端には金属材料等の弾性体から
なる駆動部材１８が接続されている。駆動部材１８の側
面１８ａには、被駆動体１９が所定の接触圧で接触する
ように設けられている。駆動部材１８の側面１８ａ（被
駆動体との接触面）には、摺動部材２０を設けて実施で
きる。

【００１１】次に、本実施例の圧電アクチュエータ１０
の作用を説明する。第１の圧電振動体は１１と第２の圧
電振動体１２の各圧電素子１５に、高周波電源から同時
に＋９０°の位相差をもつ同一周波数の高周波電圧を印
加する。この印加により、第１，第２の圧電振動体１
１，１２は互いに直交する振動面１４ａ内で往復振動す
るが、この両往復振動は合成され、駆動部材１８が楕円
振動する。楕円振動は、被駆動体１９を楕円振動の回転
方向に駆動する。また、印加する高周波電圧の位相差を
反転して−９０°とすることにより、駆動部材１８の楕
円振動の回転方向が逆転する。

【００１２】本実施例にあって、長さ２０mm程度の圧電
アクチュエータ１０を構成した場合、駆動部材１８に長
径６０μｍ，短径３０μｍ程度の楕円振動が生じた。こ
こで駆動部材１８に被駆動部材１９を押し当てたとこ
ろ、被駆動体１９は回転した。なお、印加電圧の位相差
を反転したところ、被駆動体１９の回転は逆転した。

【００１３】図６は、本実施例の変形例を示す圧電アク
チュエータ２１の斜視図で、第１の圧電振動体１１およ
び第２の圧電振動体１２がそれぞれ振動面１４ａを対向
かつ平行にして２個設けて構成している。なお、本実施
例の変形例として、第１，第２の圧電振動体１１，１２
をそれぞれ２個設けた場合について示したが、両圧電振
動体１１，１２を３個以上設けて実施することができ
る。

【００１４】本実施例によれば、被駆動体１９の移動方
向が反転可能であるとともに、圧電振動体１１，１２を
直線的に接続した単純な構成であるため小型化に適して
いる。また、各圧電振動体１１，１２を複数の振動体で
構成することにより、振動エネルギを増大でき、同一の
構造で高出力化への対応が可能となる。

【００１５】

【実施例２】図７は、本発明の圧電アクチュエータの実
施例２を示す斜視図で、本実施例の圧電アクチュエータ
２２の第１の圧電振動体１１と第２の圧電振動体１２
は、振動面１４ａを直交させるとともに、取り付け角度
を直角にした状態で、接合部材１６を介して、その一端
が接続されている。

【００１６】第１の圧電振動体１１と第２の圧電振動体
１２の各圧電素子に、上記実施例１と同様に高周波圧電
を印加すると駆動部材１８が楕円振動する。この楕円振
動は、両圧電振動体１１，１２が直角に接続されている
ので、楕円振動の中心は固定部１７の面と平行な軸とな
る。

【００１７】図８は、本実施例の変形例を示す圧電アク
チュエータ２４の斜視図で、第１の圧電振動体１１およ
び第２の圧電振動体１２が、それぞれ２個の圧電振動体
で構成され、２個の圧電振動体は、振動方向を同一とす
べく振動面１４ａを対向しかつ平行に設けられている。
なお、本実施例の変形例として、両圧電振動体１１，１
２をそれぞれ２個設けた場合について示したが、両圧電
振動体１１，１２を３個以上設けて実施することができ
る。

【００１８】本実施例によれば、上記実施例１の効果に
加えて、両圧電振動体１１，１２が直角に取り付けられ
ているため、第１の圧電振動体１１と平行な楕円振動を
励起できるので、固定部材１７と平行な被駆動部材１９
を回転することができるとともに、圧電アクチュエータ
２２の直線長さを短縮することができる。

【００１９】

【実施例３】図９は、本発明の圧電アクチュエータの実
施例３を示す斜視図で、本実施例の圧電アクチュエータ
２５には、第１の圧電振動体１１，第２の圧電振動体１
２および第３の圧電振動体２６からなる振動子２７が設
けられている。各圧電振動体１１，１２，２６はそれぞ
れ同様に形成されている。

【００２０】第３の圧電振動体２６は、第１の圧電振動
体１１と第２の圧電振動体１２の間に配設されている。
第１の圧電振動体１１と第３の圧電振動体２６は、取り
付け角度が直角で、振動方向が同一面となるように、第
１の接合部材２７を介して、その一端が接続されてい
る。第２の圧電振動体１２と第３の圧電振動体２６は、
振動面１４ａを直交させるとともに、取り付け角度を直
角にした状態で、第２の接合部材２８を介して、第２の
圧電振動体１２の一端と第３の圧電振動体２６の他端が
接続されている。すなわち、第１の圧電振動体１１と第
２の圧電振動体１２は、振動面１４ａが直交するととも
に、第３の圧電振動体２６の長さを有して平行に配設さ
れている。

【００２１】各圧電振動体１１，１２，２６に接合した
各圧電素子１５は、図示しない２つの高周波電源に接続
されている。第１の圧電振動体１１と第３の圧電振動体
２６に設けた圧電素子１５は、同一の電源に接続され、
第２の圧電振動体１２の圧電素子１５は、他の電源に接
続されている。上記２つの電源は、同一周波数で位相差
をもつ高周波電圧を、それぞれに接続された第１，第３
の圧電振動体１１，２６の圧電素子１５と第２の圧電振
動体１２の圧電素子１５に印加する。

【００２２】本実施例にあって、第１，第３の圧電振動
体１１，２６の各圧電素子１５と第２の圧電振動体１２
の圧電素子１５に、２つの電源から同時に９０°の位相
差をもつ高周波電圧を印加する。このとき、同一の電源
に接続された第１の圧電振動体１１と第３の圧電振動体
２６は同位相で振動し、第２の圧電振動体１２は、上記
位相と９０°異なる位相で振動する。そして、この振動
が合成され、駆動部材１８が楕円振動する。また、印加
する高周波電圧の位相を反転することにより、楕円振動
の回転方向が逆転する。

【００２３】図１０は、本実施例の変形例を示す圧電ア
クチュエータ２９の斜視図で、第１から第３の各圧電振
動体１１，１２，２６が、それぞれ２個の圧電振動体で
構成され、２個の圧電振動体は、振動方向を同一とすべ
く振動面１４ａを対向しかつ平行に設けられている。な
お、本実施例の変形例として、各圧電振動体１１，１
２，２６をそれぞれ２個設けた場合について示したが、
各圧電振動体１１，１２，２６を３個以上設けて実施す
ることができる。

【００２４】本実施例によれば、上記実施例１，２の効
果に加えて、第１の圧電振動体１１と第３の圧電振動体
２６の振動が合成されるため、振幅がより大となって駆
動力が増加する。

【００２５】

【実施例４】図１１は、本発明の圧電アクチュエータの
実施例４を示す斜視図で、本実施例の圧電アクチュエー
タ３０には、第１の圧電振動体１１と第２の圧電振動体
１２からなる振動子３１が設けられている。第１の圧電
振動体１１と第２の圧電振動体１２は、各振動面１４ａ
が直交するとともに、オフセット量ｄを有して直列的に
接続部材１６を介して端部が接続されている。

【００２６】図１２は、本実施例の変形例を示す圧電ア
クチュエータ３２の斜視図で、第１の圧電振動体１１と
第２の圧電振動体１２は、各振動面１４ａが直交すると
ともに、オフセット量ｄを有して平行に接続部材１６を
介して端部が接続されている。

【００２７】本実施例におよび変形例にあっては、第１
の圧電振動体１１の振動による変位がオフセット量ｄに
より拡大され、第２の圧電振動体１２の振動と駆動部材
１８で合成される。

【００２８】本実施例によれば、上記実施例１の効果に
加えて、第１の圧電振動体１１の変位がオフセット量ｄ
により拡大されるので、第１の圧電振動体１１の変位が
少ない小型の圧電振動体を用いることができる。

【００２９】

【実施例５】図１３は、本発明の圧電アクチュエータの
実施例５を示す斜視図で、本実施例の圧電アクチュエー
タ３５は、第１の圧電振動体１１と第２の圧電振動体１
２を一枚の金属板３６で形成し、この金属板３６を両圧
電振動体１１，１２の中間３７で捩り、両圧電振動体１
１，１２の振動面３６ａを直交して振動子３８を形成し
てある。

【００３０】本実施例の圧電アクチュエータ３５は、上
記実施例１の圧電アクチュエータ１０と第１，第２の圧
電振動体１１，１２の接続状態のみを異にするもので、
その作用についても上記実施例１と同様であるので、そ
の説明は省略する。なお、本実施例の振動子３８は、上
記した全ての実施例の圧電アクチュエータ２１，２２，
２４，２５，２９，３１，３２に適用することができ
る。

【００３１】本実施例によれば、上記実施例１の効果に
加えて、第１の圧電振動体１１と第２の圧電振動体１２
の接合部材が不要になるため、構造が単純になり、小型
化および低コスト等を図ることができる。

【００３２】

【実施例６】図１４は、本発明の圧電アクチュエータの
実施例６を示す斜視図で、本実施例の圧電アクチュエー
タ４０は、上記実施例１の圧電アクチュエータ１０と基
本的な構成を同様とするもので、カメラ等の絞り制御に
使用した例を示してある。

【００３３】圧電アクチュエータ４０は、図１４に示す
ように第１の絞り羽根４１の延長部分として構成されて
いる。すなわち、第１の圧電振動体１１は、第１の絞り
羽根４１の一部４１ａが用いられている。第２の圧電振
動体１２の一端に接続された駆動部材１８の側面１８ａ
は、被駆動体である第２の絞り羽根４２に押し当てられ
ている。

【００３４】第１の絞り羽根４１と第２の絞り羽４２
は、両絞り羽根４１，４２の重なり合わない部分で光透
過部４３が形成されるとともに、回転軸４４を中心に回
転可能に保持されており、光透過４３の面積が調整され
るようになっている。回転軸４４は、鏡筒等の固定部
（図示省略）に固定されている。

【００３５】次に、本実施例の作用を説明すると、各圧
電素子１５に高周波電圧を印加し、駆動部材１８に楕円
振動を励起する。この楕円振動により、駆動部材１８の
側面１８ａに押し当てられた第２の絞り羽根４２に駆動
力が作用する。第２の絞り羽根４２は、回転軸４４を中
心として回転可能に保持されているため、上記駆動力は
回転方向に作用する。一方、第１の絞り羽根４１も回転
軸４４を中心に回転可能に保持されているため、上記回
転方向に作用する力、すなわち駆動力により、第１の絞
り羽根４１と第２の絞り羽根４２は、回転軸４４を中心
に相対的に回転運動する。この相対回転運動により、光
透過部４３の面積が変化し、透過する光料が調整され
る。この光透過部４３の面積の増減は、圧電素子１５に
印加する高周波電圧の位相差を反転して行う。

【００３６】本実施例によれば、圧電アクチュエータ４
０全体を被駆動部品の一部として構成できるため部品数
を減少できる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明の圧電アクチュエ
ータによれば、被駆動体の移動方向が反転可能であり、
小型化を図ることができる。さらに、構造自体が簡単で
低コストかを図ることができる。また、製品の一部を圧
電アクチュエータに用いることができるので、製造全体
としての単純化、低コストかを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電アクチュエータを概念的に示す斜
視図である。

【図２】圧電振動体の振動状態を示す模式図である。

【図３】圧電振動体の振動状態を示す模式図である。

【図４】図２，図３に示した振動が合成された状態を示
す模式図である。

【図５】本発明の圧電アクチュエータの実施例１を示す
斜視図である。

【図６】実施例１の圧電アクチュエータの変形例を示す
斜視図である。

【図７】本発明の圧電アクチュエータの実施例２を示す
斜視図である。

【図８】実施例２の圧電アクチュエータの変形例を示す
斜視図である。

【図９】本発明の圧電アクチュエータの実施例３を示す
斜視図である。

【図１０】実施例３の圧電アクチュエータの変形例を示
す斜視図である。

【図１１】本発明の圧電アクチュエータの実施例４を示
す斜視図である。

【図１２】実施例４の圧電アクチュエータの変形例を示
す斜視図である。

【図１３】本発明の圧電アクチュエータの実施例５を示
す斜視図である。

【図１４】本発明の圧電アクチュエータの実施例６を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ 板状の弾性体 ２ 圧電素子 ３ 第１の圧電振動体 ４ 第２の圧電振動体 ５ 振動子 ７ 駆動部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 たわみ振動を生じる板状からなる複数の
   圧電振動体を、各圧電振動体の振動面が直交すべく設け
   て振動子を形成し、上記振動子の一端に弾性体からなる
   被駆動体の駆動部材を設けたことを特徴とする圧電アク
   チュエータ。