JPH09135585A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の振動アクチュエータでは、比較的広い
設置スペースを必要とし、例えば狭隘部に設置できず、
振動アクチュエータの使用に関する制限となっていた。 【解決手段】 電気機械変換素子２，３を平面に接合さ
れる矩形平板状の振動子１を備え、電気機械変換素子
２，３への駆動電圧の印加により、振動子１の長手方向
への縦振動と前記の平面に交差する方向への屈曲振動と
を発生する振動アクチュエータ４であって、縦振動の腹
である振動子１の長手方向の端面に、駆動力取出部１ｆ
が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動エネルギーを
利用した振動アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、リニア型振動アクチュエータ１
００の従来例を示す説明図である。従来のリニア型振動
アクチュエータ１００は、棒状弾性体１０１の一端側に
加振用の変成器１０２が配置され、他端側に制振用の変
成器１０３が配置される。各変成器１０２，１０３に
は、振動子１０２ａ，１０３ａが接合される。加振用の
振動子１０２ａに発振器１０２ｂから交流電圧を印加し
て棒状弾性体１０１を振動させ、この振動が棒状弾性体
１０１を伝播することにより進行波となる。この進行波
によって、棒状弾性体１０１に加圧接触された移動体１
０４が駆動される。

【０００３】一方、棒状弾性体１０１の振動は、制振用
の変成器１０３を通じて振動子１０３ａに伝えられ、こ
の振動子１０３ａによって振動エネルギーが電気エネル
ギーに変換される。この振動子１０３ａに接続された負
荷１０３ｂにより電気エネルギーを消費することにより
振動を吸収する。この制振用の変成器１０３により、棒
状弾性体１０１の端面における反射を抑制して、棒状弾
性体１０１の固有モードの定在波の発生を防いでいる。

【０００４】図４のリニア型振動アクチュエータ１００
では、移動体１０４の移動範囲だけ棒状弾性体１０１の
長さが必要であり、その棒状弾性体１０１の全体を加振
しなければならないために装置が大型化するとともに、
固有モードの定在波の発生を防止するために制振用の変
成器１０３，負荷１０３ｂ等が必要となる、といった問
題があった。

【０００５】このような問題を解決するために、自走式
の振動アクチュエータが種々提案されており、例えば、
「第５回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム講演
論文集」の「２２２ 光ピックアップ移動を目的とした
圧電リニアモータ」に記載されている「異形縮退縦Ｌ１
−屈曲Ｂ４モード・平板モータ」が知られている。

【０００６】図５は、異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード
・平板モータ４の従来例を示す模式図であって、図５
（Ａ）は正面図，図５（Ｂ）は側面図，図５（Ｃ）は平
面図である。

【０００７】弾性体である振動子１は、矩形平板状の基
礎部１ａと，その基礎部１ａの一方の平面に形成された
突起部１ｂ，１ｃとから構成される。圧電素子２，３
は、振動子１の基礎部１ａの他方の平面に貼付され、縦
１次振動と屈曲４次振動とを発生させる圧電素子であ
る。

【０００８】振動子１の突起部１ｂ，１ｃは、基礎部１
ａに発生する屈曲４次振動の腹の位置に設けられ、図示
しないガイドレールに押し付けられる。図６は、この異
形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード・平板モータ４に発生す
る縦１次振動及び屈曲４次振動を示す説明図であって、
図６（ａ）は基礎部１ａを抽出して示す側面図，図６
（ｂ）は基礎部１ａを抽出して示す平面図，図６（ｃ）
は基礎部１ａに発生する縦１次振動の振動波形の一例を
示すグラフ，図６（ｄ）は振動子１の基礎部１ａに発生
する屈曲４次振動の振動波形の一例を示すグラフであ
る。

【０００９】振動子１の基礎部１ａの上面には、厚さ方
向に一様に分極された電気機械変換素子２，３である圧
電セラミックス板が貼付される。このとき、振動子１と
電気機械変換素子２，３とは、振動子１の長さ方向に関
して縦１次振動及び屈曲４次振動それぞれの周波数が一
致する寸法に設計・製作される。

【００１０】このような振動子１に接続される図示しな
い金属電極の間に、９０°位相差を有する交流電圧を印
加すると、図６（ｃ）のグラフに振動波形を示す縦１次
振動と，図６（ｄ）のグラフに振動波形を示す屈曲４次
振動との合成である振動変位を有する定在波が発生す
る。

【００１１】このような従来の縦１次振動−屈曲４次振
動を利用した振動アクチュエータ４は、基礎部１ａの長
手方向の中央部幅方向に設けられた支持用突起部１ｄ，
１ｅを有する振動子１の片面（又は両面）に電気機械変
換素子２，３等を接着し、基礎部１ａに発生する縦振動
及び屈曲振動それぞれの振動を、長手方向について一致
又は近接させ、これらの縦振動及び屈曲振動それぞれの
振動の周波数に近い周波数の交流電界を印加することに
より、これら二つの振動を縮退状態で発生させる定在波
型振動アクチュエータである。

【００１２】このような縦１次振動及び屈曲４次振動を
利用する振動アクチュエータ４は、速度及び駆動力が大
きいとともに構造が簡単であって、今後さらに用途が拡
大されるものと考えられる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この振動ア
クチュエータ４は、駆動力を取り出すために、突起部１
ｂ，１ｃを図示しない相対運動部材に適当な加圧力で加
圧接触させる必要があり、そのためには振動アクチュエ
ータ４を支持する必要がある。

【００１４】図７は、従来の振動アクチュエータ４の支
持態様の一例を示す側面図であり、図８は、このように
して支持された振動アクチュエータ４の振動子１につい
て、図８（ａ）は基礎部１ａを抽出して示す側面図，図
８（ｂ）は基礎部１ａを抽出して示す平面図，図８
（ｃ）は振動子１の基礎部１ａに発生する縦１次振動の
振動波形の一例を示すグラフ，図８（ｄ）は基礎部１ａ
に発生する屈曲４次振動の振動波形の一例を示すグラフ
である。

【００１５】この振動アクチュエータ４に使用される振
動子１は、通常は、図６に示すように、振動子１の長手
方向に関する中央部が両モードの共通の節となるため、
この中央部に支持用突起部１ｄ，１ｅを設け、この支持
用突起部１ｄ，１ｅを利用してネジ等を治具に固定する
ことにより、支持される。駆動力は、振動子１の長手方
向の端面側２箇所（Ａ部及びＢ部）の屈曲振動の腹部に
回転自在に接触されたローラ等から取り出される。

【００１６】また、図７及び図８に示すように、振動子
１の基礎部１ａの端部側に支持用突起部１ｄ−１，１ｅ
−１を設け、この支持用突起部１ｄ−１，１ｅ−１を、
図７に示す支持部材５により支持するとともに振動子１
の長手方向の端面側２箇所の屈曲振動の腹部にローラ６
を接触させると、この支持した位置が縦１次振動の節と
なるため、このように振動子１を支持することも可能で
ある。

【００１７】しかし、図６〜図８に示す振動子１を備え
る振動アクチュエータ４では、屈曲４次振動の腹部でロ
ーラを回す振動アクチュエータ４の板厚方向の寸法が大
きくなるため、振動アクチュエータ４を例えば狭隘部に
配置したいような場合（例えば振動子１を立てた状態で
設置して使用したいような場合）等に、比較的広い設置
スペースを必要とし、設置に関する大きな制限となって
いた。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、片面又は両面
に一つ以上の電気機械変換素子を設置した振動子の中央
部又はその他の屈曲振動の節部を支持する際に、振動子
の長手方向の端面に、駆動力を取り出すためのローラを
配置することにより、上述した課題を解決するものであ
る。

【００１９】請求項１の発明は、電気機械変換素子を平
面に接合される矩形平板状の弾性体を備え、前記電気機
械変換素子への駆動電圧の印加により、前記弾性体の長
手方向への縦振動と前記平面に交差する方向への屈曲振
動とを発生する振動アクチュエータであって、前記縦振
動の腹である前記弾性体の長手方向の端面に、駆動力取
出部が設けられることを特徴とする振動アクチュエータ
である。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１に記載された
振動アクチュエータにおいて、前記駆動力取出部に、軸
支された回転体が接触されることを特徴とする。請求項
３の発明は、請求項１又は請求項２に記載された振動ア
クチュエータにおいて、前記屈曲振動の節位置で前記弾
性体を支持する支持部材を備えることを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、本発明の実施形態について添付
図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２２】図１は、本実施形態において用いる振動ア
クチュエータ４の構成を示す側面図である。本実施形態
において用いる振動アクチュエータ４の構成は、前述し
た図５及び図６と同様であるため、共通する部分につい
ては同一の図中符号を付すことにより重複する説明を省
略する。

【００２３】なお、図１においても、符号１はステンレ
ス鋼製の弾性板からなる振動子であり、符号２，３は振
動子１の表面に貼付された電気機械変換素子である圧電
素子であり、さらに、振動子１は端面側に形成された支
持用突起部１ｄ−１，１ｅ−１を上治具５ａ，下治具５
ｂ及び２本のボルト７からなる治具５により挟まれて固
定・保持される。

【００２４】この振動子１が縮退する条件の交流電界を
圧電素子２に印加し、一方、圧電素子３には圧電素子２
に印加する交流電界と位相が９０°異なる交流電界を印
加する。

【００２５】本実施形態では、従来例と異なり、基礎部
１ａに発生する縦振動の腹位置となる振動子１の長手方
向の端面を駆動力取出部１ｆとし、この駆動力取出部１
ｆに、軸支された回転体であるローラ６を適宜圧力で加
圧接触させる。

【００２６】この状態で、振動子１に発生する縦１次振
動により振動子１はローラ６と断続的に接触するととも
に、振動子１に発生する屈曲４次振動により振動子１は
ローラ６を回転駆動する。

【００２７】この際に、発生する縦１次振動と屈曲４次
振動とを励振させて、屈曲４次振動により図中矢印方向
にローラ６を回転させるタイミングだけ、縦１次振動に
より振動子１がローラ６に接触させることにより、図中
矢印方向にだけローラ６を回転駆動することができる。

【００２８】すなわち、本実施形態では、従来例とは異
なり、縦１次振動が相対運動部材であるローラ６と振動
子１とのクラッチ的役割を奏し、屈曲４次振動がローラ
６に駆動力（回転力）を与える。

【００２９】このようにして、本実施形態によれば、ロ
ーラ６を振動子１の厚さ方向に関する側面において回転
させるため、従来のものに比較して振動アクチュエータ
４の厚さ（振動子１の厚さ方向に関する距離）を小さく
することができる。

【００３０】そのため、振動子１を例えば立てた状態で
あっても、従来は設置が難しかった狭隘部に設置するこ
とができ、効率的に駆動することができる。図２は、振
動子１を立てて設置した場合の一例を示す説明図であ
る。

【００３１】図２において、電気機械変換素子２，３を
表面に接着された振動子１は、一端側において、振動子
１の一端側に保持板５が貫着される。一端側に保持板５
が貫着された振動子１は、溝型に形成されたフレーム８
の内部に収容されており、この保持板５は、フレーム８
の開口部側の端面に到達する２本のボルト７により締結
される。

【００３２】振動子１の他端側は、フレーム８の他端に
回転自在に支持されたローラ６の外面に適宜圧力で接触
する。本実施形態では、ローラ６は固定面９に接触して
おり、電気機械変換素子２，３に前述した駆動電圧をそ
れぞれ印加することにより、振動子１に発生する縦１次
振動及び屈曲４次振動によりローラ６が右方向（又は左
方向）に回転し、図２に示す振動アクチュエータ４は固
定面９に対して右方向（又は左方向）に自走する。

【００３３】（第２実施形態）図３は、本発明の第２実
施形態にかかる振動アクチュエータの構成を示す説明図
である。

【００３４】本実施形態の振動アクチュエータ４−１
は、振動子１を縦１次振動及び屈曲４次振動それぞれの
振動の節である長手方向の中央部で、固定・支持され
る。すなわち、クランク状に成形された２本のフレーム
材８−１，８−２及びこれらを上部側で連結する連結板
１０により構成されるフレーム１１が設けられており、
このフレーム１１の中心部に螺着されるボルト７が、さ
らに振動子１の長手方向の中央部に螺着されて、振動子
１がフレーム１１に固定される。

【００３５】フレーム１１の両端部側には、ローラ６ａ
及び６ｂがそれぞれ回転自在に支持されており、これら
のローラ６ａ及び６ｂは、振動子１の駆動力取出部であ
る端面に接触される。

【００３６】本実施形態では、振動子１を長手方向の中
央部で支持するとともに、振動子１の両端面にローラ６
ａ及び６ｂを配置しており、両端面において圧接された
二つのローラ６ａ及び６ｂを回転駆動することができ
る。

【００３７】また、縦１次振動の振動の節を固定するこ
とによりローラ６ａ及び６ｂを効率的に回転駆動するこ
とができる。

【００３８】（変形形態）本発明にかかる振動アクチュ
エータは、以上説明した第１実施形態及び第２実施形態
には限定されず、種々の変形や変更が可能であって、そ
れらも本発明の範囲に含まれる。

【００３９】例えば、第１実施形態及び第２実施形態で
は、電気機械変換素子として圧電素子を用いたが、本発
明はこのような態様のみに限定されるものではなく、電
気エネルギーを機械エネルギーに変換することができる
ものであれば、等しく適用できる。圧電素子以外に、例
えば磁歪素子や電歪素子等を用いることもできる。

【００４０】また、前述した第１実施形態では、振動子
の基礎部の一部に支持用突起部を形成したが、このよう
な態様に限定されるものではない。例えば、支持用突起
部を形成せずに振動子の基礎部に、支持用孔や支持用溝
を形成することにより、振動子を固定するようにしても
よい。

【００４１】さらに、第１実施形態及び第２実施形態で
は、振動子の長手方向の端面にローラを圧接することに
より、自走式の振動アクチュエータとしたが、例えば、
ローラに被搬送材を接触させるとともに振動アクチュエ
ータ本体を固定することにより、他走式（搬送式）の振
動アクチュエータとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態で用いる振動アクチュエータの構
成を示す側面図である。

【図２】第１実施形態で振動子を立てて設置した場合の
一例を示す説明図である。

【図３】第２実施形態で用いる振動アクチュエータの構
成を示す説明図である。

【図４】リニア型振動アクチュエータの従来例を示す説
明図である。

【図５】異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード・平板モータ
の従来例を示す模式図であって、図５（Ａ）は正面図，
図５（Ｂ）は側面図，図５（Ｃ）は平面図である。

【図６】異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード・平板モータ
に発生する縦１次振動及び屈曲４次振動を示す説明図で
あって、図６（ａ）は基礎部を抽出して示す側面図，図
６（ｂ）は基礎部を抽出して示す平面図，図６（ｃ）は
基礎部に発生する縦１次振動の振動波形の一例を示すグ
ラフ，図６（ｄ）は振動子の基礎部に発生する屈曲４次
振動の振動波形の一例を示すグラフである。

【図７】従来の振動アクチュエータの支持態様の一例を
示す側面図である。

【図８】振動アクチュエータの振動子について、図８
（ａ）は基礎部１ａを抽出して示す側面図，図８（ｂ）
は基礎部１ａを抽出して示す平面図，図８（ｃ）は振動
子１の基礎部１ａに発生する屈曲４次振動の振動波形の
一例を示すグラフ，さらに図８（ｄ）は基礎部１ａに発
生する縦１次振動の振動波形の一例を示すグラフであ
る。

【符号の説明】 １ 振動子 １ａ 基礎部 １ｂ，１ｃ，１ｆ 駆動力取出部 １ｄ，１ｅ，１ｄ−１，１ｅ−１ 支持用突起部 ２，３ 電気機械変換素子 ４ 振動アクチュエータ ５ 支持部材 ５ａ 上治具 ５ｂ 下治具 ６，６ａ，６ｂ ローラ ７ ボルト ８，１１ フレーム ８−１，８−２ フレーム材 ９ 固定面 １０ 連結板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械変換素子を平面に接合される矩
   形平板状の弾性体を備え、前記電気機械変換素子への駆
   動電圧の印加により、前記弾性体の長手方向への縦振動
   と前記平面に交差する方向への屈曲振動とを発生する振
   動アクチュエータであって、 前記縦振動の腹である前記弾性体の長手方向の端面に、
   駆動力取出部が設けられることを特徴とする振動アクチ
   ュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された振動アクチュエー
   タにおいて、 前記駆動力取出部に、軸支された回転体が接触されるこ
   とを特徴とする振動アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載された振動
   アクチュエータにおいて、 前記屈曲振動の節位置で前記弾性体を支持する支持部材
   を備えることを特徴とする振動アクチュエータ。