JPH07337042A - Ultrasonic actuator - Google Patents

Ultrasonic actuator

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JPH07337042A
JPH07337042A JP6122530A JP12253094A JPH07337042A JP H07337042 A JPH07337042 A JP H07337042A JP 6122530 A JP6122530 A JP 6122530A JP 12253094 A JP12253094 A JP 12253094A JP H07337042 A JPH07337042 A JP H07337042A
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JP
Japan
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elastic body
piezoelectric
ultrasonic actuator
electromechanical conversion
conversion element
Prior art date
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Application number
JP6122530A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Muramatsu
研一 村松
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Publication of JPH07337042A publication Critical patent/JPH07337042A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To protect a laminate against damage due to tensile stress at the time of excitation by coupling a piezoelectric element, at the end part in the direction perpendicular to the field applying direction, with a resilient body on which a traveling oscillatory wave is generated. CONSTITUTION:Piezoelectric elements 121, 122 are coupled, at the end parts in the direction perpendicular to the field applying direction, with a resilient body 111. The piezoelectric elements 121, 122 are excited by a drive (signal to generate a traveling wave on the resilient body 111. Consequently, elliptical movement takes place on both drive faces 111a, 111b of the resilient body 111. Since the piezoelectric elements 121, 122 utilizes the reverse piezoelectric effect in the direction of d31 for excitation, a sufficient amplitude can be ensured without laminating the piezoelectric in the direction of amplitude of oscillation. This structure can protect the laminate against damage due to tensile stress at the time of oscillation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気機械変換素子の励
振により、進行性振動波を発生する超音波アクチュエー
タに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic actuator which generates a progressive vibration wave by exciting an electromechanical conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の超音波アクチュエータの
内でリニア型のものは、例えば、直線状の弾性体に進行
性振動波(以下、進行波と略す)を生じさせ、弾性体駆
動面に移動子を加圧接触させて駆動させる構造〔第35
回構造強度に関する講演会講演集(平成5年7月6日〜
8日)p280〜283「進行波型リニア超音波モータ
の試作」(樋口 健)等〕が公知である。
2. Description of the Related Art Conventionally, among the ultrasonic actuators of this type, a linear type actuator, for example, generates a progressive vibration wave (hereinafter, abbreviated as a traveling wave) in a linear elastic body to drive the elastic body drive surface. Structure in which the moving element is driven under pressure contact with the
Annual Lecture Meeting on Structural Strength (July 6, 1993-
8th) p280-283 "Prototype of traveling wave type linear ultrasonic motor" (Ken Higuchi) etc.] is known.

【0003】図5は、超音波アクチュエータの従来例を
示す斜視図である。従来の超音波アクチュエータは、固
定子1と移動子2とから構成されている。固定子1は、
駆動方向に伸長した形状であり、駆動面11aに駆動力
が発生する弾性体11と、この弾性体11の左端部11
L及び右端部11Rの近傍に接合された進行波発生用の
圧電素子21及び進行波吸収用の圧電素子23とから構
成されている。移動子2は、弾性体11の駆動面11a
に不図示の加圧手段によって加圧接触され、弾性体11
に発生する進行波により移動する。
FIG. 5 is a perspective view showing a conventional example of an ultrasonic actuator. The conventional ultrasonic actuator is composed of a stator 1 and a mover 2. The stator 1 is
An elastic body 11 having a shape extending in the driving direction and generating a driving force on the driving surface 11a, and a left end portion 11 of the elastic body 11.
It is composed of a piezoelectric element 21 for generating a traveling wave and a piezoelectric element 23 for absorbing a traveling wave, which are joined in the vicinity of L and the right end portion 11R. The moving element 2 has a driving surface 11 a of the elastic body 11.
Is pressed and contacted by a pressure means (not shown), and the elastic body 11
It moves due to the traveling wave generated in.

【0004】この超音波アクチュエータは、弾性体11
の一端近傍に装着した圧電素子21によって弾性体11
を励振させ、弾性体11の他端近傍に装着した圧電素子
23により弾性体の振動を吸収する方法により、弾性体
11に一方向のみの進行波を生じさせることができる。
このような方式の超音波アクチュエータは、弾性体11
を長くできることから比較的長い距離を駆動させること
ができる、という利点がある。
This ultrasonic actuator has an elastic body 11.
The elastic body 11 is attached by the piezoelectric element 21 mounted near one end of the
Is excited and the vibration of the elastic body is absorbed by the piezoelectric element 23 mounted near the other end of the elastic body 11, a traveling wave in only one direction can be generated in the elastic body 11.
The ultrasonic actuator of this type has an elastic body 11
Since it can be made longer, there is an advantage that a relatively long distance can be driven.

【0005】一方、前述した樋口氏によると、弾性体の
両端を加振することによって、進行波を発生することも
提案している。図6は、両端加振型の超音波アクチュエ
ータの従来例の構造及び動作原理を説明する図である。
両端加振型の超音波アクチュエータは、弾性体11の左
端部11L及び右端部11Rに圧電素子21,22が設
けられている。まず、図6(a)に示すように、圧電素
子21によって、弾性体11の左端部11Lを加振する
ことにより、弾性体11に定在波Aが発生する〔図6
(c−1)〕。この場合、非加振側(11R)を支持端
とみなすことができるので、定在波は、支持端側が節と
なり加振端側が腹となる。
On the other hand, according to Mr. Higuchi mentioned above, it is also proposed to generate a traveling wave by exciting both ends of the elastic body. FIG. 6 is a diagram for explaining the structure and operating principle of a conventional example of a double-sided vibration type ultrasonic actuator.
In the both-end vibration type ultrasonic actuator, piezoelectric elements 21 and 22 are provided on the left end portion 11L and the right end portion 11R of the elastic body 11. First, as shown in FIG. 6A, a standing wave A is generated in the elastic body 11 by vibrating the left end portion 11L of the elastic body 11 by the piezoelectric element 21 [FIG.
(C-1)]. In this case, since the non-excitation side (11R) can be regarded as the support end, the standing wave has a node on the support end side and an antinode on the excitation end side.

【0006】また、図6(b)に示すように、圧電素子
22によって、弾性体11の右端部11Rを加振するこ
とにより、同様に一方が節となり他方が腹となる定在波
Bが発生する〔図6(c−2)〕。これらの定在波Aと
定在波Bとは空間的位相差がλ/4ずれている。従っ
て、定在波Aと定在波Bとの時間的位相差をλ/4ずら
してやると、その合成波は進行波となる〔図6(c−
3)〕。
Further, as shown in FIG. 6 (b), by vibrating the right end portion 11R of the elastic body 11 by the piezoelectric element 22, a standing wave B in which one is a node and the other is an antinode is similarly generated. Occurs (FIG. 6 (c-2)). The standing wave A and the standing wave B have a spatial phase difference of λ / 4. Therefore, if the temporal phase difference between the standing wave A and the standing wave B is shifted by λ / 4, the composite wave becomes a traveling wave [Fig. 6 (c-
3)].

【0007】このような進行波の発生方法は、前記した
講演会講演集に示した方法と比較すると、弾性体11の
進行波を吸収しないために、エネルギー効率を向上する
ことができる、という利点がある。
[0007] Such a method of generating a traveling wave has the advantage that energy efficiency can be improved because it does not absorb the traveling wave of the elastic body 11 as compared with the method shown in the above-mentioned lecture collection. There is.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の超音波
アクチュエータでは、積層型の圧電素子は、両面に電極
をもつ圧電体の板が数十層積み重なった構造をもってい
る。この積層型の圧電素子は、各電極に電界が印加され
ることにより、各圧電体の板に圧電逆効果による電界誘
起歪みが発生し、その電界誘起歪みを積み重ねることに
よって大きな変位を得るようにしていた。
In the above-mentioned conventional ultrasonic actuator, the laminated piezoelectric element has a structure in which several tens of piezoelectric plates having electrodes on both sides are stacked. In this laminated piezoelectric element, when an electric field is applied to each electrode, an electric field induced strain is generated on the plate of each piezoelectric body due to the piezoelectric inverse effect, and a large displacement is obtained by stacking the electric field induced strain. Was there.

【0009】この場合に、利用する圧電逆効果は、電界
印加方向の歪みであるd33方向の圧電逆効果である〔図
5(B)の前側の添字は、電界印加方向を示し、後ろ側
の添字は、歪み方向を示している〕。圧電逆効果による
電界誘起歪みは、印加電界の電界強度に比例するので、
低電圧で駆動させるためには、電極間をできるだけ狭く
する必要があり、結果的に、圧電体の板は薄くならざる
を得ない。
In this case, the piezoelectric inverse effect to be used is the piezoelectric inverse effect in the d 33 direction which is the strain in the direction of electric field application [the suffix on the front side of FIG. The subscript of indicates the direction of strain]. Since the electric field induced strain due to the piezoelectric inverse effect is proportional to the electric field strength of the applied electric field,
In order to drive at a low voltage, it is necessary to make the space between the electrodes as narrow as possible, and as a result, the piezoelectric plate must be thin.

【0010】しかし、圧電素子は、電界印加方向の歪み
であるd33方向の圧電逆効果を利用する場合に、薄板状
の圧電体では、圧電体自体の歪み量が大きくても、変位
量としては小さくなってしまう。このために、積層型の
圧電素子としては、圧電体の薄板を数十枚積層させるこ
とによって、必要な変位量を得るようにしている。d33
方向の圧電逆効果は、代表的な圧電材料であるPZTの
場合では、1mm当たり1kVの電圧を印加しても、発
生する歪み量は、10-4のオーダであるために、常識的
な電圧で駆動させることを考えると、1枚の圧電体の板
で得られる変位量は、非常に小さい。
However, in the case where the piezoelectric element utilizes the piezoelectric inverse effect in the d 33 direction, which is the strain in the direction of applying an electric field, in the case of a thin plate-shaped piezoelectric body, even if the strain amount of the piezoelectric body itself is large, the displacement amount is Becomes smaller. For this reason, as a laminated piezoelectric element, a necessary displacement amount is obtained by laminating several tens of thin piezoelectric plates. d 33
In the case of PZT, which is a typical piezoelectric material, even if a voltage of 1 kV is applied per mm, the amount of strain generated is in the order of 10 −4 , and therefore the piezoelectric effect of Considering that the driving is performed by, the amount of displacement obtained by one piezoelectric plate is very small.

【0011】以上のような理由から、d33方向の圧電逆
効果を利用して、圧電素子によって直接に励振させる場
合には、圧電素子は積層構造をとらざるをえない。この
ことは、圧電材料の代わりに、電歪材料を用いても同様
の結果になる。このように、前述した従来の超音波アク
チュエータでは、弾性体を励振させるために、積層型の
圧電素子のd33方向の圧電逆効果を利用しているので、
特に、高周波で励振させた場合に、圧電素子の引っ張り
時に、圧電体の板の積層方向に強い引張応力がかかるこ
とになる。このような積層型の圧電素子は、1枚1枚の
圧電体を、電極を介して積層又は接着などしているため
に、この方向の引張応力には弱く、特に、高い周波数で
振動させた場合に、弾性体の質量分の力も加わり、積層
体の積層部分に破損が生じやすい、という問題があっ
た。
For the above reasons, when the piezoelectric element is directly excited by utilizing the piezoelectric inverse effect in the d 33 direction, the piezoelectric element has to have a laminated structure. This results in a similar result when an electrostrictive material is used instead of the piezoelectric material. As described above, in the above-described conventional ultrasonic actuator, since the piezoelectric inverse effect in the d 33 direction of the laminated piezoelectric element is used to excite the elastic body,
Particularly, when the piezoelectric element is excited at a high frequency, a strong tensile stress is applied in the laminating direction of the piezoelectric plates when the piezoelectric element is pulled. Such a laminated type piezoelectric element is weak against tensile stress in this direction because each piezoelectric body is laminated or adhered via electrodes, and in particular, it is vibrated at a high frequency. In this case, there is a problem that a force corresponding to the mass of the elastic body is also applied and the laminated portion of the laminated body is easily damaged.

【0012】本発明の目的は、前述した課題を解決し
て、励振時の引張応力により、積層が破損することを防
止できる超音波アクチュエータを提供することである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an ultrasonic actuator capable of preventing the laminated layers from being damaged by the tensile stress at the time of excitation.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の超音波アクチュエータの第1の解決手段
は、圧電材料又は電歪材料からなり、駆動信号を電界印
加方向に加えることにより励振する第1及び第2の電気
機械変換素子と、一方向に長く伸びた形状を成し、その
両端部近傍に前記第1及び第2の電気機械変換素子がそ
れぞれ結合されており、それらの電気機械変換素子の励
振により進行性振動波が発生する弾性体と、前記弾性体
に加圧接触させられる移動子とを含む超音波アクチュエ
ータにおいて、前記各電気機械変換素子は、前記電界印
加方向と垂直方向に延びた端部が前記弾性体に結合して
いることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a first solution of the ultrasonic actuator of the present invention comprises a piezoelectric material or an electrostrictive material, and applies a drive signal in the electric field applying direction. Excited first and second electromechanical conversion elements and a shape elongated in one direction are formed, and the first and second electromechanical conversion elements are respectively coupled near both ends thereof. In an ultrasonic actuator including an elastic body in which a progressive vibration wave is generated by excitation of an electromechanical conversion element, and a mover brought into pressure contact with the elastic body, each electromechanical conversion element has a direction in which the electric field is applied. It is characterized in that an end extending in the vertical direction is connected to the elastic body.

【0014】第2の解決手段は、圧電材料又は電歪材料
からなり、駆動信号を電界印加方向に加えることにより
励振する電気機械変換素子と、一方向に長く伸びた形状
を成し、その一端部近傍に前記電気機械変換素子が結合
されており、その電気機械変換素子の励振により進行性
振動波が発生する弾性体と、前記弾性体の他端部近傍に
結合されており、前記進行性振動波を吸収する吸収部
と、前記弾性体に加圧接触させられる移動子とを含む超
音波アクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子
は、前記電界印加方向と垂直方向に延びた端部が前記弾
性体に結合していることを特徴としている。
The second means for solving the problems is an electromechanical conversion element which is made of a piezoelectric material or an electrostrictive material and is excited by applying a drive signal in the direction of electric field application, and has a shape elongated in one direction. The electromechanical conversion element is coupled in the vicinity of the portion, an elastic body that generates a progressive vibration wave by the excitation of the electromechanical conversion element, and is coupled in the vicinity of the other end of the elastic body, In an ultrasonic actuator including an absorbing portion that absorbs an oscillating wave and a moving element that is brought into pressure contact with the elastic body, the electromechanical conversion element has an end portion that extends in a direction perpendicular to the electric field application direction and is elastic. Characterized by being connected to the body.

【0015】第3の解決手段は、第1又は第2の解決手
段の超音波アクチュエータにおいて、前記電気機械変換
素子は、前記電界印加方向に積層されていることを特徴
としている。
A third solving means is characterized in that, in the ultrasonic actuator of the first or second solving means, the electromechanical conversion elements are laminated in the electric field applying direction.

【0016】第4の解決手段は、第1〜第3のいずれか
1つの解決手段の超音波アクチュエータにおいて、前記
電気機械変換素子の近傍に、その電気機械変換素子と平
行に設けられたガイド部材とを備えたことを特徴として
いる。
According to a fourth solving means, in the ultrasonic actuator according to any one of the first to third solving means, a guide member is provided in the vicinity of the electromechanical conversion element and in parallel with the electromechanical conversion element. It is characterized by having and.

【0017】[0017]

【作用】本発明では、電気機械変換素子は、圧電材料又
は電歪材料からなる素子の電界印加方向と垂直方向の変
位を利用したので、振動方向に積層を施さなくても、低
電圧で大きな変位を得ることができる。つまり、電界印
加方向と垂直な方向の歪みであるd31方向の圧電逆効果
を利用するので、圧電体の電界印加方向の厚さを薄くす
る一方で、歪み方向の長さを拡大することが可能であ
り、低電圧で高電界を得ることと、大きな変位を得るこ
とを同時に追求することができる。したがって、振動方
向の積層を施さなくても、低電圧で大きな変位をもたら
すことが可能になる。これにより、励振時に励振による
積層の破損を回避することが可能になる。このことは、
圧電材料の代わりに電歪材料を用いても同様な効果が得
られる。
In the present invention, the electromechanical conversion element utilizes the displacement of the element made of the piezoelectric material or the electrostrictive material in the direction perpendicular to the electric field application direction. The displacement can be obtained. That is, since the piezoelectric inverse effect in the d 31 direction, which is the strain in the direction perpendicular to the electric field application direction, is used, the thickness of the piezoelectric body in the electric field application direction can be reduced, while the length in the strain direction can be increased. It is possible to obtain a high electric field at a low voltage and a large displacement at the same time. Therefore, it is possible to bring about a large displacement at a low voltage without stacking in the vibration direction. This makes it possible to avoid damage to the stack due to excitation during excitation. This is
The same effect can be obtained by using an electrostrictive material instead of the piezoelectric material.

【0018】[0018]

【実施例】図1は、本発明による超音波アクチュエータ
の第1実施例を示す斜視図、図2は、第1実施例の超音
波アクチュエータの移動体を示す断面図である。第1実
施例の超音波アクチュエータは、固定子101と移動子
102とから構成されている。固定子101は、電気エ
ネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子
(以下、単に圧電素子と称する)121、122と、駆
動方向に伸長した形状であり、左端部111L、右端部
111Rの近傍に圧電素子121、122が接合されて
おり、2種類の定在波を重なりあわせることによって発
生する進行波(図6参照)により2つの駆動面111
a、駆動面111bに駆動力が発生する弾性体111
と、圧電素子121、122を固定支持することによっ
て弾性体111自体を支持する支持体131、132と
から構成される。
1 is a perspective view showing a first embodiment of an ultrasonic actuator according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing a moving body of the ultrasonic actuator of the first embodiment. The ultrasonic actuator of the first embodiment is composed of a stator 101 and a mover 102. The stator 101 has electromechanical conversion elements (hereinafter, simply referred to as piezoelectric elements) 121 and 122 that convert electric energy into mechanical energy, and a shape that extends in the driving direction, and is provided near the left end portion 111L and the right end portion 111R. The piezoelectric elements 121 and 122 are bonded to each other, and two driving surfaces 111 are formed by a traveling wave (see FIG. 6) generated by overlapping two types of standing waves.
a, an elastic body 111 that generates a driving force on the driving surface 111b
And supporting bodies 131 and 132 that support the elastic body 111 itself by fixing and supporting the piezoelectric elements 121 and 122.

【0019】この実施例では、圧電素子121(12
2)は、従来の積層型の圧電素子21(22)を横倒し
にしたような構造を持ち、弾性体111の励振には、d
31方向の圧電逆効果〔図1(B)参照〕が利用される。
圧電素子121は、弾性体111及び支持体131に、
固定部材133によって固定されている。圧電素子12
1は、固定部材133に接着剤134によって接合さ
れ、弾性体111及び支持体131とはボルト135に
よって固定されている。
In this embodiment, the piezoelectric element 121 (12
2) has a structure in which the conventional laminated piezoelectric element 21 (22) is laid down, and d is used for exciting the elastic body 111.
The 31- direction piezoelectric inverse effect (see FIG. 1B) is used.
The piezoelectric element 121 includes an elastic body 111 and a support body 131,
It is fixed by a fixing member 133. Piezoelectric element 12
1 is joined to the fixing member 133 with an adhesive agent 134, and is fixed to the elastic body 111 and the support body 131 with bolts 135.

【0020】図2は、第1実施例に係る超音波アクチュ
エータの移動子を詳細に示す断面図である。移動子10
2は、弾性体111の各駆動面111a、111bに加
圧接触されており、駆動面111a、111bの駆動力
を摩擦的に受ける摺動部151、152と、摺動部15
1、152を弾性体111の駆動面111a、111b
にそれぞれ加圧接触させる加圧手段160(図1では連
結手段に隠れている)と、それぞれの摺動部151、1
52が一体的に駆動されるように摺動部151、152
と係合し、連結している連結手段170と、から構成さ
れている。
FIG. 2 is a sectional view showing in detail the moving element of the ultrasonic actuator according to the first embodiment. Mover 10
Reference numeral 2 is in pressure contact with each of the driving surfaces 111a and 111b of the elastic body 111, and the sliding portions 151 and 152 that frictionally receive the driving force of the driving surfaces 111a and 111b and the sliding portion 15 are provided.
1, 152 are drive surfaces 111a and 111b of the elastic body 111.
The pressurizing means 160 (which is hidden by the connecting means in FIG. 1) for making pressure contact with the respective sliding parts 151, 1
Sliding parts 151 and 152 so that 52 is integrally driven.
And a connecting means 170 that engages with and is connected to.

【0021】連結手段171、172は、移動子102
の移動方向に対しては、例えば、摺動部151、152
と連結部171、172とにそれぞれ凹凸溝等を設け
て、摺動部151、152とともに移動できるようにし
ているが、移動子102の移動方向と垂直方向(加圧方
向)に対しては、摺動部151、152とは独立して可
動できるようにしてある。加圧手段160は、ゴムやバ
ネ等の弾性部材161、162を有し、この弾性部材1
61、162をネジとナットのような調整手段163、
164により加圧量を調整できるようにしてある。
The connecting means 171 and 172 are the moving elements 102.
The moving direction of the sliding parts 151, 152, for example.
An uneven groove or the like is provided in each of the connection part 171 and the connection part 172 so that the connection part 171 and 172 can move together with the slide parts 151 and 152. The sliding parts 151 and 152 are movable independently of each other. The pressurizing means 160 has elastic members 161 and 162 such as rubber or spring.
61 and 162 are adjusting means 163 such as screws and nuts,
The amount of pressurization can be adjusted by 164.

【0022】以上のような構成によると、圧電素子12
1、122は、駆動信号により励振され、弾性体111
に進行波が発生する。このとき2つの駆動面111a、
111bの双方に進行波に伴う楕円運動が生じる。摺動
部151、152は、加圧手段160によりそれぞれ駆
動面111a、111bに加圧接触され、それぞれ弾性
体111の駆動面111a、111bから駆動力を得
て、駆動される。連結手段170はそれぞれの摺動部1
51、152と係合しているために、摺動部151、1
52とともに移動する。移動子102は複数の駆動面1
11a、111bから駆動力を得ているために、大きな
駆動力を得ることができる。
According to the above configuration, the piezoelectric element 12
1, 122 are excited by the drive signal, and the elastic body 111
A traveling wave is generated. At this time, the two drive surfaces 111a,
An elliptic motion associated with the traveling wave occurs in both 111b. The sliding portions 151 and 152 are driven by being pressed into contact with the driving surfaces 111a and 111b by the pressing means 160, respectively, by obtaining driving force from the driving surfaces 111a and 111b of the elastic body 111, respectively. The connecting means 170 is for each sliding part 1
51, 152, so that the sliding portions 151, 1
Move with 52. The mover 102 has a plurality of drive surfaces 1.
Since the driving force is obtained from 11a and 111b, a large driving force can be obtained.

【0023】このときに、圧電素子121,122は、
励振にd31方向の圧電逆効果を利用しているために、振
動の振幅方向に圧電体を積層せずに、十分な振幅を得る
ことができるので、励振時の引張応力による積層の破損
を回避することができる。
At this time, the piezoelectric elements 121 and 122 are
Since the piezoelectric inverse effect in the d 31 direction is used for the excitation, a sufficient amplitude can be obtained without laminating the piezoelectric body in the vibration amplitude direction, so that the lamination damage due to the tensile stress at the time of excitation is prevented. It can be avoided.

【0024】なお、本発明は、図5で説明した弾性体1
1の一端側を加振して、弾性体11の他端側から進行波
を吸収する方式にも、同様に適用できる。しかし、第1
の実施例のように、弾性体111の両端を加振して、進
行波を発生させる方式では、進行波の振幅が大きく、大
きな引張応力が働くために、本発明の効果はより大き
い。
In the present invention, the elastic body 1 described with reference to FIG. 5 is used.
The same can be applied to a method in which one end side of 1 is vibrated and a traveling wave is absorbed from the other end side of the elastic body 11. But first
In the method in which both ends of the elastic body 111 are vibrated to generate a traveling wave as in the above embodiment, the amplitude of the traveling wave is large and a large tensile stress acts, so that the effect of the present invention is greater.

【0025】図3(A)は、本発明による超音波アクチ
ュエータの第2実施例を示す図である。なお、以下に説
明する各実施例では、前述した第1実施例と同様な機能
を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明
を省略する。第2実施例では、弾性体111と支持体1
31に、ガイド部材136、137をボルト135によ
って固定し、ガイド部材136、137と圧電素子12
1との間は、接着していない。また、ガイド部材13
6、137の間は、圧電素子121の振幅分以上の隙間
δが設けられている。この実施例では、ガイド部材13
6、137を設けたので、圧電素子121が座屈などを
起こすことなく、安定した支持が可能となる。
FIG. 3A is a diagram showing a second embodiment of the ultrasonic actuator according to the present invention. In each of the embodiments described below, parts having the same functions as those of the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted. In the second embodiment, the elastic body 111 and the support 1
31, the guide members 136 and 137 are fixed by bolts 135, and the guide members 136 and 137 and the piezoelectric element 12 are fixed.
There is no adhesion between 1 and 1. In addition, the guide member 13
Between 6 and 137, a gap δ equal to or larger than the amplitude of the piezoelectric element 121 is provided. In this embodiment, the guide member 13
Since 6, 6 and 137 are provided, the piezoelectric element 121 can be stably supported without buckling.

【0026】図3(B)は、本発明による超音波アクチ
ュエータの第3実施例を示す図である。第3実施例で
は、圧電素子121Aは、2枚の圧電体からなり、圧電
素子121Aも固定部材133にボルト138によって
固定されている。このとき、ボルト138は、圧電素子
121Aを構成する圧電体を貫通しないようにして、導
通しないようにしてある。第3実施例によれば、ボルト
138を用いて固定しているので、簡単かつ確実に固定
することができる。
FIG. 3B is a diagram showing a third embodiment of the ultrasonic actuator according to the present invention. In the third embodiment, the piezoelectric element 121A is composed of two piezoelectric bodies, and the piezoelectric element 121A is also fixed to the fixing member 133 with bolts 138. At this time, the bolt 138 does not penetrate the piezoelectric body that constitutes the piezoelectric element 121A and is not electrically connected. According to the third embodiment, since the bolts 138 are used for fixing, the fixing can be performed easily and reliably.

【0027】図4は、本発明による超音波アクチュエー
タの第4実施例を示す図である。第4実施例では、圧電
素子221は、円筒形の圧電体の外壁及び内壁に、電極
222、223を形成したものである。第4実施例によ
れば、圧電素子221が円筒形であるので、ガイド部材
などを設けなくとも、座屈などを起こすことなく、安定
して支持することができる。
FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment of the ultrasonic actuator according to the present invention. In the fourth embodiment, the piezoelectric element 221 is formed by forming electrodes 222 and 223 on the outer wall and inner wall of a cylindrical piezoelectric body. According to the fourth embodiment, since the piezoelectric element 221 has a cylindrical shape, it can be stably supported without buckling or the like without providing a guide member or the like.

【0028】以上説明した実施例に限定されず、種々の
変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれ
る。例えば、前述した各実施例に対して、弾性体に進行
波を発生させる方法として、弾性体の両端を加振して進
行波を発生させる方式を用いて説明したが、図5によっ
て説明したような、弾性体の一端側を加振して弾性体の
他端側から進行波を吸収する方式にも同様に適用でき
る。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, which are also included in the present invention. For example, as a method of generating a traveling wave in the elastic body, a method of vibrating both ends of the elastic body to generate a traveling wave has been described with respect to the above-described respective embodiments. The method can be similarly applied to a system in which one end side of the elastic body is vibrated and the traveling wave is absorbed from the other end side of the elastic body.

【0029】また、前記各実施例では、電気−機械変換
素子を圧電素子として説明したが、電歪素子としてもよ
い。また、圧電素子は、積層したものを例に説明した
が、支持強度が十分であれば、1枚であってもよい。
Further, in each of the above embodiments, the electro-mechanical conversion element is described as a piezoelectric element, but it may be an electrostrictive element. Further, the piezoelectric element has been described as an example in which the piezoelectric elements are laminated, but one piezoelectric element may be used as long as the supporting strength is sufficient.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気機械変換素子の電界印加方向と垂直方向の変位を利
用したので、振動方向に積層を施さなくても、低電圧で
大きな変位を得ることができる。したがって、振動方向
の積層を施さなくても、低電圧で大きな変位をもたらす
ことが可能になり、励振時に励振による積層の破損を回
避することができる、という効果がある。
As described above, according to the present invention,
Since the displacement of the electromechanical conversion element in the direction perpendicular to the electric field is utilized, a large displacement can be obtained at a low voltage without stacking in the vibration direction. Therefore, it is possible to cause a large displacement at a low voltage without stacking in the vibration direction, and it is possible to avoid damage to the stack due to excitation during excitation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による超音波アクチュエータの第1実施
例を説明する外観図である。
FIG. 1 is an external view illustrating a first embodiment of an ultrasonic actuator according to the present invention.

【図2】第1実施例に係る超音波アクチュエータの移動
子を説明する断面図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a moving element of the ultrasonic actuator according to the first embodiment.

【図3】図3(A)は、本発明による超音波アクチュエ
ータの第2実施例を説明する図、図3(B)は、本発明
による超音波アクチュエータの第3実施例を説明する図
である。
FIG. 3 (A) is a diagram for explaining a second embodiment of the ultrasonic actuator according to the present invention, and FIG. 3 (B) is a diagram for explaining a third embodiment of the ultrasonic actuator according to the present invention. is there.

【図4】本発明による超音波アクチュエータの第4実施
例を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a fourth embodiment of the ultrasonic actuator according to the present invention.

【図5】従来の超音波アクチュエータの一例を説明する
外観図である。
FIG. 5 is an external view illustrating an example of a conventional ultrasonic actuator.

【図6】従来の両端加振型の超音波アクチュエータの一
例の構成を動作原理とともに説明する図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of an example of a conventional ultrasonic actuator of both-end excitation type together with the operation principle.

【符合の説明】[Explanation of sign]

101 固定子 102 移動子 111 弾性体 121、122 圧電素子 131、132 160 加圧手段 170 連結手段 Reference Signs List 101 stator 102 mover 111 elastic body 121, 122 piezoelectric element 131, 132 160 pressurizing means 170 connecting means

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電材料又は電歪材料からなり、駆動信
号を電界印加方向に加えることにより励振する第1及び
第2の電気機械変換素子と、 一方向に長く伸びた形状を成し、その両端部近傍に前記
第1及び第2の電気機械変換素子がそれぞれ結合されて
おり、それらの電気機械変換素子の励振により進行性振
動波が発生する弾性体と、 前記弾性体に加圧接触させられる移動子とを含む超音波
アクチュエータにおいて、 前記各電気機械変換素子は、前記電界印加方向と垂直方
向に延びた端部が前記弾性体に結合していることを特徴
とする超音波アクチュエータ。
1. A first and a second electromechanical conversion element, which is made of a piezoelectric material or an electrostrictive material and is excited by applying a drive signal in an electric field application direction, and has a shape elongated in one direction. The first and second electromechanical conversion elements are respectively coupled near both ends, and an elastic body that generates a progressive vibration wave by excitation of these electromechanical conversion elements is brought into pressure contact with the elastic body. An ultrasonic actuator including a movable element, wherein each electromechanical conversion element has an end extending in a direction perpendicular to the electric field application direction coupled to the elastic body.
【請求項2】 圧電材料又は電歪材料からなり、駆動信
号を電界印加方向に加えることにより励振する電気機械
変換素子と、 一方向に長く伸びた形状を成し、その一端部近傍に前記
電気機械変換素子が結合されており、その電気機械変換
素子の励振により進行性振動波が発生する弾性体と、 前記弾性体の他端部近傍に結合されており、前記進行性
振動波を吸収する吸収部と、 前記弾性体に加圧接触させられる移動子とを含む超音波
アクチュエータにおいて、 前記電気機械変換素子は、前記電界印加方向と垂直方向
に延びた端部が前記弾性体に結合していることを特徴と
する超音波アクチュエータ。
2. An electromechanical conversion element, which is made of a piezoelectric material or an electrostrictive material and is excited by applying a drive signal in the electric field application direction, and a shape elongated in one direction. A mechanical conversion element is coupled, and an elastic body that generates a progressive vibration wave by excitation of the electromechanical conversion element is coupled to the elastic body near the other end of the elastic body to absorb the progressive vibration wave. In an ultrasonic actuator including an absorber and a moving element that is brought into pressure contact with the elastic body, the electromechanical conversion element has an end extending in a direction perpendicular to the electric field application direction coupled to the elastic body. An ultrasonic actuator characterized in that
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の超音波ア
クチュエータにおいて、 前記電気機械変換素子は、前記電界印加方向に積層され
ていることを特徴とする超音波アクチュエータ。
3. The ultrasonic actuator according to claim 1, wherein the electromechanical conversion element is laminated in the electric field applying direction.
【請求項4】 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記
載の超音波アクチュエータにおいて、 前記電気機械変換素子の近傍に、その電気機械変換素子
と平行に設けられたガイド部材とを備えたことを特徴と
する超音波アクチュエータ。
4. The ultrasonic actuator according to claim 1, further comprising: a guide member provided in the vicinity of the electromechanical conversion element in parallel with the electromechanical conversion element. An ultrasonic actuator characterized in that
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7123872B2 (en) * 2002-09-11 2006-10-17 Ricoh Company, Ltd. Cleaning device and method, image forming apparatus, and process cartridge

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7123872B2 (en) * 2002-09-11 2006-10-17 Ricoh Company, Ltd. Cleaning device and method, image forming apparatus, and process cartridge

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