JPH09219982A - Vibration actuator - Google Patents

Vibration actuator

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Publication number
JPH09219982A
JPH09219982A JP8025575A JP2557596A JPH09219982A JP H09219982 A JPH09219982 A JP H09219982A JP 8025575 A JP8025575 A JP 8025575A JP 2557596 A JP2557596 A JP 2557596A JP H09219982 A JPH09219982 A JP H09219982A
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JP
Japan
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vibration
piezoelectric
bodies
torsional vibration
vibrator
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Pending
Application number
JP8025575A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takatoshi Ashizawa
隆利 芦沢
Mitsuhiro Okazaki
光宏 岡崎
Isao Sugaya
功 菅谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
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  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of a vibration actuator by mounting electromechanical transducer elements at positions, which are not the looped positions of stretching vibration or twisting vibration with regard to the axial direction. SOLUTION: For semi-elastic bodies 13 and 14 of a vibrator 10, a thick hollow-shaped cylinder body, which has a first large-diameter part 11A, a second large-diameter part 11B and a small-diameter part 11b between the large- diameter parts in sequence, is vertically divided into two parts by a plane including a central axis, and the semi-cylinder parts are formed. Piezoelectric bodies 12a and 12b, which are the electromechanical transducer elements, are held at the divided surfaces of the semi-elastic bodies 13 and 14 formed in the semi- cylinder bodies. The primary stretching vibration and the secondary twisting vibration are generated by the excitation of the piezoelectric bodies 12a and 12b. The piezoelectric bodies 12a and 12b are mounted at the positions, which are not the loop positions generating the drive force at a drive plane D. Thus, the efficiency of the vibration actuator can be improved.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、伸縮振動と捩じり
振動との合成振動を用いた振動アクチュエータに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration actuator using composite vibration of stretching vibration and torsional vibration.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9は、縦−捩じり振動型の振動アクチ
ュエータの従来例を示した斜視図である。
2. Description of the Related Art FIG. 9 is a perspective view showing a conventional example of a longitudinal-torsional vibration type vibration actuator.

【0003】従来、この種の振動アクチュエータでは、
固定子(ステータ)101は、2つの円柱型の振動子1
02,103間に捩じり振動用の圧電素子104が挟ま
れる。振動子103の上側には縦振動用の圧電素子10
5が配置される。捩じり振動用の圧電素子104は周方
向に分極され、縦振動用の圧電素子105は厚み方向に
分極される。さらに、相対運動部材(ロータ)106は
縦振動用の圧電素子105の上側に配置される。
Conventionally, in this type of vibration actuator,
The stator (stator) 101 includes two cylindrical vibrators 1.
A piezoelectric element 104 for torsional vibration is sandwiched between 02 and 103. A piezoelectric element 10 for longitudinal vibration is provided above the vibrator 103.
5 are arranged. The piezoelectric element 104 for torsional vibration is polarized in the circumferential direction, and the piezoelectric element 105 for longitudinal vibration is polarized in the thickness direction. Further, the relative motion member (rotor) 106 is arranged above the piezoelectric element 105 for longitudinal vibration.

【0004】固定子101を構成する振動子102,1
03及び圧電素子104,105は、シャフト107に
形成されたねじ部に螺合されて固定される。ロータ10
6は、中心部に配置されたボールベアリング108を介
して、シャフト107に回転自在に設けられる。シャフ
ト107の先端にはナット110が螺合し、ボールベア
リング108とナット110との間にはばね109が装
着される。ばね109により、ロータ106を固定子1
01の端面に加圧接触させる。
The vibrators 102, 1 constituting the stator 101
03 and the piezoelectric elements 104 and 105 are screwed and fixed to the screw portion formed on the shaft 107. Rotor 10
6 is rotatably provided on the shaft 107 via a ball bearing 108 arranged at the center. A nut 110 is screwed onto the tip of the shaft 107, and a spring 109 is mounted between the ball bearing 108 and the nut 110. The rotor 109 is fixed to the stator 1 by the spring 109.
01 is brought into pressure contact with the end surface.

【0005】捩じり振動用の圧電素子104と縦振動用
の圧電素子105とは、図9中に模式的に示す発振器1
11から発振される同一周波数の駆動電圧を、移相器1
12により位相制御して駆動される。
The piezoelectric element 104 for torsional vibration and the piezoelectric element 105 for longitudinal vibration are the oscillator 1 schematically shown in FIG.
The drive voltage of the same frequency oscillated from 11 is applied to phase shifter 1
It is phase-controlled by 12 and driven.

【0006】捩じり振動用の圧電素子104は、ロータ
106が回転するための機械的変位を与える。一方、縦
振動用の圧電素子105は、固定子101とロータ10
6との間に働く摩擦力を、圧電素子104による捩じり
振動の周期に合わせて周期的に変動させることにより同
期させて、振動を一方向への運動に変換するクラッチ的
役割を果たす。
The piezoelectric element 104 for torsional vibration gives a mechanical displacement for rotating the rotor 106. On the other hand, the piezoelectric element 105 for longitudinal vibration includes the stator 101 and the rotor 10.
The frictional force acting between the vibrations 6 and 6 is synchronized by periodically changing in accordance with the cycle of the torsional vibration by the piezoelectric element 104, and plays a role of a clutch for converting the vibration into a movement in one direction.

【0007】図10は、図9に示す振動アクチュエータ
の固定子101を展開して示す斜視図である。捩じり振
動用の圧電素子104は、周方向に分極する必要があ
る。そこで、捩じり振動用の圧電素子104は、圧電材
料を、図10に示すように、6〜8個程度の扇形の小片
に一旦分割しておき、各小片を周方向に分極した後に再
度環状に組み合わせることにより組み立てていた。な
お、符号104aは電極である。
FIG. 10 is an exploded perspective view showing the stator 101 of the vibration actuator shown in FIG. The piezoelectric element 104 for torsional vibration needs to be polarized in the circumferential direction. Therefore, in the piezoelectric element 104 for torsional vibration, the piezoelectric material is once divided into about 6 to 8 fan-shaped small pieces as shown in FIG. It was assembled by combining them in a ring. Reference numeral 104a is an electrode.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この図9及び
図10により示す従来の振動アクチュエータでは、捩じ
り振動用の圧電素子104を環状に組み合わせる時に、
形状精度を出すことが難しかった。そのため、圧電素子
104と振動子103,又は圧電素子104同士の密着
性が低下し、圧電素子104,105の振動が振動子1
02,103には充分に伝達されず、振動アクチュエー
タの駆動効率が低下してしまうという問題があった。
However, in the conventional vibration actuator shown in FIGS. 9 and 10, when the piezoelectric element 104 for torsional vibration is assembled in an annular shape,
It was difficult to achieve shape accuracy. Therefore, the adhesion between the piezoelectric element 104 and the vibrator 103 or between the piezoelectric elements 104 decreases, and the vibration of the piezoelectric elements 104 and 105 causes the vibration of the vibrator 1.
02 and 103 are not sufficiently transmitted, and there is a problem that the driving efficiency of the vibration actuator is reduced.

【0009】また、捩じり振動用の圧電素子104は、
扇形の小片を接着して組み立てる際に充分な接着強度を
得るため、少なくとも数mm程度の厚さが必要となる。
そのため、圧電素子104の電極間距離が大きくなって
しまい、駆動に必要な電界を圧電素子104に与えるた
めには電極間に高い電圧を印加する必要があった。
Further, the piezoelectric element 104 for torsional vibration is
In order to obtain a sufficient adhesive strength when the fan-shaped small pieces are adhered and assembled, a thickness of at least several mm is required.
Therefore, the distance between the electrodes of the piezoelectric element 104 becomes large, and it is necessary to apply a high voltage between the electrodes in order to apply an electric field required for driving to the piezoelectric element 104.

【0010】一方、捩じり振動用の圧電素子104及び
縦振動用の圧電素子105の面積は、振動子102,1
03の断面積と略等しいか、又は、振動子102,10
3の断面積よりも小さかった。また、シャフト107を
貫通させるために、捩じり振動用の圧電素子104及び
縦振動用の圧電素子105の中央部に孔を開ける必要が
あった。そのため、捩じり振動用の圧電素子104及び
縦振動用の圧電素子105それぞれの面積はさらに小さ
くなり、モータの高トルク化及び高回転化を図ることが
難しかった。
On the other hand, the areas of the piezoelectric element 104 for torsional vibration and the piezoelectric element 105 for longitudinal vibration are the same as those of the vibrators 102, 1.
03 is substantially equal to the cross-sectional area, or the oscillators 102, 10
It was smaller than the cross-sectional area of 3. Moreover, in order to penetrate the shaft 107, it is necessary to form a hole in the central portion of the piezoelectric element 104 for torsional vibration and the piezoelectric element 105 for longitudinal vibration. Therefore, the area of each of the piezoelectric element 104 for torsional vibration and the piezoelectric element 105 for longitudinal vibration is further reduced, and it is difficult to achieve high torque and high rotation of the motor.

【0011】そこで、本出願人は、先に特願平6−18
0279号,特願平6−275022号等により、一次
の伸縮振動(縦振動)と一次(又は二次)の捩じり振動
とを利用した異形モード縮退型の振動子を用いた振動ア
クチュエータを提案した。図11は、この振動アクチュ
エータに用いる異形モード縮退型の振動子50の上面図
であり、図12は、振動子50の側面図である。
Therefore, the present applicant previously filed Japanese Patent Application No. 6-18.
No. 0279, Japanese Patent Application No. 6-275022, etc., a vibration actuator using a deformed mode degenerate oscillator that utilizes primary stretching vibration (longitudinal vibration) and primary (or secondary) torsional vibration. Proposed. FIG. 11 is a top view of a variant mode degenerate oscillator 50 used in this vibration actuator, and FIG. 12 is a side view of the oscillator 50.

【0012】振動子50は、電気エネルギーを機械的変
位に変換する電気機械変換素子である圧電素子52a,
52bと、これらの圧電素子52a,52bの励振によ
って伸縮振動及び捩じり振動を発生する中空円柱状の弾
性体51とを備える。
The vibrator 50 is a piezoelectric element 52a which is an electromechanical conversion element for converting electric energy into mechanical displacement.
52b, and a hollow cylindrical elastic body 51 that generates stretching vibration and torsional vibration by the excitation of these piezoelectric elements 52a and 52b.

【0013】弾性体51は、中空の円柱体51を中心軸
を含む平面で縦に2分割することによって得られる半弾
性体53,54を組み合わせることにより得られる。弾
性体51の外周面には小径部51aが溝状に形成され、
この小径部51aによって区切られる二つの部分に、第
1大径部51A及び第2大径部51Bが形成される。そ
のため、弾性体51の外周面には、中心軸方向(図12
における上下方向)に関して、第1大径部51A,小径
部51a及び第2大径部51Bが順に形成される。
The elastic body 51 is obtained by combining the semi-elastic bodies 53 and 54 obtained by vertically dividing the hollow cylindrical body 51 in a plane including the central axis. A small diameter portion 51a is formed in a groove shape on the outer peripheral surface of the elastic body 51,
A first large-diameter portion 51A and a second large-diameter portion 51B are formed in the two parts separated by the small-diameter portion 51a. Therefore, the outer peripheral surface of the elastic body 51 has a central axis direction (see FIG. 12).
In the vertical direction), the first large diameter portion 51A, the small diameter portion 51a, and the second large diameter portion 51B are sequentially formed.

【0014】半弾性体53,54の2つの分割面には、
2層ずつ合計4層の圧電素子52a,52bとこれらの
圧電素子52a,52bに駆動電圧を印加する電極板5
5a,55b及び55cとが挟まれた状態で装着され
る。
On the two dividing surfaces of the semi-elastic members 53, 54,
A total of four layers of piezoelectric elements 52a and 52b, two layers each, and an electrode plate 5 that applies a drive voltage to these piezoelectric elements 52a and 52b.
5a, 55b, and 55c are attached in a sandwiched state.

【0015】2つの分割面のそれぞれに装着される圧電
素子52a,52bは2層ずつ合計4層からなる。4層
の圧電素子のうちの2層の圧電素子52aは圧電定数d
15を用いることで半弾性体53,54の長手方向に対し
て剪断変位を発生する。残り2層の圧電素子52bは圧
電定数d31を用いることで半弾性体53,54の長手方
向に対して伸縮変位を発生する。
The piezoelectric elements 52a and 52b mounted on each of the two divided surfaces are made up of two layers, each having a total of four layers. The piezoelectric element 52a of two layers among the piezoelectric elements of four layers has a piezoelectric constant d
By using 15 , shear displacement is generated in the longitudinal direction of the semi-elastic bodies 53 and 54. The remaining two layers of piezoelectric elements 52b use the piezoelectric constant d 31 to cause expansion / contraction displacement in the longitudinal direction of the semi-elastic bodies 53, 54.

【0016】圧電素子52aに駆動電圧を印加すると、
半弾性体53,54には捩じり変位が発生する。圧電素
子52bに駆動電圧を印加すると、半弾性体53,54
には縦変位が発生する。したがって、捩じり振動用の圧
電素子52aに正弦波電圧を入力することにより弾性体
51にはそれに応じて捩じり振動が発生し、縦振動用の
圧電素子52bに正弦波電圧を入力することにより弾性
体51にはそれに応じて伸縮振動が発生する。
When a driving voltage is applied to the piezoelectric element 52a,
Torsional displacement occurs in the semi-elastic bodies 53 and 54. When a driving voltage is applied to the piezoelectric element 52b, the semi-elastic bodies 53 and 54 are
Vertical displacement occurs in the. Therefore, when a sinusoidal voltage is input to the piezoelectric element 52a for torsional vibration, torsional vibration is generated in the elastic body 51 accordingly, and the sinusoidal voltage is input to the piezoelectric element 52b for longitudinal vibration. As a result, elastic vibration is generated in the elastic body 51 accordingly.

【0017】さらに、振動子51の一方の端面である駆
動面Dには、回転自在に支持された相対運動部材である
円柱状の移動子(図示しない。)が、適当な加圧力で接
触する。
Further, a cylindrical moving element (not shown), which is a rotatably supported relative movement member, comes into contact with a driving surface D, which is one end surface of the vibrator 51, with an appropriate pressing force. .

【0018】図13は、図11及び図12に示す振動ア
クチュエータにおいて、振動子51に発生する捩じり振
動(Tモード)及び伸縮振動(Lモード)を組み合わせ
て駆動面Dに楕円運動を発生することを経時的に示す説
明図である。
FIG. 13 shows the vibration actuator shown in FIGS. 11 and 12, in which the torsional vibration (T mode) and the stretching vibration (L mode) generated in the vibrator 51 are combined to generate an elliptic motion on the drive surface D. It is explanatory drawing which shows doing over time.

【0019】図13において、t=(6/4)πの時点
では、捩じり振動Tの変位は左側に最大であり、一方、
伸縮振動Lの変位は零である。この状態では、移動子
(図示しない。)は、同じく図示しない加圧機構によっ
て振動子51の駆動面Dに加圧接触する。
In FIG. 13, at time t = (6/4) π, the displacement of the torsional vibration T is maximum on the left side, while
The displacement of the stretching vibration L is zero. In this state, the mover (not shown) is brought into pressure contact with the drive surface D of the vibrator 51 by a pressure mechanism (not shown).

【0020】この状態から、t=(7/4)π〜0〜
(2/4)πまでは、捩じり振動Tは、左側の最大から
右側の最大まで変位し、一方、伸縮振動Lは、零から上
側の最大に変位し再び零に戻る。したがって、振動子5
1の駆動面Dの定点は、移動子を押しながら右方向に回
転し、移動子は駆動される。
From this state, t = (7/4) π˜0
Up to (2/4) π, the torsional vibration T is displaced from the left maximum to the right maximum, while the stretching vibration L is displaced from zero to the upper maximum and returns to zero again. Therefore, the oscillator 5
The fixed point of the driving surface D of No. 1 rotates to the right while pushing the mover, and the mover is driven.

【0021】次に、t=(2/4)π〜(6/4)πま
では、捩じり振動Tは、右側の最大から左側の最大まで
変位し、一方、伸縮振動Lは、零から下側の最大に変位
し再び零に戻る。したがって、振動子51の駆動面Dの
定点は、移動子から離れながら左方向に回転するため、
移動子は駆動されない。このときに、移動子は、加圧部
材により加圧されていても固有振動数が異なるため、振
動子の縮みに追従しない。
Next, from t = (2/4) π to (6/4) π, the torsional vibration T is displaced from the maximum on the right side to the maximum on the left side, while the stretching vibration L is zero. Then, it moves to the lower maximum and returns to zero again. Therefore, the fixed point of the driving surface D of the vibrator 51 rotates leftward while separating from the moving element,
The mover is not driven. At this time, the moving element does not follow the contraction of the vibrator because the natural frequency is different even if it is pressed by the pressing member.

【0022】ここで、捩じり振動の共振周波数と伸縮振
動の共振周波数とが略一致すると、振動子51には、捩
じり振動と伸縮振動とが同時に発生し(縮退)、駆動面
Dには楕円運動が発生し、駆動力が発生する。
Here, when the resonance frequency of the torsional vibration and the resonance frequency of the stretching vibration are substantially equal to each other, the torsional vibration and the stretching vibration are simultaneously generated (degenerate) in the vibrator 51, and the driving surface D is generated. An elliptical motion occurs in the, and a driving force is generated.

【0023】楕円運動が発生している際に、捩じり振動
の振動数を捩じり振動の共振周波数に略一致させるとと
もに、伸縮振動の振動数を伸縮振動の共振周波数に略一
致させると、共振して駆動面Dにおける楕円運動が拡大
する。
When the frequency of the torsional vibration is made to substantially match the resonance frequency of the torsional vibration and the frequency of the stretching vibration is made to substantially match the resonance frequency of the stretching vibration when the elliptical motion is occurring. , And resonate, and the elliptical motion on the drive surface D expands.

【0024】ところで、これらの異形モード縮退型の振
動アクチュエータでは、圧電素子52a,52bは、弾
性体軸方向について、半弾性体53,54それぞれの分
割面全体に配置されている。したがって、圧電素子52
a,52bは、捩じり振動の腹位置を跨がって2つの節
位置に配置されていた。
By the way, in these variant mode degenerate type vibration actuators, the piezoelectric elements 52a and 52b are arranged on the entire dividing surface of each of the semi-elastic bodies 53 and 54 in the elastic body axial direction. Therefore, the piezoelectric element 52
The a and 52b were arranged at two node positions across the antinode position of the torsional vibration.

【0025】一般的に、圧電素子を弾性体に装着し、捩
じり振動及び伸縮振動を発生させる場合、各振動の節位
置を含む位置に圧電素子が配置される。これは、各振動
の節位置は歪み変位が最も大きな位置であるため、各振
動の節部に圧電素子を配置することにより、捩じり振動
及び伸縮振動を極めて効率的に発生させることが可能と
なるからである。
Generally, when a piezoelectric element is mounted on an elastic body and torsional vibration and stretching vibration are generated, the piezoelectric element is arranged at a position including a node position of each vibration. This is because the node position of each vibration is the position where the strain displacement is the largest, so by placing a piezoelectric element at the node part of each vibration, it is possible to extremely efficiently generate torsional vibration and stretching vibration. It is because

【0026】ところで、図11〜図13により示す異形
モード縮退型の振動アクチュエータでは、捩じり振動及
び伸縮振動それぞれの腹位置にも圧電素子を配置してい
るが、この振動の腹位置は歪み変位が小さい位置であ
る。そのため、腹位置に配置された圧電素子は振動の発
生には余り寄与せず、腹位置に装着された圧電素子に入
力するエネルギーが有効に利用されていない。したがっ
て、振動アクチュエータの駆動効率がその分だけ向上し
ないという課題があった。
By the way, in the variant mode degenerate vibration actuator shown in FIGS. 11 to 13, piezoelectric elements are also arranged at the antinode positions of each of the torsional vibration and the stretching vibration. The position where the displacement is small. Therefore, the piezoelectric element arranged at the antinode position does not contribute much to the generation of vibration, and the energy input to the piezoelectric element attached at the antinode position is not effectively used. Therefore, there is a problem that the driving efficiency of the vibration actuator is not improved accordingly.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、弾性
体と,前記弾性体に装着される電気機械変換素子とを有
し、前記電気機械変換素子への駆動電圧の印加により、
前記弾性体の軸方向についての伸縮振動と捩じり振動と
を生じて駆動力を発生する振動アクチュエータにおい
て、前記電気機械変換素子は、前記軸方向に関して、前
記伸縮振動又は前記捩じり振動の腹位置でない位置に、
装着されることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an elastic body and an electromechanical conversion element mounted on the elastic body, and a drive voltage is applied to the electromechanical conversion element.
In a vibration actuator that generates a driving force by generating a stretching vibration and a torsional vibration in the axial direction of the elastic body, the electromechanical conversion element is configured so that the stretching vibration or the torsional vibration is generated in the axial direction. At a position that is not the belly position,
It is characterized by being installed.

【0028】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、前記腹位置は、前記弾性
体の前記軸方向に関する両端部近傍であることを特徴と
する。
According to a second aspect of the invention, in the vibration actuator according to the first aspect, the antinode position is near both ends of the elastic body in the axial direction.

【0029】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、前記腹位置
には、機械的変位を電気エネルギーに変換する機械電気
変換素子又は補強部材が装着されることを特徴とする。
The invention of claim 3 is the invention of claim 1 or claim 2.
In the vibration actuator described in (1), a mechanical-electrical conversion element or a reinforcing member that converts mechanical displacement into electric energy is attached to the antinode position.

【0030】請求項4の発明は、請求項1から請求項3
までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータに
おいて、前記伸縮振動の次数は1次以上であるととも
に、前記捩じり振動の次数は1次以上であることを特徴
とする。
The invention of claim 4 is from claim 1 to claim 3.
In the vibration actuator described in any one of the above items, the extensional vibration has an order of 1 or more and the torsional vibration has an order of 1 or more.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1実施形態)図1は、本発明の第1実施形態にかか
る振動アクチュエータ1を説明する縦断面図である。な
お、以降の各実施形態の説明は、振動アクチュエータと
して超音波の領域の振動数を利用する超音波アクチュエ
ータを例にとって、行う。
(First Embodiment) FIG. 1 is a vertical sectional view for explaining a vibration actuator 1 according to a first embodiment of the present invention. Note that the following description of each embodiment will be given by taking an ultrasonic actuator that uses the frequency of an ultrasonic region as an example of the vibration actuator.

【0032】図1に示す超音波アクチュエータ1を構成
する振動子10は、駆動信号により励振される電気機械
変換素子である圧電体12a,12bと、これらの圧電
体12a,12bが接合され、圧電体12a,12bの
励振により1次の伸縮振動と2次の捩じり振動とを発生
して駆動面Dに駆動力を発生する半弾性体13,14と
から構成される。
The vibrator 10 constituting the ultrasonic actuator 1 shown in FIG. 1 is formed by connecting piezoelectric bodies 12a and 12b, which are electromechanical conversion elements excited by a drive signal, with these piezoelectric bodies 12a and 12b. It is composed of semi-elastic bodies 13 and 14 which generate a driving force on the drive surface D by generating a primary stretching vibration and a secondary torsional vibration by the excitation of the bodies 12a and 12b.

【0033】半弾性体13,14は、その外周面の軸方
向について第1大径部11A,第2大径部11B,及び
これらの間に小径部11aを順に有する厚肉中空状の円
筒体を、中心軸を含む平面で縦に2分割することにより
得られる半円筒体である。半弾性体13,14の2つの
分割面には、圧電体12a,12bが挟み込まれた状態
で装着される。
The semi-elastic bodies 13, 14 are thick-walled hollow cylindrical bodies having a first large diameter portion 11A, a second large diameter portion 11B, and a small diameter portion 11a between them in this order in the axial direction of the outer peripheral surface. Is a semi-cylindrical body obtained by vertically dividing into two in a plane including the central axis. Piezoelectric bodies 12a and 12b are attached to the two divided surfaces of the semi-elastic bodies 13 and 14 in a state of being sandwiched therebetween.

【0034】第1大径部11Aの振動子軸方向長さは、
第2大径部11Bの軸方向長さよりも長く設定される。
本実施形態では、電気エネルギーを機械的変位に変換す
る振動発生用の圧電体12a,12bは、振動子軸方向
に関して、第1大径部11A,11Bが形成されている
範囲に配置される。
The length of the first large diameter portion 11A in the vibrator axial direction is
It is set longer than the axial length of the second large diameter portion 11B.
In the present embodiment, the vibration generating piezoelectric bodies 12a and 12b for converting electric energy into mechanical displacement are arranged in the range in which the first large diameter portions 11A and 11B are formed in the vibrator axial direction.

【0035】また、圧電体12,12bは、後述する図
2および図3に示すように、2つの分割面それぞれにお
いて2層ずつ合計4層形成される。4層の圧電体のうち
の2層の圧電体12aは圧電定数d15を用いることで弾
性体長手方向に関して剪断変位を発生する。残りの2層
の圧電体12bは圧電定数d31を用いることで弾性体長
手方向に対して伸縮変位を発生する。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3 which will be described later, the piezoelectric bodies 12 and 12b are formed with a total of four layers, two layers on each of the two divided surfaces. Two layers of the four layers of the piezoelectric body 12a generate shear displacement in the elastic body longitudinal direction by using the piezoelectric constant d 15 . The remaining two layers of the piezoelectric body 12b use the piezoelectric constant d 31 to generate expansion / contraction displacement in the elastic body longitudinal direction.

【0036】半弾性体13,14は、弾性体軸方向の略
中心に、圧電体12a,12bの積層方向と平行な方向
(図1における左右方向)に貫通孔16,17が形成さ
れる。
Through holes 16 and 17 are formed in the semi-elastic bodies 13 and 14 in a direction parallel to the stacking direction of the piezoelectric bodies 12a and 12b (left-right direction in FIG. 1) substantially in the center of the elastic body axial direction.

【0037】形成された貫通孔16,17にボルト18
a,18bを挿入し、ボルト18a,18bの先端を、
後述する固定軸19の大径部19aに設けたねじ孔19
bに螺合することにより、半弾性体13,14は、圧電
体12a,12bを挟み込んだ状態で保持するととも
に、振動子10は軸方向の中心を貫通する固定軸19に
保持される。
Bolts 18 are formed in the formed through holes 16 and 17.
Insert a and 18b, and attach the tips of bolts 18a and 18b to
A screw hole 19 provided in a large diameter portion 19a of a fixed shaft 19 described later.
By being screwed into b, the semi-elastic bodies 13 and 14 hold the piezoelectric bodies 12a and 12b in a sandwiched state, and the vibrator 10 is held by the fixed shaft 19 penetrating the center in the axial direction.

【0038】固定軸19は、半弾性体13,14の軸方
向に形成された中空部を貫通し、前述したように弾性体
11を固定するとともに、後述する移動子20を回動自
在に半径方向に位置決め・保持する。
The fixed shaft 19 penetrates through the hollow portions formed in the axial direction of the semi-elastic bodies 13 and 14, fixes the elastic body 11 as described above, and rotatably moves the mover 20 described later. Position and hold in the direction.

【0039】相対運動部材である円柱状の移動子20
は、厚肉円環状の移動子母材20aと、移動子母材20
aの弾性体11側の端面に貼付されて駆動面Dに接触す
る摺動材20bとから構成される。
A cylindrical mover 20 which is a relative motion member.
Is a thick-walled annular mover base material 20a and mover base material 20
The sliding member 20b is attached to the end face of the elastic body 11 side of a and contacts the drive surface D.

【0040】移動子母材20aの反振動子11側の端面
の内周部には、環状に溝部20cが形成されており、こ
の溝部20cに位置決め部材であるベアリング21を嵌
合し、このベアリング21を固定軸19に装着する。
An annular groove portion 20c is formed on the inner peripheral portion of the end surface of the mover base material 20a on the anti-vibrator 11 side, and a bearing 21 which is a positioning member is fitted in the groove portion 20c. 21 is attached to the fixed shaft 19.

【0041】移動子母材20aの外周面には、出力取出
し用歯車(図示しない。)が環状に形成される。この出
力取出し用歯車は、図示しない被駆動体に環状に形成さ
れた歯車(図示しない)に噛合する。このようにして、
移動子20の出力(回転動力)が被駆動体に伝達され
て、被駆動体は駆動される。
An output take-out gear (not shown) is formed in an annular shape on the outer peripheral surface of the mover base material 20a. The output extracting gear meshes with a gear (not shown) formed in an annular shape on a driven body (not shown). In this way,
The output (rotational power) of the mover 20 is transmitted to the driven body, and the driven body is driven.

【0042】ベアリング21は、固定軸19の端部に形
成されたねじ部19cに螺着される加圧力調整部材であ
るナット22とベアリング21との間に装着された加圧
部材である皿バネ23(スプリングバネや板バネ等であ
ってもよい。)により、振動子10側に向けて加圧され
る。これにより、移動子20の振動子側端面が適宜圧力
で振動子10の駆動面Dに向けて加圧接触される。ナッ
ト22の螺着位置を調節することにより、皿バネ23の
加圧力が調節される。
The bearing 21 is a disc spring which is a pressing member mounted between a bearing 22 and a nut 22 which is a pressing force adjusting member screwed to a screw portion 19c formed at the end of the fixed shaft 19. 23 (which may be a spring spring, a leaf spring, or the like) is pressed toward the vibrator 10. As a result, the end surface of the moving element 20 on the oscillator side is pressed against the driving surface D of the oscillator 10 with appropriate pressure. By adjusting the screwing position of the nut 22, the pressing force of the disc spring 23 is adjusted.

【0043】図2は、本実施形態にかかる超音波アクチ
ュエータに用いる振動子10を駆動面方向から見た説明
図であり、図3は、本実施形態にかかる超音波アクチュ
エータに用いる振動子10を側面方向から見た説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory view of the vibrator 10 used in the ultrasonic actuator according to the present embodiment as seen from the driving surface direction, and FIG. 3 shows the vibrator 10 used in the ultrasonic actuator according to the present embodiment. It is explanatory drawing seen from the side surface direction.

【0044】弾性体11は、中空円柱状の弾性体を中心
軸を含む平面で縦に2分割することにより得られる半弾
性体13,14を組み合わせることにより、得られる。
中空円柱状の弾性体の側面には小径部11aが溝状に形
成される。
The elastic body 11 is obtained by combining the semi-elastic bodies 13 and 14 obtained by vertically dividing the hollow cylindrical elastic body in a plane including the central axis.
A small diameter portion 11a is formed in a groove shape on the side surface of the hollow cylindrical elastic body.

【0045】弾性体11の外周面には、この小径部11
aによって第1大径部11A及び第2大径部11Bが区
切られて形成される。そのため、弾性体11の外周面に
は、振動子軸方向に順に第1大径部11A,小径部11
a及び第2大径部11Bが形成される。
The small diameter portion 11 is formed on the outer peripheral surface of the elastic body 11.
The first large diameter portion 11A and the second large diameter portion 11B are separated by a. Therefore, on the outer peripheral surface of the elastic body 11, the first large diameter portion 11A and the small diameter portion 11 are arranged in this order in the oscillator axial direction.
a and the second large diameter portion 11B are formed.

【0046】弾性体13,14それぞれの間の2つの分
割面のうち、弾性体軸方向について第1大径部11Aが
形成されている範囲には、圧電素子12a,12bと圧
電素子12a,12bに駆動電圧を印加するための電極
板15a,15b及び15cとが挟まれた状態で装着さ
れる。
Of the two divided surfaces between the elastic bodies 13 and 14, the piezoelectric elements 12a and 12b and the piezoelectric elements 12a and 12b are located in the area where the first large diameter portion 11A is formed in the elastic body axial direction. The electrode plates 15a, 15b, and 15c for applying a driving voltage are mounted in a state of being sandwiched therebetween.

【0047】2つの分割面のそれぞれに装着される圧電
素子12a,12bは、2層ずつ合計4層からなる。4
層の圧電素子のうちの2層の圧電素子12aは、圧電定
数d15を用いることにより弾性体11の軸方向に対して
剪断変位を発生する。残り2層の圧電素子12bは,圧
電定数d31を用いることにより弾性体11の軸方向に対
して伸縮変位を発生する。
The piezoelectric elements 12a and 12b mounted on each of the two divided surfaces are made up of two layers, that is, a total of four layers. Four
The two-layer piezoelectric element 12a of the layer piezoelectric elements generates shear displacement in the axial direction of the elastic body 11 by using the piezoelectric constant d 15 . The remaining two layers of piezoelectric elements 12b generate expansion / contraction displacement in the axial direction of the elastic body 11 by using the piezoelectric constant d 31 .

【0048】圧電素子12aに駆動電圧を印加すると、
弾性体11には捩じり変位が発生する。また、圧電素子
12bに駆動電圧を印加すると、弾性体11には伸縮変
位が発生する。
When a driving voltage is applied to the piezoelectric element 12a,
Torsional displacement occurs in the elastic body 11. Further, when a drive voltage is applied to the piezoelectric element 12b, the elastic body 11 is expanded and contracted.

【0049】圧電素子12aは、例えばある正電圧を印
加した場合、図2のように、円周方向に沿って剪断変形
が手前方向とその反対方向とが交互になるように配置さ
れる。手前側に剪断変形する位置が点対称になり、反対
側に剪断変形する位置が点対称になると好適である。ま
た、ある負の電圧を印加した場合は、図2とは逆の方向
に剪断変形する。
When a certain positive voltage is applied, for example, the piezoelectric element 12a is arranged so that the shear deformation alternates between the front direction and the opposite direction along the circumferential direction, as shown in FIG. It is preferable that the position of shearing deformation on the front side is point-symmetrical and the position of shearing deformation on the opposite side is point-symmetrical. Further, when a certain negative voltage is applied, shear deformation occurs in the direction opposite to that in FIG.

【0050】以上説明したように、捩じり振動用の圧電
素子12aと、縦振動用の圧電素子12bとを配置して
おき、捩じり振動用の圧電素子12aに正弦波電圧を入
力することにより弾性体11にはそれに応じて捩じり振
動が発生し、縦振動用の圧電素子12bに正弦波電圧を
入力することにより弾性体11にはそれに応じて伸縮振
動が発生する。
As described above, the piezoelectric element 12a for torsional vibration and the piezoelectric element 12b for longitudinal vibration are arranged, and a sinusoidal voltage is input to the piezoelectric element 12a for torsional vibration. As a result, a torsional vibration is generated in the elastic body 11 accordingly, and a stretching vibration is generated in the elastic body 11 in response to the sinusoidal voltage input to the piezoelectric element 12b for longitudinal vibration.

【0051】このように構成された振動アクチュエータ
1に2つの(1/4)λ位相差を有する駆動信号を、そ
れぞれ捩じり振動用の圧電素子12aと伸縮振動用の圧
電素子12bとに入力すると、伸縮振動は伸縮振動用の
圧電素子12bによって直接的に発生し、一方、捩じり
振動は弾性体11に発生する剪断変形によって発生す
る。
Drive signals having two (1/4) λ phase differences are input to the piezoelectric element 12a for torsional vibration and the piezoelectric element 12b for expansion / contraction vibration in the vibration actuator 1 configured as described above. Then, the stretching vibration is directly generated by the piezoelectric element 12b for stretching vibration, while the torsional vibration is generated by the shear deformation generated in the elastic body 11.

【0052】駆動信号が入力された弾性体11には、捩
じり振動用の圧電素子12a及び伸縮振動用の圧電素子
12bの励振により、捩じり振動及び伸縮振動が同時に
発生し、これらの振動を合成した楕円運動が駆動面Dに
発生する。
In the elastic body 11 to which the driving signal is input, the torsional vibration and the stretching vibration are simultaneously generated by the excitation of the piezoelectric element 12a for the torsional vibration and the piezoelectric element 12b for the stretching vibration. An elliptic motion that combines vibrations is generated on the drive surface D.

【0053】図4は、このような振動子11に発生する
捩じり振動及び伸縮振動を組み合わせることにより駆動
面Dに楕円運動が発生することを経時的に示す説明図で
ある。なお、図4においては、説明の便宜上、相対運動
部材である移動子は図示しない。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing over time that an elliptic motion is generated on the driving surface D by combining the torsional vibration and the stretching vibration generated in the vibrator 11 as described above. Note that, in FIG. 4, for convenience of description, the mover, which is a relative movement member, is not shown.

【0054】図4に示すように、捩じり振動の周期と伸
縮振動の周期との位相差を(1/4)λ(λ:波長)ず
らして設定すると、振動子11の駆動面D上には楕円運
動が発生する。
As shown in FIG. 4, when the phase difference between the period of the torsional vibration and the period of the stretching vibration is set to be shifted by (1/4) λ (λ: wavelength), the drive surface D of the vibrator 11 is set. Elliptic motion occurs in the.

【0055】図4において、t=(6/4)πの時点で
は、捩じり振動Tの変位は左側に最大であり、伸縮振動
Lの変位は零である。この状態では、移動子は、図示し
ない加圧部材によって振動子11の駆動面Dに加圧接触
する。
In FIG. 4, at time t = (6/4) π, the displacement of the torsional vibration T is maximum on the left side, and the displacement of the stretching vibration L is zero. In this state, the mover is brought into pressure contact with the drive surface D of the vibrator 11 by a pressure member (not shown).

【0056】この状態から、t=(7/4)π〜0〜
(2/4)πまでは、捩じり振動Tは、左側の最大から
右側の最大まで変位する。一方、伸縮振動Lは、零から
上側の最大に変位して再び零に戻る。したがって、振動
子11の駆動面Dは移動子を押しながら右方向に回転
し、移動子は回転駆動される。
From this state, t = (7/4) π˜0
Up to (2/4) π, the torsional vibration T is displaced from the maximum on the left side to the maximum on the right side. On the other hand, the stretching vibration L is displaced from zero to the upper maximum and returns to zero again. Therefore, the driving surface D of the vibrator 11 rotates rightward while pressing the moving element, and the moving element is rotationally driven.

【0057】次に、t=(2/4)π〜(6/4)πま
では、捩じり振動Tは、右側の最大から左側の最大まで
変位する。一方、伸縮振動Lは、零から下側の最大に変
位し再び零に戻る。したがって、弾性体11の駆動面D
は、移動子を離れながら、左方向に回転するため、移動
子は駆動されない。このとき、移動子は加圧部材により
加圧されていても、加圧部材の固有振動数が超音波振動
域より低いために、振動子11の縮み変位に追従するこ
とができない。
Next, from t = (2/4) π to (6/4) π, the torsional vibration T is displaced from the maximum on the right side to the maximum on the left side. On the other hand, the stretching vibration L is displaced from zero to the maximum on the lower side and returns to zero again. Therefore, the drive surface D of the elastic body 11
Rotates left while moving away from the mover, so the mover is not driven. At this time, even if the mover is pressed by the pressing member, the contracting displacement of the vibrator 11 cannot be followed because the natural frequency of the pressing member is lower than the ultrasonic vibration range.

【0058】図5は、圧電体12a,12bの励振によ
って、振動子10に1次の縦振動と2次の捩じり振動と
が発生することを示す説明図であって、図5(a)は上
面図,図5(b)は側面図,図5(c)は発生する捩じ
り振動及び伸縮振動の発生状況例を示すグラフである。
FIG. 5 is an explanatory view showing that the vibrator 10 is caused to generate a first-order longitudinal vibration and a second-order torsional vibration by exciting the piezoelectric bodies 12a and 12b. ) Is a top view, FIG. 5 (b) is a side view, and FIG. 5 (c) is a graph showing an example of a situation in which torsional vibration and stretching vibration are generated.

【0059】本実施形態の超音波アクチュエータにおい
て用いる弾性体13,14は、第1大径部11A,第2
大径部11B及びこれらの間に捩じり剛性の弱い小径部
11aを有する。
The elastic bodies 13 and 14 used in the ultrasonic actuator of this embodiment are the first large diameter portion 11A and the second large diameter portion 11A.
It has a large diameter portion 11B and a small diameter portion 11a having low torsional rigidity between them.

【0060】さらに、本実施形態の超音波アクチュエー
タでは、第1大径部11Aの振動子軸方向長さが第2大
径部11Bの振動子軸方向長さよりも大きく設定され
る。したがって、図5(c)に示すように、捩じり振動
は、小径部11a形成位置と第1大径部11Aの振動子
軸方向長さの略真中との2箇所にそれぞれ節が発生する
2次モードとなる。一方、伸縮振動は、小径部11aの
形成に起因した形状面の影響を受け難いため、第1大径
部11A,第2大径部11B及び小径部11aを含んだ
振動子全長の略真中部分に、1つの節が発生する1次モ
ードとなる。
Further, in the ultrasonic actuator of this embodiment, the length of the first large diameter portion 11A in the vibrator axial direction is set to be larger than the length of the second large diameter portion 11B in the vibrator axial direction. Therefore, as shown in FIG. 5C, in the torsional vibration, a node is generated at each of the small diameter portion 11a forming position and the first large diameter portion 11A at substantially the center of the axial length of the transducer. It becomes the secondary mode. On the other hand, since the stretching vibration is hardly affected by the shape surface due to the formation of the small diameter portion 11a, the substantially middle portion of the entire length of the vibrator including the first large diameter portion 11A, the second large diameter portion 11B and the small diameter portion 11a. Then, it becomes the primary mode in which one node is generated.

【0061】したがって、図5(c)に示すように、第
2大径部11Bは、捩じり振動及び伸縮振動それぞれの
腹位置となる。本実施形態では、図5(a)〜図5
(c)に示すように、捩じり振動及び縦振動それぞれの
腹部に相当する第2大径部11Bと第1大径部11Aの
駆動面D側には圧電体12a,12bを配置せずに空隙
としておく。換言すれば、捩じり振動及び縦振動の節部
に圧電体12a,12bを配置し、弾性体軸方向に関し
て、捩じり振動又は伸縮振動の腹位置でない装着位置に
装着する。
Therefore, as shown in FIG. 5 (c), the second large diameter portion 11B is in the antinode position of each of the torsional vibration and the stretching vibration. In the present embodiment, FIG.
As shown in (c), the piezoelectric bodies 12a and 12b are not arranged on the drive surface D side of the second large diameter portion 11B and the first large diameter portion 11A corresponding to the abdominal portions of the torsional vibration and the longitudinal vibration, respectively. Leave as a void. In other words, the piezoelectric bodies 12a and 12b are arranged at the nodes of the torsional vibration and the longitudinal vibration, and the piezoelectric bodies 12a and 12b are mounted at the mounting position which is not the antinode position of the torsional vibration or the stretching vibration in the axial direction of the elastic body.

【0062】したがって、本実施形態の超音波アクチュ
エータによれば、圧電体12a,12bの装着面積、す
なわち電圧印加面積が減少するため、圧電体12a,1
2bの静電容量を低減することができる。
Therefore, according to the ultrasonic actuator of the present embodiment, the mounting area of the piezoelectric bodies 12a and 12b, that is, the voltage application area is reduced, so that the piezoelectric bodies 12a and 1b are reduced.
The capacitance of 2b can be reduced.

【0063】ここで、超音波アクチュエータ1に入力さ
れる電流を、振動子の等価回路(「超音波モータ入門」
81頁,総合電子出版社より引用)から求めてみると、
駆動点(反共振点付近)の入力電流は、以下のような近
似式によって示される。 入力電流I=V・R・ω2 ・Cd2 ・・・・・・・
Here, the current input to the ultrasonic actuator 1 is converted into the equivalent circuit of the vibrator ("Introduction to ultrasonic motor").
81 pages, quoted from Sogo Denshi Publisher)
The input current at the driving point (near the anti-resonance point) is expressed by the following approximate expression. Input current I = V ・ R ・ ω 2・ Cd 2

【0064】ただし、C:振動子11のコンデンサ成分
(主に圧電体12a,12bの静電容量) V:印加電圧 R:振動子11の共振抵抗 ω:周波電圧の角速度
However, C: capacitor component of the vibrator 11 (mainly the capacitance of the piezoelectric bodies 12a and 12b) V: applied voltage R: resonance resistance of the vibrator 11 ω: angular velocity of frequency voltage

【0065】したがって、振動形成には余り寄与しない
捩じり振動及び伸縮振動の腹位置に配置されていた圧電
体12a,12bを解消することにより、圧電体12
a,12bの静電容量及び入力電流をともに低減するこ
とができる。
Therefore, by eliminating the piezoelectric bodies 12a and 12b arranged at the antinode positions of the torsional vibration and the stretching vibration, which do not contribute much to the vibration formation, the piezoelectric body 12 is eliminated.
Both the electrostatic capacitances of a and 12b and the input current can be reduced.

【0066】一方、伸縮振動の節位置には圧電体12
a,12bが配置してあるため、超音波アクチュエータ
1の出力は殆ど低下しない。これにより、出力及び入力
電力量により決定される超音波アクチュエータ1の駆動
効率を向上させることができる。
On the other hand, the piezoelectric body 12 is placed at the node position of the stretching vibration.
Since a and 12b are arranged, the output of the ultrasonic actuator 1 hardly decreases. As a result, the driving efficiency of the ultrasonic actuator 1 determined by the output and the input power amount can be improved.

【0067】すなわち、本実施形態の超音波アクチュエ
ータ1によれば、1次の伸縮振動及び2次の捩じり振動
の腹位置でない装着位置に圧電体12a,12bを配置
するため、出力を殆ど低下することなく入力エネルギー
を低減することができ、振動アクチュエータ1の駆動効
率を向上させることができる。
That is, according to the ultrasonic actuator 1 of the present embodiment, since the piezoelectric bodies 12a and 12b are arranged at the mounting positions other than the antinode position of the primary stretching vibration and the secondary torsional vibration, almost no output is produced. The input energy can be reduced without lowering, and the driving efficiency of the vibration actuator 1 can be improved.

【0068】また、本実施形態の超音波アクチュエータ
1によれば、1次の伸縮振動及び2次の捩じり振動の腹
部となる弾性体13,14の端部に、圧電体12a,1
2bを配置しないため、端面における楕円運動(出力)
に対する拘束量を殆ど低下することなく入力エネルギー
を低減することができ、超音波アクチュエータ1の駆動
効率を向上させることができる。
Further, according to the ultrasonic actuator 1 of this embodiment, the piezoelectric bodies 12a, 1 are provided at the ends of the elastic bodies 13, 14 which are the antinodes of the primary stretching vibration and the secondary torsional vibration.
Since 2b is not placed, elliptical motion at the end face (output)
It is possible to reduce the input energy with almost no reduction in the constraint amount for the, and it is possible to improve the drive efficiency of the ultrasonic actuator 1.

【0069】(第2実施形態)図6は、本発明にかかる
超音波アクチュエータ31の第2実施形態を示す縦断面
図である。本実施形態の超音波アクチュエータ31が第
1実施形態の超音波アクチュエータ1と相違するのは、
振動子32に小径部が二つ形成されている点と、圧電素
子の配置と、さらに、伸縮振動及び捩じり振動それぞれ
の腹位置に機械電気変換素子を配置した点である。
(Second Embodiment) FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the ultrasonic actuator 31 according to the present invention. The ultrasonic actuator 31 of the present embodiment is different from the ultrasonic actuator 1 of the first embodiment in that
The vibrator 32 has two small-diameter portions, the piezoelectric elements are arranged, and the electromechanical transducers are arranged at the antinodes of the stretching vibration and the torsional vibration.

【0070】振動子32は、駆動信号により励振される
電気機械変換素子である圧電体33a,33bと、それ
らの圧電体33a,33bが接合され圧電体33a,3
3bの励振によって1次の伸縮振動と2次の捩じり振動
とが発生することにより駆動面Eに駆動力が発生する中
空円柱状の弾性体34とから構成される。
The vibrator 32 includes piezoelectric bodies 33a and 33b, which are electromechanical transducers excited by a drive signal, and piezoelectric bodies 33a and 33b, which are joined to each other.
The hollow cylindrical elastic body 34 generates a driving force on the driving surface E due to the generation of the primary stretching vibration and the secondary torsional vibration due to the excitation of 3b.

【0071】図7は、本実施形態の超音波アクチュエー
タ31において用いる振動子32の構造を詳細に示す説
明図であって、図7(a)は振動子32の上面図,図7
(b)は圧電体33a,33bの装着状況を示す振動子
32の側面図,図7(c)は振動子32に発生する伸縮
振動及び捩じり振動の発生状況例を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view showing in detail the structure of the vibrator 32 used in the ultrasonic actuator 31 of this embodiment. FIG. 7A is a top view of the vibrator 32, and FIG.
FIG. 7B is a side view of the vibrator 32 showing how the piezoelectric bodies 33a and 33b are attached, and FIG. .

【0072】弾性体34は、鉄鋼,リン青銅,ステンレ
ス鋼等の金属材料からなり、3つの大径部34A,34
B及び34Cと、2つの小径部34a,34bとをその
外周面に有する中空円柱状の弾性体を、中心軸を含む平
面で縦に2分割することにより得られる二つの半弾性体
35,36を組み合わせることにより、構成される。二
つの半弾性体35,36の2つの分割面それぞれには、
2層かつ3群からなる圧電体33a,33bと、圧電体
33a,33bとの間で電気的エネルギーの入力及び出
力を行うための電極37a,37b及び37cとが挟み
込まれた状態で保持される。
The elastic body 34 is made of a metal material such as steel, phosphor bronze, and stainless steel, and has three large diameter portions 34A, 34.
Two semi-elastic bodies 35, 36 obtained by vertically dividing a hollow cylindrical elastic body having B and 34C and two small diameter portions 34a, 34b on its outer peripheral surface in a plane including the central axis. It is configured by combining. On each of the two split surfaces of the two semi-elastic bodies 35, 36,
The piezoelectric bodies 33a, 33b composed of two layers and three groups and the electrodes 37a, 37b, 37c for inputting and outputting electrical energy are held between the piezoelectric bodies 33a, 33b. .

【0073】小径部34a,34bは、弾性体34に発
生する捩じり振動の節位置に配置される。捩じり振動用
の圧電体33aは、捩じり振動の二つの節部を含む位置
に配置される。一方、伸縮(縦)振動用の圧電体33b
は、縦振動の一つの節部を含む位置に配置される。
The small diameter portions 34a, 34b are arranged at the node positions of the torsional vibration generated in the elastic body 34. The piezoelectric body 33a for torsional vibration is arranged at a position including two nodes of torsional vibration. On the other hand, the piezoelectric body 33b for stretching (longitudinal) vibration
Are arranged at positions including one node of longitudinal vibration.

【0074】二つの半弾性体35,36それぞれの振動
子長手方向の略中心に、圧電体33a,33bの積層方
向と平行に貫通孔38a,38bが形成される。二つの
半弾性体35,36は、貫通孔38a,38bにボルト
39a,39bを挿入し、後述する固定軸40の略中央
部に設けられた大径部40aに形成されたネジ孔40b
に螺着することにより、圧電体33a,33bを挟み込
むとともに、軸方向の中心に挿入された固定軸40に保
持される。
Through holes 38a and 38b are formed substantially in the center of each of the two semi-elastic members 35 and 36 in the longitudinal direction of the vibrator, parallel to the stacking direction of the piezoelectric members 33a and 33b. The two semi-elastic bodies 35 and 36 are formed by inserting bolts 39a and 39b into the through holes 38a and 38b and forming a screw hole 40b formed in a large diameter portion 40a provided at a substantially central portion of a fixed shaft 40 described later.
The piezoelectric bodies 33a and 33b are sandwiched by being screwed into and are held by the fixed shaft 40 inserted at the center in the axial direction.

【0075】相対運動部材である移動子41は、厚肉円
環状の移動子母材41aと、移動子母材41aの振動子
側端面に装着されて振動子32の駆動面Eに接触する摺
動材41bとから構成される。摺動材は、硬い高分子
材、例えばPEEK(70重量%)−カーボンファイバ
ー(20重量%)−PTFE(10重量%)のような複
合材料にすると好適である。移動子母材41aの振動子
側端面の内周部には、環状に溝部41cが形成され、こ
の溝部41cに位置決め部材であるベアリング42が嵌
合されて装着される。このベアリング42は、固定軸4
0に対して装着されることにより、移動子41を固定軸
40に対して回動自在に位置決め・保持する。
The mover 41, which is a relative motion member, is mounted on the end face of the mover base material 41a on the vibrator side of the mover base material 41a having a thick annular shape, and is in contact with the drive surface E of the vibrator 32. It is composed of a moving material 41b. The sliding material is preferably a hard polymer material, for example, a composite material such as PEEK (70% by weight) -carbon fiber (20% by weight) -PTFE (10% by weight). A groove portion 41c is formed in an annular shape on the inner peripheral portion of the end surface of the mover base material 41a on the vibrator side, and a bearing 42, which is a positioning member, is fitted and mounted in the groove portion 41c. This bearing 42 is fixed shaft 4
By mounting the moving element 41 on the fixed shaft 40, the moving element 41 is rotatably positioned and held on the fixed shaft 40.

【0076】移動子母材41aの反振動子側の外周面に
は、出力取出用のギヤ41dが環状に形成されており、
図示しない被駆動体の歯車と噛合する。これにより、移
動子41の動力が被駆動体に伝達されて、被駆動体が駆
動される。
An output take-out gear 41d is formed in an annular shape on the outer peripheral surface of the mover base material 41a on the side opposite to the oscillator.
It meshes with a gear of a driven body (not shown). As a result, the power of the mover 41 is transmitted to the driven body, and the driven body is driven.

【0077】また、固定軸40の端部にはネジ部40b
が形成されており、このネジ部40bに加圧力調整部材
であるナット43が螺着される。このナット43とベア
リング42との間には、加圧部材である皿バネ44(ス
プリングバネや板バネ等であってもよい。)が、固定軸
40によって保持される。皿バネ44のバネ力により、
移動子41は、振動子32の駆動面Eに加圧接触され
る。
Further, a screw portion 40b is provided at the end of the fixed shaft 40.
Is formed, and the nut 43, which is a pressurizing force adjusting member, is screwed onto the screw portion 40b. Between the nut 43 and the bearing 42, a disc spring 44 (which may be a spring spring, a leaf spring, or the like) that is a pressing member is held by the fixed shaft 40. By the spring force of the disc spring 44,
The mover 41 is brought into pressure contact with the drive surface E of the vibrator 32.

【0078】このように、固定軸40は、半弾性体3
5,36の軸方向と平行な方向に向けて形成された中空
部を貫通し、半弾性体35,36等からなる振動子32
を固定するとともに、移動子41を半径方向について回
動自在に位置決め・固定する。
As described above, the fixed shaft 40 has the semi-elastic body 3
A vibrator 32 formed of semi-elastic bodies 35, 36, etc., which penetrates a hollow portion formed in a direction parallel to the axial directions of 5, 5, 36.
Is fixed, and the mover 41 is positioned and fixed rotatably in the radial direction.

【0079】半弾性体35,36は、3つの大径部34
A,34B及び34Cと、2つの小径部34a,34b
とを有した中空の厚肉円筒体を、中心軸を含む平面で縦
に2分割することにより得られる部材であり、その分割
面に2層かつ3群の圧電体33a,33bと電極37
a,37b,37cとが挟み込まれる。
The semi-elastic members 35 and 36 have three large diameter portions 34.
A, 34B and 34C and two small diameter portions 34a, 34b
Is a member obtained by vertically dividing a hollow thick-walled cylindrical body having a vertical axis in a plane including the central axis into two layers and three groups of piezoelectric bodies 33a and 33b and an electrode 37.
a, 37b, 37c are sandwiched.

【0080】小径部34a,34bは、捩じり振動の節
部に位置する。捩じり振動用の圧電体33a,33a
は、捩じり振動の節部に配置され、それによって振動子
32に捩じり振動が発生する。
The small diameter portions 34a and 34b are located at the nodes of torsional vibration. Piezoelectric bodies 33a, 33a for torsional vibration
Are arranged at the nodes of the torsional vibration, which causes torsional vibration in the oscillator 32.

【0081】捩じり振動用の圧電体33aは、周波電圧
が印加した時に電圧の方向に応じて剪断変形を発生し、
この剪断変形によって捩じり振動が発生する。第1の捩
じり振動用の圧電体33a群は、図面上の手前側2枚の
捩じり振動用の圧電体33aと向こう側2枚の捩じり振
動用の圧電体33aとから構成される。手前側2枚の捩
じり振動用の圧電体33aと向こう側2枚の捩じり振動
用の圧電体33aとの剪断変形は、同じ方向の電圧が印
加された場合、それぞれ反対方向に剪断変形するように
配置すると、振動子32にはある方向への捩じり変位が
発生する。
The piezoelectric element 33a for torsional vibration generates shear deformation in accordance with the direction of voltage when a frequency voltage is applied,
This shear deformation causes torsional vibration. The first group of piezoelectric elements 33a for torsional vibration comprises two piezoelectric elements 33a for torsional vibration on the front side and two piezoelectric elements 33a for torsional vibration on the other side in the drawing. To be done. The shear deformation between the two torsion-vibration piezoelectric bodies 33a on the front side and the two torsion-vibration piezoelectric bodies 33a on the other side is sheared in opposite directions when a voltage in the same direction is applied. When the vibrator 32 is arranged so as to be deformed, a torsional displacement in a certain direction is generated in the vibrator 32.

【0082】例えば、図7(a)に示すように、手前側
の2枚の捩じり振動用の圧電体33a及び向こう側の2
枚の捩じり振動用の圧電体33aがそれぞれ剪断変形し
た場合、駆動面Eは図7(a)中に矢印で示すように捩
じれる。また、反対方向の電圧を印加した場合には、逆
の向きの剪断変形が発生するため、駆動面Eは図7
(a)中に矢印で示す状態とは反対方向へ捩じれる。
For example, as shown in FIG. 7A, the two piezoelectric bodies 33a for torsional vibration on the front side and the two piezoelectric bodies 33a on the other side.
When each of the piezoelectric bodies 33a for torsional vibration is sheared and deformed, the driving surface E is twisted as shown by an arrow in FIG. 7A. In addition, when a voltage in the opposite direction is applied, shear deformation in the opposite direction occurs, so that the drive surface E is shown in FIG.
It is twisted in the direction opposite to the state shown by the arrow in (a).

【0083】第2の捩じり振動用の圧電体33a群は、
手前側2枚の捩じり振動用圧電体33aと向こう側2枚
の捩じり振動用の圧電体33aとから構成される。手前
側2枚の捩じり振動用の圧電体33aと向こう側2枚の
捩じり振動用の圧電体33aとの剪断変形は、同じ方向
の電圧を印加するとそれぞれが反対方向に剪断変形する
ように配置すると、振動子32にはある方向への捩じり
振動が発生する。
The second group of piezoelectric elements 33a for torsional vibration is
It is composed of two piezoelectric bodies 33a for torsional vibration on the front side and two piezoelectric bodies 33a for torsional vibration on the other side. The shear deformation of the two torsion-vibration piezoelectric bodies 33a on the front side and the two torsion-vibration piezoelectric bodies 33a on the other side are shear-deformed in opposite directions when a voltage in the same direction is applied. With this arrangement, torsional vibration in a certain direction is generated in the vibrator 32.

【0084】手前側2枚の第1の捩じり振動用の圧電体
33aと手前側2枚の第2の捩じり振動用圧電体33a
とは、同じ方向の電圧が印加されると異なった方向に剪
断変形を生じるように配置する。
Two front side piezoelectric bodies 33a for torsional vibration and two front side piezoelectric bodies 33a for torsional vibration are provided.
And are arranged so that shearing deformation occurs in different directions when a voltage in the same direction is applied.

【0085】さらに、向こう側2枚の第1の捩じり振動
用の圧電体33aと向こう側2枚の第2の捩じり振動用
圧電体33群とは、同じ方向の電圧を印加されると異な
った方向に剪断変形を生じるように配置する。
Further, a voltage of the same direction is applied to the two first piezoelectric bodies 33a for torsional vibration and the second group of second piezoelectric bodies 33 for torsional vibration. Then, they are arranged so that shear deformation occurs in different directions.

【0086】例えば、図7(a)に示すように、手前側
2枚の第2の捩じり振動用の圧電体33a及び向こう側
2枚の第2の捩じり振動用の圧電体33aが剪断変形す
ると、駆動面Eと対向する端面F(反駆動面)は、図7
(a)中に矢印で示す方向とは同じ方向へ捩じれる。
For example, as shown in FIG. 7 (a), two piezoelectric bodies 33a for the second torsional vibration on the front side and two piezoelectric bodies 33a for the second torsional vibration on the other side. When shear deformation occurs, the end face F (opposite drive face) facing the drive face E is
It is twisted in the same direction as the direction indicated by the arrow in (a).

【0087】このように、捩じり振動用の圧電体33a
を配列することにより、第1の捩じり振動用の圧電体3
3a群と第2の捩じり振動用の圧電体33a群とに同じ
周波電圧を印加すると、捩じり振動の第1節Gより上の
部分と第2節Hより上の部分との間で捩じり振動の方向
が同じ方向となり、捩じり2次モードは励振され易くな
る。
As described above, the piezoelectric body 33a for torsional vibration is used.
By arranging the piezoelectric elements 3 for the first torsional vibration.
If the same frequency voltage is applied to the 3a group and the second piezoelectric body 33a for torsional vibration, the portion between the first node G and the second node H of the torsional vibration is applied. The direction of the torsional vibration is the same, and the torsional secondary mode is easily excited.

【0088】次に、図7において、伸縮振動用の圧電体
33bは、周波電圧が印加されたときに伸縮変形を生
じ、この伸縮変形により伸縮振動(縦振動)が発生す
る。伸縮振動用の圧電体33bは、手前側2枚の伸縮振
動用の圧電体33bと向こう側2枚の伸縮振動用の圧電
体33bとから構成される。これらの圧電体33bは、
同じ方向の電圧が印加されると、それぞれ同方向に縦変
形するように配置する。
Next, in FIG. 7, the stretching vibration piezoelectric body 33b undergoes stretching deformation when a frequency voltage is applied, and this stretching deformation causes stretching vibration (longitudinal vibration). The stretching vibration piezoelectric body 33b is composed of two stretching vibration piezoelectric bodies 33b on the front side and two stretching vibration piezoelectric bodies 33b on the other side. These piezoelectric bodies 33b are
When the voltages in the same direction are applied, they are arranged so as to be vertically deformed in the same direction.

【0089】以上説明したように、伸縮振動用の圧電体
33bを配置することにより、伸縮振動用の圧電体33
bに同じ周波電圧を印加すると、伸縮1次振動モードは
励起され易くなる。
As described above, by arranging the piezoelectric body 33b for stretching vibration, the piezoelectric body 33 for stretching vibration is arranged.
When the same frequency voltage is applied to b, the expansion / contraction primary vibration mode is easily excited.

【0090】このように構成された超音波アクチュエー
タ31に、2つの(1/4)λ位相差を有する駆動信号
をそれぞれ伸縮振動用の圧電体33bと捩じり振動用の
圧電体33aとに入力すると、伸縮振動と捩じり振動と
の位相差が90度ずれ、これらの振動を合成した楕円運
動が振動子32の駆動面Eに発生する。
In the ultrasonic actuator 31 thus constructed, two drive signals having a (1/4) λ phase difference are supplied to the piezoelectric body 33b for stretching vibration and the piezoelectric body 33a for torsional vibration, respectively. When input, the phase difference between the stretching vibration and the torsional vibration deviates by 90 degrees, and an elliptic motion that combines these vibrations occurs on the drive surface E of the vibrator 32.

【0091】本実施形態では、図7(b)に示すよう
に、二つの捩じり振動用の圧電体33a,33aのそれ
ぞれ両端側、すなわち振動子32の伸縮振動及び捩じり
振動それぞれの腹位置の近傍には、電気エネルギーを機
械的変位に変換する電気機械変換素子である振動用圧電
体ではなく、機械的変位を電気エネルギーに変換する機
械電気変換素子である振動検出用の圧電体45a,45
bが配置される。振動検出用の圧電体45a,45bに
は駆動電圧は印加されず、振動子32に発生する機械的
変位に応じて電気エネルギーを発生・出力する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7B, both ends of the two piezoelectric bodies 33a, 33a for torsional vibration, that is, the stretching vibration and the torsional vibration of the vibrator 32, respectively, are detected. A piezoelectric body for vibration detection, which is a mechanical-electrical conversion element that converts mechanical displacement into electric energy, is not a piezoelectric body for vibration, which is an electromechanical conversion element that converts electrical energy into mechanical displacement, in the vicinity of the antinode position. 45a, 45
b is arranged. No drive voltage is applied to the vibration detecting piezoelectric bodies 45a and 45b, and electric energy is generated and output according to the mechanical displacement generated in the vibrator 32.

【0092】したがって、本実施形態においても、第1
実施形態と同様に、振動形成には余り寄与しない振動の
腹位置における振動用圧電体33a,33bを装着しな
いことにより、捩じり振動発生用の圧電体33a,33
bの静電容量を低減して入力電力量を低減することがで
きる。
Therefore, also in this embodiment, the first
Similarly to the embodiment, by not mounting the vibration piezoelectric bodies 33a and 33b at the antinode position of the vibration that does not contribute much to the vibration formation, the piezoelectric bodies 33a and 33 for generating the torsional vibration are formed.
It is possible to reduce the capacitance of b to reduce the amount of input power.

【0093】振動検出用の圧電体45a,45bを挟ん
だ位置は、伸縮(縦)振動及び捩じり振動の腹位置の近
傍であるため、伸縮振動及び捩じり振動による機械的歪
みはそれほど大きくない。そのため、この位置に振動検
出用の圧電体45a,45bを設けたことによる振動エ
ネルギーの損失は、振動の節の位置に設けた場合よりも
極めて小さい。したがって、弾性体35,36に発生す
る振動を検出することができるとともに、超音波アクチ
ュエータの駆動効率を低減させることは殆どない。
Since the position between the piezoelectric bodies 45a and 45b for vibration detection is near the antinode position of the stretching (longitudinal) vibration and the torsional vibration, the mechanical strain due to the stretching vibration and the torsional vibration is not so great. not big. Therefore, the loss of vibration energy due to the vibration detecting piezoelectric bodies 45a and 45b provided at this position is extremely smaller than that at the vibration node position. Therefore, the vibration generated in the elastic bodies 35 and 36 can be detected, and the drive efficiency of the ultrasonic actuator is hardly reduced.

【0094】(第3実施形態)図8は、本発明にかかる
超音波アクチュエータ31−1の第3実施形態を示す説
明図であって、図8(a)は振動子32−1の上面図,
図8(b)は圧電体33a,33bの装着状況を示す振
動子32−1の側面図,図8(c)は振動子32−1に
発生する伸縮振動及び捩じり振動の発生状況例を示す説
明図である。
(Third Embodiment) FIG. 8 is an explanatory view showing a third embodiment of an ultrasonic actuator 31-1 according to the present invention, and FIG. 8 (a) is a top view of a transducer 32-1. ,
FIG. 8B is a side view of the vibrator 32-1 showing a mounting state of the piezoelectric bodies 33a and 33b, and FIG. 8C is an example of a situation where stretching vibration and torsional vibration are generated in the vibrator 32-1. FIG.

【0095】本実施形態の超音波アクチュエータ31−
1が、第2実施形態の超音波アクチュエータ31と相違
するのは、二つの捩じり振動用の圧電体33a,33a
のそれぞれ両端側に、機械的変位を電気エネルギーに変
換する機械電気変換素子である振動検出用の圧電体45
a,45bを配置するのではなく、補強部材46a,4
6bを配置した点である。したがって、本実施形態の説
明は、補強部材46a,46bについてのみ行い、その
他の点は図8に図7と同一の符号を付すことにより説明
を省略する。
The ultrasonic actuator 31- of this embodiment
1 is different from the ultrasonic actuator 31 of the second embodiment in that two piezoelectric bodies 33a, 33a for torsional vibration are used.
A piezoelectric body 45 for vibration detection, which is a mechanical-electrical conversion element for converting mechanical displacement into electric energy, on both ends of each of the
Instead of arranging a and 45b, reinforcing members 46a and 4b
This is the point where 6b is arranged. Therefore, the description of the present embodiment will be given only for the reinforcing members 46a and 46b, and the other points will be omitted by giving the same reference numerals to FIG. 8 as in FIG.

【0096】弾性体35,36に発生する縦振動及び捩
じり振動の腹位置近傍には、2つの圧電体33a,33
bと同じ幅の高分子材料からなる補強部材46a,46
bが配置される。この補強部材46a,46bは導電性
を有さないものであり、第2実施形態の超音波アクチュ
エータ31のように機械的変位を電気エネルギーに変換
して外部に出力することにより振動発生状況を出力する
ことはできない。
Two piezoelectric bodies 33a, 33 are provided near the antinode positions of the longitudinal vibration and the torsional vibration generated in the elastic bodies 35, 36.
Reinforcing members 46a, 46 made of a polymer material having the same width as b
b is arranged. The reinforcing members 46a and 46b do not have conductivity, and like the ultrasonic actuator 31 of the second embodiment, the mechanical displacement is converted into electric energy and output to the outside to output the vibration occurrence status. You cannot do it.

【0097】しかし、本実施形態の超音波アクチュエー
タ31−1においても、各圧電体33a,33bの間に
補強部材46a,46bを形成してあるため、図11〜
図13により示す超音波アクチュエータよりも振動用圧
電体33a,33bの電圧印加面積を小さくすることが
可能となる。したがって、さらに圧電体33a,33b
の静電容量を低減することができ、より入力電力量を低
減することができる。
However, also in the ultrasonic actuator 31-1 of the present embodiment, since the reinforcing members 46a and 46b are formed between the piezoelectric bodies 33a and 33b, as shown in FIGS.
The voltage application area of the vibrating piezoelectric bodies 33a and 33b can be made smaller than that of the ultrasonic actuator shown in FIG. Therefore, in addition to the piezoelectric bodies 33a and 33b,
The capacitance can be reduced, and the amount of input power can be further reduced.

【0098】なお、補強部材46a,46bが配置され
る部分は、振動形成にあまり寄与しない振動の腹位置で
あるため、これにより超音波アクチュエータ31−1の
出力を減少させることなく、入力電力量を低減すること
ができ、振動アクチュエータ31−1の駆動効率を向上
することができる。
Since the portions where the reinforcing members 46a and 46b are arranged are the antinode positions of the vibration that do not contribute much to the vibration formation, the amount of input electric power can be increased without reducing the output of the ultrasonic actuator 31-1. Can be reduced and the drive efficiency of the vibration actuator 31-1 can be improved.

【0099】さらに、本実施形態の超音波アクチュエー
タ31−1では、補強部材46a,46bを弾性体3
5,36の間に挟んだ状態で配置するため、この位置に
何も配置せずに空隙としている場合に比較すると、2つ
の弾性体35,36の接合強度が大きくなり、超音波ア
クチュエータ31−1の耐久性が向上する。
Furthermore, in the ultrasonic actuator 31-1 of this embodiment, the reinforcing members 46a and 46b are connected to the elastic body 3.
Since the two elastic bodies 35 and 36 are arranged so as to be sandwiched between the elastic bodies 35 and 36, the bonding strength between the two elastic bodies 35 and 36 is increased as compared with the case where nothing is arranged at this position to form a void. The durability of 1 is improved.

【0100】(変形形態)各実施形態では、超音波の振
動領域を利用する超音波アクチュエータを例にとって説
明を行ったが、本発明にかかる振動アクチュエータはこ
のような振動領域の振動アクチュエータに限定されるも
のではなく、他の振動領域の振動アクチュエータであっ
ても同様に適用できる。
(Modifications) In each of the embodiments, an ultrasonic actuator utilizing an ultrasonic vibration region has been described as an example. However, the vibration actuator according to the present invention is not limited to such a vibration region. The present invention is not limited to this, and can be similarly applied to a vibration actuator in another vibration region.

【0101】各実施形態では、弾性体35,36に2次
の捩じり振動と1次の伸縮振動とを発生させることによ
り駆動力を得る超音波アクチュエータを例にとって、説
明を行った。しかし、本発明にかかる振動アクチュエー
タはこのような態様に限定されるものではなく、複数の
弾性体と,複数の弾性体に装着される電気機械変換素子
とを有し、電気機械変換素子への駆動電圧の印加によ
り、弾性体の軸方向についての1次以上の伸縮振動と1
次以上の捩じり振動とを生じて駆動力を発生する振動ア
クチュエータであれば、入力する電力量の低減に基づく
効率向上といった本発明の効果が奏される。
In each of the embodiments, the description has been given by taking the ultrasonic actuator as an example, which obtains the driving force by generating the secondary torsional vibration and the primary stretching vibration in the elastic bodies 35 and 36. However, the vibration actuator according to the present invention is not limited to such an aspect, and has a plurality of elastic bodies and electromechanical conversion elements mounted on the plurality of elastic bodies, and When a driving voltage is applied, stretching vibrations of 1st order or more in the axial direction of the elastic body and
A vibrating actuator that generates a driving force by generating a torsional vibration of the following degree or more has the effect of the present invention such as improved efficiency based on a reduction in the amount of input electric power.

【0102】本実施形態では、弾性体を鉄鋼,リン青
銅,ステンレス鋼としたが、エリンバー材のような共振
尖鋭度の大きい材料を用いると、振幅が大きくなって駆
動特性が向上し、好適である。また、エリンバー材は、
温度により共振周波数の遷移が小さいために、これを弾
性体として用いると、温度変化に対しての超音波アクチ
ュエータの性能変化が小さくなり、制御性が向上すると
いった利点も生じる。
In this embodiment, the elastic body is made of steel, phosphor bronze, or stainless steel. However, if a material having a large resonance sharpness such as Elinvar material is used, the amplitude is increased and the driving characteristics are improved, which is preferable. is there. Also, the Erin Bar material is
Since the transition of the resonance frequency is small depending on the temperature, when this is used as the elastic body, the change in the performance of the ultrasonic actuator with respect to the change in temperature becomes small, and the controllability is improved.

【0103】また、本発明にかかる振動アクチュエータ
では、電気機械変換素子又は機械電気変換素子として圧
電素子を用いた。しかし、本発明にかかる超音波アクチ
ュエータはこのような態様に限定されるものではなく、
電気エネルギーと機械的変位との相互変換を行うことが
できる素子であれば等しく適用することができる。例え
ば、圧電素子以外に電歪素子や磁歪素子等を例示するこ
とができる。
In the vibration actuator according to the present invention, the piezoelectric element is used as the electromechanical conversion element or the electromechanical conversion element. However, the ultrasonic actuator according to the present invention is not limited to such an aspect,
Any element that can perform mutual conversion between electrical energy and mechanical displacement can be equally applied. For example, other than the piezoelectric element, an electrostrictive element, a magnetostrictive element or the like can be exemplified.

【0104】さらに、本実施形態では、弾性体が二つの
半弾性体からなる場合を例にとったが、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、弾性体が3つ
以上の複数の弾性部材からなる場合であっても等しく適
用できる。
Further, in the present embodiment, the case where the elastic body is composed of two semi-elastic bodies is taken as an example, but the present invention is not limited to such an aspect, and three or more elastic bodies are used. The same can be applied to the case where a plurality of elastic members are used.

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

【図1】本発明の第1実施形態にかかる振動アクチュエ
ータを説明する縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view illustrating a vibration actuator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態にかかる振動アクチュエ
ータに用いる異形モード縮退型の振動子の上面図であ
る。
FIG. 2 is a top view of a variant mode degenerate oscillator used in the vibration actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施形態にかかる振動アクチュエ
ータに用いる異形モード縮退型の振動子の側面図であ
る。
FIG. 3 is a side view of a variant mode degenerate oscillator used in the vibration actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施形態にかかる振動アクチュエ
ータにおいて、振動子に発生する捩じり振動及び伸縮振
動を組み合わせることにより駆動面Dに楕円運動が発生
することを経時的に示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing over time that an elliptic motion is generated on the drive surface D by combining the torsional vibration and the stretching vibration generated in the vibrator in the vibration actuator according to the first embodiment of the present invention. Is.

【図5】圧電体の励振によって、振動子に1次の縦振動
と2次の捩じり振動とが発生することを示す説明図であ
って、図5(a)は上面図,図5(b)は側面図,図5
(c)は発生する捩じり振動及び伸縮振動の発生状況例
を示すグラフである。
5 (a) and 5 (b) are explanatory views showing that a primary longitudinal vibration and a secondary torsional vibration are generated in the vibrator due to the excitation of the piezoelectric body, and FIG. 5 (a) is a top view and FIG. (B) is a side view, FIG.
(C) is a graph showing an example of a situation in which torsional vibrations and stretching vibrations are generated.

【図6】本発明にかかる超音波アクチュエータの第2実
施形態を示す縦断面図である。
FIG. 6 is a vertical sectional view showing a second embodiment of an ultrasonic actuator according to the present invention.

【図7】第2実施形態の超音波アクチュエータにおいて
用いる振動子の構造を詳細に示す説明図であって、図7
(a)は振動子の上面図,図7(b)は圧電体の装着状
況を示す振動子の側面図,図7(c)は振動子に発生す
る伸縮振動及び捩じり振動の発生状況例を示す説明図で
ある。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing in detail the structure of a vibrator used in the ultrasonic actuator of the second embodiment.
7A is a top view of the vibrator, FIG. 7B is a side view of the vibrator showing how the piezoelectric body is mounted, and FIG. 7C is a situation of stretching vibration and torsional vibration occurring in the vibrator. It is explanatory drawing which shows an example.

【図8】本発明にかかる超音波アクチュエータの第3実
施形態を示す説明図であって、図8(a)は振動子の上
面図,図8(b)は圧電体の装着状況を示す振動子の側
面図,図8(c)は振動子に発生する伸縮振動及び捩じ
り振動の発生状況例を示す説明図である。
8A and 8B are explanatory views showing a third embodiment of an ultrasonic actuator according to the present invention, FIG. 8A is a top view of a vibrator, and FIG. 8B is a vibration showing a mounting state of a piezoelectric body. 8C is a side view of the child, and FIG. 8C is an explanatory diagram showing an example of a situation in which stretching vibration and torsional vibration are generated in the vibrator.

【図9】縦−捩じり振動型の振動アクチュエータの従来
例を示した斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a conventional example of a vertical-torsion vibration type vibration actuator.

【図10】図9に示す振動アクチュエータの固定子を展
開して示す斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view showing the stator of the vibration actuator shown in FIG. 9 in a developed state.

【図11】特願平6−180279号等により提案され
た振動アクチュエータに用いる異形モード縮退型の振動
子の上面図である。
FIG. 11 is a top view of a variant mode degenerate oscillator used in the vibration actuator proposed in Japanese Patent Application No. 6-180279.

【図12】特願平6−180279号等により提案され
た振動アクチュエータに用いる異形モード縮退型の振動
子の側面図である。
FIG. 12 is a side view of a variant mode degenerate oscillator used in the vibration actuator proposed in Japanese Patent Application No. 6-180279.

【図13】図11及び図12に示す振動アクチュエータ
において、振動子に発生する捩じり振動(Tモード)及
び伸縮振動(Lモード)を組み合わせて駆動面Dに楕円
運動を発生することを経時的に示す説明図である。
FIG. 13 is a graph showing the combination of torsional vibration (T mode) and stretching vibration (L mode) generated in a vibrator in the vibration actuator shown in FIGS. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31,31−1 超音波アクチュエータ(振動アク
チュエータ) 10,32,32−1 振動子 11,34 弾性体 11A,11B,34A〜34C 大径部 11a,34a,34b 小径部 12a,12b,33a,33b 圧電体 13,14,35,36 半弾性体 11’,34 弾性体 16,17,38a,38b 貫通孔 18a,18b,39a,39b ボルト 19,40 固定軸 19a,40a 大径部 19b,40b ねじ孔 19b,40b ねじ部 20,41 移動子 20a,41a 移動子母材 20b,41b 摺動材 20c,41c 溝部 21,42 ベアリング 22,43 ナット 23,44 皿ばね 37a〜37b 電極 45a,45b 振動検出用の圧電体 46a,46b 補強部材
1, 31, 31-1 Ultrasonic actuator (vibration actuator) 10, 32, 32-1 Transducer 11, 34 Elastic body 11A, 11B, 34A to 34C Large diameter portion 11a, 34a, 34b Small diameter portion 12a, 12b, 33a , 33b Piezoelectric body 13, 14, 35, 36 Semi-elastic body 11 ', 34 Elastic body 16, 17, 38a, 38b Through hole 18a, 18b, 39a, 39b Bolt 19, 40 Fixed shaft 19a, 40a Large diameter portion 19b, 40b Screw hole 19b, 40b Screw part 20,41 Moving element 20a, 41a Moving element base material 20b, 41b Sliding material 20c, 41c Groove part 21,42 Bearing 22,43 Nut 23,44 Disc spring 37a-37b Electrode 45a, 45b Piezoelectric bodies for vibration detection 46a, 46b Reinforcing member

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 弾性体と,前記弾性体に装着される電気
機械変換素子とを有し、前記電気機械変換素子への駆動
電圧の印加により、前記弾性体の軸方向についての伸縮
振動と捩じり振動とを生じて駆動力を発生する振動アク
チュエータにおいて、 前記電気機械変換素子は、前記軸方向に関して、前記伸
縮振動又は前記捩じり振動の腹位置でない位置に、装着
されることを特徴とする振動アクチュエータ。
1. An elastic body and an electromechanical conversion element mounted on the elastic body, and by applying a drive voltage to the electromechanical conversion element, stretching vibration and torsion in the axial direction of the elastic body are generated. In a vibration actuator that generates a torsional vibration and a driving force, the electromechanical conversion element is mounted in a position other than an antinode position of the stretching vibration or the torsional vibration in the axial direction. And a vibration actuator.
【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、 前記腹位置は、前記弾性体の前記軸方向に関する両端部
近傍であることを特徴とする振動アクチュエータ。
2. The vibration actuator according to claim 1, wherein the antinode position is near both ends of the elastic body in the axial direction.
【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、 前記腹位置には、機械的変位を電気エネルギーに変換す
る機械電気変換素子又は補強部材が装着されることを特
徴とする振動アクチュエータ。
3. The vibration actuator according to claim 1, wherein a mechanical-electrical conversion element or a reinforcing member for converting mechanical displacement into electric energy is attached to the antinode position. Vibration actuator.
【請求項4】 請求項1から請求項3までのいずれか1
項に記載された振動アクチュエータにおいて、 前記伸縮振動の次数は1次以上であるとともに、前記捩
じり振動の次数は1次以上であることを特徴とする振動
アクチュエータ。
4. One of claims 1 to 3
The vibration actuator according to the item 1, wherein the order of the stretching vibration is one or more and the order of the torsional vibration is one or more.
JP8025575A 1995-09-19 1996-02-13 Vibration actuator Pending JPH09219982A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8025575A JPH09219982A (en) 1996-02-13 1996-02-13 Vibration actuator
KR1019960040758A KR970015052A (en) 1995-09-19 1996-09-19 Vibrating actuator
EP96306802A EP0764993A1 (en) 1995-09-19 1996-09-19 Vibration actuator
US08/927,062 US5892316A (en) 1995-09-19 1997-09-10 Vibration actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8025575A JPH09219982A (en) 1996-02-13 1996-02-13 Vibration actuator

Publications (1)

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ID=12169737

Family Applications (1)

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JP (1) JPH09219982A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100865964B1 (en) * 2007-02-13 2008-10-30 주식회사 이노칩테크놀로지 Vibrator and structure for supporting vibrator
CN114146889A (en) * 2021-11-15 2022-03-08 浙江师范大学 Dual excitation longitudinal-radial mode conversion high-power ultrasonic vibration system

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