JPH0947048A - Oscillator for ultrasonic actuator - Google Patents

Oscillator for ultrasonic actuator

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Publication number
JPH0947048A
JPH0947048A JP7196774A JP19677495A JPH0947048A JP H0947048 A JPH0947048 A JP H0947048A JP 7196774 A JP7196774 A JP 7196774A JP 19677495 A JP19677495 A JP 19677495A JP H0947048 A JPH0947048 A JP H0947048A
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JP
Japan
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piezoelectric
vibrator
piezoelectric body
piezoelectric element
phase
Prior art date
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Pending
Application number
JP7196774A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuaki Kawai
泰明 河合
Ookazu Asai
鉅和 浅井
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.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP7196774A priority Critical patent/JPH0947048A/en
Publication of JPH0947048A publication Critical patent/JPH0947048A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oscillator for ultrasonic actuator in which a high thrust can be obtained without limiting the profile of oscillator and the moving direction of a mover can be changed easily. SOLUTION: First and second piezoelectric bodies 3, 4 are arranged between a pair of annular resilient bodies 1 and tightened by means of a bolt 24 having a hexagonal hole and a nut 25 through a washer 26. The piezoelectric bodies 3, 4 comprise annular split piezoelectric elements 3a, 3b, 4a, 4b polarized in the opposite directions, and electrode plates 6a, 6b disposed between and arranged symmetrically on the opposite sides of a central plane extending in parallel with the axial direction of an oscillator 2. The electrode plate 6a of first piezoelectric body 3 is connected through an amplifier 27 and a phase shifter 28 with a two-phase oscillator 29 while the electrode plate 6b of second piezoelectric body 4 is connected with the two-phase oscillator 29. The resilient bodies 1 are grounded.

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】本発明は圧電素子を用いた超
音波アクチュエータ用振動子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrator for an ultrasonic actuator using a piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】超音波アクチュエータは、電磁式アクチ
ュエータ等の他のアクチュエータに比較して、小型、軽
量、低コストの割りに高推力が得られるという特長があ
る。この種の超音波アクチュエータ用の圧電振動子とし
て、特開昭63−316674号公報には、振動子先端
に電気信号により任意の方向に曲線閉路の軌跡を描くこ
とができる圧電振動子が提案されている。図33に示す
ように、この圧電振動子51は分極方向が互いに逆にな
った2領域を有する第1の圧電素子51aと、全領域が
同じ分極方向を有する第2の圧電素子51bとが基準電
極52cを挟んで積層されている。第1の圧電素子51
aには基準電極52cと対向するとともに圧電素子51
aを2領域に分割するように電極52a,52bが形成
されている。第2の圧電素子51bには基準電極52c
と対向するように電極52dが形成されている。圧電振
動子51の電極52a,52b側に振動体53が接着さ
れる。そして、電極52a,52bをリード線54aで
短絡した状態で第1の圧電素子51aにリード線54
a,54bを介して交流電源55aから周期電圧を印加
し、第2の圧電素子51bにリード線54b,54cを
介して交流電源55bから周期電圧を印加する。
2. Description of the Related Art Ultrasonic actuators are characterized in that they can provide high thrust for small size, light weight and low cost as compared with other actuators such as electromagnetic actuators. As a piezoelectric vibrator for this kind of ultrasonic actuator, Japanese Patent Laid-Open No. 63-316674 proposes a piezoelectric vibrator capable of drawing a curved closed path in an arbitrary direction at the tip of the vibrator by an electric signal. ing. As shown in FIG. 33, the piezoelectric vibrator 51 has a first piezoelectric element 51a having two regions whose polarization directions are opposite to each other and a second piezoelectric element 51b having all regions having the same polarization direction as a reference. The electrodes 52c are stacked with the electrode 52c interposed therebetween. First piezoelectric element 51
The piezoelectric element 51 faces a reference electrode 52c and
Electrodes 52a and 52b are formed so as to divide a into two regions. The second piezoelectric element 51b has a reference electrode 52c.
An electrode 52d is formed so as to face with. The vibrating body 53 is bonded to the electrodes 52a and 52b of the piezoelectric vibrator 51. Then, with the electrodes 52a and 52b short-circuited by the lead wire 54a, the lead wire 54 is connected to the first piezoelectric element 51a.
The periodic voltage is applied from the AC power supply 55a via a and 54b, and the periodic voltage is applied from the AC power supply 55b to the second piezoelectric element 51b via the lead wires 54b and 54c.

【0003】第1の圧電素子51aのみに周期電圧が印
加されると、圧電素子51aは振動体53の先端部53
aに円弧状軌跡の往復運動を発生させる。第2の圧電素
子51bのみに周期電圧が印加されると、圧電素子51
bは振動体53の先端部53aに振動体53の中心軸方
向に直線状軌跡の往復運動を発生させる。従って、両圧
電素子51a,51bに印加する電圧の周期を異ならせ
たり、同周期で位相を異ならせて、第1,第2の圧電素
子51a,51bにより発生する振動を合成することに
より、振動体53の先端部53aに曲線閉路の軌跡を形
成する振動を生じさせることができる。
When the periodic voltage is applied only to the first piezoelectric element 51a, the piezoelectric element 51a moves to the tip portion 53 of the vibrating body 53.
A reciprocating motion of an arcuate locus is generated in a. When the periodic voltage is applied only to the second piezoelectric element 51b, the piezoelectric element 51b
Reference character b causes the tip portion 53a of the vibrating body 53 to reciprocate along a linear locus in the central axis direction of the vibrating body 53. Therefore, the vibrations generated by the first and second piezoelectric elements 51a and 51b are combined by making the cycles of the voltages applied to the two piezoelectric elements 51a and 51b different, or making the phases different at the same cycle, thereby generating vibrations. Vibration that forms a locus of a curved circuit can be generated at the tip portion 53a of the body 53.

【0004】また、特開平5−64465号公報には、
駆動源としては縦方向振動を励振させるだけで十分であ
りながら、例えば可動体等の外部に向けて付与する出力
の動作方向を簡単に切り替えることができる超音波トラ
ンスデューサが提案されている。このトランスデューサ
は図34(a)に示すように、縦方向振動を出力する縦
方向励振手段61と、その縦方向振動を受けてその振動
方向と交差する方向に撓み振動を出力させる振動方向制
御手段62とによって形成されている。縦方向励振手段
61はランジュバン型縦振動子で形成され、軸方向に振
動する縦方向圧電素子63を備え、2つの電極64a,
64bを介して電源65により駆動電圧が印加される。
振動方向制御手段62は縦方向励振手段61の端面に一
方の端面が密着された圧電素子66と、その他端面に密
着された振動子67とによって形成されている。そし
て、縦方向励振手段61から縦方向振動が出力される
と、これを受けた振動方向制御手段62が、その縦方向
振動と交差する方向に振動する撓み振動を出力し、この
撓み振動と前記縦方向振動とが合成されて振動方向制御
手段62がリサージュを描いて振動する。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 5-64465 discloses that
As a drive source, an ultrasonic transducer has been proposed which can simply switch the operation direction of an output applied to the outside of a movable body or the like, while it is sufficient to excite longitudinal vibration. As shown in FIG. 34 (a), this transducer includes a vertical excitation means 61 for outputting a vertical vibration, and a vibration direction control means for receiving the vertical vibration and outputting a bending vibration in a direction intersecting the vibration direction. And 62. The vertical-direction excitation means 61 is formed of a Langevin type vertical vibrator, and includes a vertical-direction piezoelectric element 63 that vibrates in the axial direction, and two electrodes 64a,
A drive voltage is applied by the power supply 65 via 64b.
The vibration direction control means 62 is formed by a piezoelectric element 66 having one end surface in close contact with the end surface of the vertical direction excitation means 61, and a vibrator 67 in close contact with the other end surface. Then, when the vertical vibration is output from the vertical excitation means 61, the vibration direction control means 62 which receives the vertical vibration outputs the flexural vibration vibrating in the direction intersecting the vertical vibration, and the flexural vibration and the The vertical direction vibration is combined, and the vibration direction control means 62 vibrates while drawing a Lissajous.

【0005】また、特開平6−197572号公報に
は、図34(b)に示すように、円柱状金属ブロック7
1、リング状圧電振動子72、分割電極73a,73
b、リング状圧電振動子74、リング状電極75及び金
属ブロック76を順次当接状態で積層し、ねじ77で締
付け固定した振動式駆動手段(振動子)78が提案され
ている。この振動式駆動手段78は分割電極73a,7
3bのいずれか一方とリング状電極75との間に高周波
の交流電圧を印加することにより、軸方向に縦振動及び
屈曲振動が発生し、駆動面71a上の任意の一点は楕円
軌跡を描いて運動する。そして、交流電圧を印加する分
割電極73a,73bを切り換えることにより、楕円軌
跡の運動方向が変更可能となっている。
Further, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-197572, as shown in FIG. 34 (b), a cylindrical metal block 7 is used.
1, ring-shaped piezoelectric vibrator 72, divided electrodes 73a, 73
There has been proposed a vibration type driving means (vibrator) 78 in which b, a ring-shaped piezoelectric vibrator 74, a ring-shaped electrode 75, and a metal block 76 are sequentially laminated in an abutting state and fixed by a screw 77. This vibrating drive means 78 is used for the divided electrodes 73a, 7a.
By applying a high-frequency AC voltage between any one of 3b and the ring-shaped electrode 75, longitudinal vibration and bending vibration are generated in the axial direction, and an arbitrary point on the drive surface 71a forms an elliptical locus. Exercise. The direction of movement of the elliptical locus can be changed by switching the divided electrodes 73a and 73b to which an alternating voltage is applied.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】特開昭63−3166
74号公報に記載の圧電振動子では、第1の圧電素子5
1aに、左右の分極方向が異なるものを用いているた
め、圧電素子中心近傍の境界では未分極領域が存在し、
左右に均一な分極処理を施すことが難しいため、左右の
振動特性を合わせ難い。また、この第1の圧電素子51
aは、左右両端の最大変位によって振動体53の先端部
53aに円弧状往復振動を生じさせる。そのため、円弧
状往復振動の変位を大きくさせるためには、第1の圧電
素子51aの左右両端の距離を大きく取る構造となって
いる。
Problems to be Solved by the Invention JP-A-63-3166
In the piezoelectric vibrator disclosed in Japanese Patent Publication No. 74, the first piezoelectric element 5
Since 1a has different left and right polarization directions, an unpolarized region exists at the boundary near the center of the piezoelectric element.
Since it is difficult to apply uniform polarization treatment to the left and right, it is difficult to match the vibration characteristics of the left and right. In addition, the first piezoelectric element 51
a causes arc-shaped reciprocating vibration at the tip portion 53a of the vibrating body 53 due to the maximum displacement of both left and right ends. Therefore, in order to increase the displacement of the arcuate reciprocating vibration, the distance between the left and right ends of the first piezoelectric element 51a is set large.

【0007】また、上、下面の第1の圧電素子51a及
び第2の圧電素子51bの分極方向が右と左側で異なっ
ている。その結果、図35(a)に示すように、左側は
上が伸びた時に下が縮み、下が伸びた時に上が縮む振動
となる。また、図35(b)に示すように、右側は上下
同じに伸縮する。従って、上、下面の第1の圧電素子5
1aは、第2の圧電素子51bがある場合、右と左の振
動が異なり、かつ圧電素子が一体構造になっているの
で、互いに両振動変位の影響を受けることになり、振動
子全体の振動変位が小さく抑えられてしまい効率の悪い
振動子になる可能性がある。
Further, the polarization directions of the first and second piezoelectric elements 51a and 51b on the upper and lower surfaces are different between the right side and the left side. As a result, as shown in FIG. 35 (a), the left side becomes a vibration in which the lower part contracts when the upper part expands and the upper part contracts when the lower part expands. Further, as shown in FIG. 35 (b), the right side expands and contracts in the same manner vertically. Therefore, the upper and lower first piezoelectric elements 5
1a has the second piezoelectric element 51b, the right and left vibrations are different, and the piezoelectric elements have an integral structure, so that they are affected by both vibration displacements, and the vibration of the entire vibrator The displacement may be suppressed to a small value, resulting in an inefficient vibrator.

【0008】さらに、振動変位を拡大させるため、上下
面の第1の圧電素子51a及び第2の圧電素子51bを
それぞれ複数ずつ積層化することも提案されているが、
上述の不均一な振動変位特性を生じる第1の圧電素子5
1a及び第2の圧電素子51bの組合せを選定している
ため、その効果はあまり期待できないと考えられる。従
って、この圧電振動子は構造から判断すると比較的低推
力用のアクチュエータ用振動子としては有効であるが、
小型で大きな推力を必要とするアクチュエータ用振動子
には適さないと思われる。
Further, in order to expand the vibration displacement, it has been proposed to stack a plurality of first piezoelectric elements 51a and second piezoelectric elements 51b on the upper and lower surfaces, respectively.
First piezoelectric element 5 that produces the above-described non-uniform vibration displacement characteristics
Since the combination of 1a and the second piezoelectric element 51b is selected, the effect cannot be expected so much. Therefore, judging from the structure, this piezoelectric vibrator is effective as an actuator vibrator for relatively low thrust,
It seems that it is not suitable for actuator vibrators that are small and require large thrust.

【0009】特開平5−64465号公報及び特開平6
−197572号公報に記載の装置では、棒状振動子の
縦振動及び屈曲振動の長さ共振を利用しているため、軸
方向に長くなる。また、振動子の最適な支持固定方法が
無いため、振動の節(ノード)近傍にフランジを設けた
り、外周の数カ所に周辺支持固定部位を設けるなどの必
要があり、装置が大型化するという問題がある。さら
に、共振を利用するので、設計の自由度が小さく振動子
の寸法が限定されたものしか製作できないという問題も
ある。
Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 5-64465 and 6-
In the device described in Japanese Patent Laid-Open No. 197572, the longitudinal vibration of the rod-shaped vibrator and the length resonance of the bending vibration are used, so that the vibration becomes long in the axial direction. In addition, because there is no optimal method for supporting and fixing the vibrator, it is necessary to provide a flange near the node of vibration, or to provide peripheral support and fixing parts at several points on the outer circumference, which causes the device to become large. There is. Further, since the resonance is used, there is a problem that the degree of freedom in design is small and only the vibrator having a limited size can be manufactured.

【0010】本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされ
たものであって、その第1の目的は、振動体の形状の限
定が少なく、大きな推力が得られる超音波アクチュエー
タ用振動子を提供することにあり、第2の目的は、第1
の目的に加えて移動体の移動方向の転換を容易に行うこ
とが可能な超音波アクチュエータ用振動子を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and a first object thereof is to provide a vibrator for an ultrasonic actuator, in which the shape of the vibrating body is less limited and a large thrust can be obtained. The second purpose is to
In addition to the above-mentioned object, it is an object of the present invention to provide a vibrator for an ultrasonic actuator, which can easily change the moving direction of a moving body.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め請求項1に記載の発明では、伸縮振動を呈する圧電素
子により構成される超音波アクチュエータ用振動子であ
って、第1の方向に対して圧電素子を少なくとも2層に
配置し、そのうちの少なくとも2層の圧電素子を、前記
第1の方向と平行な面を境にして第1の圧電体と第2の
圧電体とに分割して配置するとともに、第1の圧電体と
第2の圧電体はそれぞれ前記第1の方向と直交する面を
境にして互いに異なる側にそれぞれの分極方向が前記第
1の方向と平行で互いに逆方向となる圧電素子で構成さ
れている請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の
発明において、前記第1の方向と直交する状態でかつ前
記第1の圧電体及び第2の圧電体と対向可能に圧電素子
で構成される第3の圧電体が配置され、該第3の圧電体
は前記第1の方向と直交する面を境にして互いに異なる
側にそれぞれの分極方向が前記第1の方向と平行で互い
に逆方向となる少なくとも2層の圧電素子で構成されて
いる。
In order to achieve the above-mentioned object, according to the invention of claim 1, there is provided a vibrator for an ultrasonic actuator constituted by a piezoelectric element exhibiting stretching vibration, wherein the vibrator is provided in a first direction. On the other hand, piezoelectric elements are arranged in at least two layers, and at least two layers of the piezoelectric elements are divided into a first piezoelectric body and a second piezoelectric body with a plane parallel to the first direction as a boundary. The first piezoelectric body and the second piezoelectric body have polarization directions parallel to the first direction and opposite to each other on different sides with respect to a surface orthogonal to the first direction. According to a second aspect of the invention, the first piezoelectric body and the second piezoelectric body are in a state orthogonal to the first direction in the invention according to the second aspect. Third composed of a piezoelectric element that can face the body A piezoelectric body is disposed, and the third piezoelectric body has at least two polarization directions that are parallel to the first direction and opposite to each other on different sides with respect to a surface orthogonal to the first direction. It is composed of layers of piezoelectric elements.

【0012】請求項3に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記第1の方向が振動子の軸方向で
あり、該第1の方向と平行な振動子の中心面を境にして
前記第1の圧電体と第2の圧電体とを分割して配置し、
振動子の中心軸を基準として前記第1の圧電体と第2の
圧電体に対して90°位相をずらすとともに第1の圧電
体及び第2の圧電体と干渉しない位置に第4の圧電体と
第5の圧電体とが配置され、該第4の圧電体及び第5の
圧電体は前記第1の方向と直交する面を境にして互いに
異なる側にそれぞれの分極方向が前記第1の方向と平行
で互いに逆方向となる少なくとも2層の圧電素子で構成
されている。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the first direction is the axial direction of the vibrator, and the center plane of the vibrator parallel to the first direction is a boundary. Then, the first piezoelectric body and the second piezoelectric body are divided and arranged,
The fourth piezoelectric body is placed at a position where the phase is shifted by 90 ° with respect to the first piezoelectric body and the second piezoelectric body with respect to the central axis of the vibrator and does not interfere with the first piezoelectric body and the second piezoelectric body. And a fifth piezoelectric body are arranged, and the fourth piezoelectric body and the fifth piezoelectric body have their respective polarization directions on different sides with respect to a surface orthogonal to the first direction. It is composed of at least two layers of piezoelectric elements that are parallel to the direction and opposite to each other.

【0013】請求項4に記載の発明では、伸縮振動を呈
する圧電素子により構成される超音波アクチュエータ用
振動子であって、第1の方向と平行な面を境にして両側
にそれぞれ第1の圧電素子と第2の圧電素子とがそれぞ
れ少なくとも1個ずつ配置され、前記第1の方向と直交
する状態でかつ該第1の圧電素子及び第2の圧電素子と
対向可能に第3の圧電素子が配置され、第1の圧電素子
及び第2の圧電素子の分極方向と、第3の圧電素子の分
極方向とは、前記第1の方向と直交する面を境にして互
いに異なる側に前記第1の方向と平行で互いに逆方向と
なるように設定されている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic actuator oscillator comprising a piezoelectric element exhibiting stretching vibration, wherein first and second sides are provided on both sides of a plane parallel to the first direction. At least one piezoelectric element and at least one second piezoelectric element are arranged, respectively, and a third piezoelectric element that is in a state orthogonal to the first direction and that can face the first piezoelectric element and the second piezoelectric element. Are arranged, and the polarization directions of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element and the polarization direction of the third piezoelectric element are different from each other on the sides different from each other with the plane orthogonal to the first direction as a boundary. It is set to be parallel to the direction of 1 and opposite to each other.

【0014】請求項5に記載の発明では、請求項1〜請
求項4のいずれか1項に記載の発明において、前記振動
子は前記各圧電素子が一組の弾性体間に配置されるとと
もに、弾性体を貫通する締結具により締め付け固定され
ている。
According to a fifth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the vibrator has the piezoelectric elements arranged between a pair of elastic bodies. , Is fastened and fixed by a fastener penetrating the elastic body.

【0015】請求項1、請求項2及び請求項4に記載の
発明では、振動子の端部は、第1の方向と平行な面を境
にして両側配置された圧電素子の伸縮振動により、図1
(a)に示すの工程の変位を生じ、振動子の端
面1aの任意の一点(例えばM)は図1(b)に示す変
位となる曲線閉路の軌跡Qの運動を行う。の工程に
おいて横方向の推力に相当するものが偶力の回転モーメ
ントとして得られ、かつその偶力が前記振動子の軸方向
と平行な面を境にして配置された圧電素子の伸縮振動に
より積極的に生じさせられて、横方向の振動成分の大き
な変位が得られる。
According to the first, second, and fourth aspects of the invention, the end portions of the vibrator are stretched by the stretching vibrations of the piezoelectric elements arranged on both sides of the plane parallel to the first direction. Figure 1
Displacement occurs in the step shown in (a), and an arbitrary point (for example, M) on the end surface 1a of the vibrator moves along the locus Q of the curved circuit which is the displacement shown in FIG. 1 (b). In the process of (1), the one equivalent to the lateral thrust is obtained as the rotational moment of the couple, and the couple is positively generated by the expansion and contraction vibration of the piezoelectric element arranged with the plane parallel to the axial direction of the vibrator as a boundary. And a large displacement of the lateral vibration component is obtained.

【0016】この振動子の端面が呈する曲線閉路の軌跡
とは、移動体を一方向に移動させることができる曲線C
Lであり、例えば、真円(図1等に記載のもの)、楕円
(図36の(a))、歪んだ楕円(図36の(b))、
8の字型の曲線(図36の(c))等である。すなわ
ち、図37のように曲線CLでも内部の空間のない曲線
等の曲線開路の軌跡では、移動体を移動させることがで
きず、内部に空間を有する曲線閉路の軌跡であれば、移
動体を移動させることができる。
The locus of the curved circuit presenting the end face of the vibrator is the curve C that allows the moving body to move in one direction.
L, for example, a perfect circle (as shown in FIG. 1, etc.), an ellipse ((a) of FIG. 36), a distorted ellipse ((b) of FIG. 36),
For example, it is an 8-shaped curve ((c) in FIG. 36). That is, as shown in FIG. 37, the moving body cannot be moved on a curve open path locus such as a curve with no internal space even if it is a curve CL, and if the curve closed path locus has an internal space, the moving body is moved. It can be moved.

【0017】請求項3に記載の発明では、互いに90°
の位相差で配置された2組の圧電体のいずれの組の圧電
体を駆動するかにより振動子が移動体に与える移動方向
が4方向に変更される。
In the invention described in claim 3, 90 ° to each other
The moving direction given to the moving body by the vibrator is changed to four directions depending on which one of the two piezoelectric bodies arranged with the phase difference of 2 is driven.

【0018】請求項5に記載の発明では、各圧電素子は
一組の弾性体間に配置されるとともに、弾性体を貫通す
る締結具により締め付け固定される。圧電素子を配置
(積層化)する手段として接着接合によるものと比較し
て、締結具を用いて圧電素子を配置(積層化)する方
が、駆動時に圧電素子がずれにくく、安定な振動特性を
得ることができる。また、振動子の中心において弾性体
を貫通する締結具により締め付け固定する場合、締結具
による締付け部が振動子の中心軸となる。そして、中心
軸を挟んで対称に配置された圧電素子に生じる伸縮振動
による力が偶力の回転モーメントを発生させ易くなる。
According to a fifth aspect of the invention, each piezoelectric element is arranged between a pair of elastic bodies and is fastened and fixed by a fastener penetrating the elastic bodies. Compared with the method of arranging (stacking) the piezoelectric elements by means of adhesive bonding, the piezoelectric elements are more likely to be displaced during driving and stable vibration characteristics are obtained when the piezoelectric elements are arranged (laminated) using a fastener. Obtainable. Further, in the case of tightening and fixing with a fastener penetrating the elastic body at the center of the vibrator, the tightening portion by the fastener becomes the center axis of the vibrator. Then, the force due to the stretching vibration generated in the piezoelectric elements arranged symmetrically with respect to the central axis makes it easy to generate the rotational moment of the couple.

【0019】本発明において、第1の方向とは、どのよ
うな方向でもよく、また該第1の方向と平行な面も、振
動子内のどのような面でもよい。その中でも、第1の方
向が振動子の軸方向であり、該第1の方向(振動子の軸
方向)に平行な面が振動子の中心面であるのが好まし
い。これは、振動子の中心面の両側に均等に圧電素子を
配置でき、バランスのよい変位を得ることができるため
である。
In the present invention, the first direction may be any direction, and the surface parallel to the first direction may be any surface in the vibrator. Among them, it is preferable that the first direction is the axial direction of the vibrator and the plane parallel to the first direction (axial direction of the vibrator) is the center plane of the vibrator. This is because the piezoelectric elements can be evenly arranged on both sides of the center surface of the vibrator, and a well-balanced displacement can be obtained.

【0020】また、振動子は、圧電素子のみで構成して
もよく、また圧電素子と弾性体とを組み合せて構成して
もよい。また、圧電素子を積層化する手段としては、接
着接合する形態、締結具により締め付け固定する形態
等、どのような形態でもよいが、前記に示したように、
締結具により締め付け固定する形態が好ましい。
The vibrator may be composed of only a piezoelectric element, or may be composed of a combination of a piezoelectric element and an elastic body. Further, as the means for stacking the piezoelectric elements, any form such as a form of adhesive bonding, a form of tightening and fixing with a fastener, or the like may be used, but as described above,
A form in which the fastener is tightened and fixed is preferable.

【0021】本発明の振動子は弾性体等の軸方向長さ共
振を利用した構造を特別に取らずに(共振利用も可)、
圧電素子の伸縮振動をベースにした構造をとる。そのた
め、設計のバリエーションが数々考えられる。例えば、
圧電素子の薄いものがあれば、極めて薄い振動子の構成
ができる。また、圧電素子の形状及び弾性体の形状につ
いても特別な限定が少ない。
The vibrator of the present invention does not have to take a structure using the axial length resonance of an elastic body or the like (resonance can be used),
The structure is based on the stretching vibration of the piezoelectric element. Therefore, there are many possible variations in design. For example,
If there is a thin piezoelectric element, an extremely thin vibrator can be constructed. Further, there are few special limitations on the shape of the piezoelectric element and the shape of the elastic body.

【0022】また、本発明の振動子は弾性体と圧電素子
とをねじ止め、ボルト締め等の機械的結合方法により簡
単に作製することが可能である。なお、振動子の基端を
完全な固定部にして、片持ち構成としてもよい。さら
に、本発明の振動子に用いる移動体との接触部となる弾
性体突起部は、ボルト等の頭部を利用し、弾性体と圧電
素子の締結と変位拡大の両方の機能を兼ね備えるように
できる。
Further, the vibrator of the present invention can be easily manufactured by a mechanical coupling method such as fastening an elastic body and a piezoelectric element with screws and bolting. It should be noted that the base end of the vibrator may be a completely fixed portion to have a cantilever structure. Further, the elastic protrusion that serves as a contact portion with the moving body used in the vibrator of the present invention uses a head such as a bolt so as to have both functions of fastening the elastic body and the piezoelectric element and expanding displacement. it can.

【0023】また、振動子は弾性体等の共振を特別利用
していないので、共振周波数を厳密に管理する必要がな
い。その結果、多数の振動子を用いてアクチュエータを
構成する場合にも、作製が容易となる。
Since the vibrator does not specially utilize the resonance of the elastic body or the like, it is not necessary to strictly control the resonance frequency. As a result, even when the actuator is configured by using a large number of vibrators, the fabrication becomes easy.

【0024】本発明の振動子を利用した超音波アクチュ
エータは、小型、軽量で低速、高推力が必要な機器類及
び装置等に使用できる。薄型、小型化を必要とし、電磁
式アクチュエータでは使用できない部位等での使用に適
している。
The ultrasonic actuator using the vibrator of the present invention can be used in equipments and devices which are small in size, light in weight and require low speed and high thrust. It needs to be thin and compact, and is suitable for use in areas where electromagnetic actuators cannot be used.

【0025】[0025]

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

(第1の実施の形態)請求項1に記載の発明は、例えば
図2に示すように、振動子2の軸方向と平行な中心面を
境にして両側に配置された第1の圧電体3及び第2の圧
電体4は、一対の弾性体1を介して締結具5により締付
固定される。両圧電体3,4はそれぞれ相反する方向に
分極された(振動子の軸方向と直交する面を境にして互
いに異なる側にそれぞれの分極方向が振動子の軸方向と
平行で互いに逆方向となる)2層の圧電素子3a,3
b,4a,4bで構成される。この2層の圧電素子3
a,3b,4a,4b間に配置された電極板6a,6b
を介してA相及びB相の交流駆動電圧が両圧電体3,4
に印加される(発振器、位相器、アンプ等は図示せ
ず)。A相とB相とに位相差+90°を与えた場合、図
3(a)の駆動電圧・変位波形になり、両圧電体3,4
はそれぞれ対応する駆動電圧波形と同じ形態の変位とな
る。即ち、の時点では両圧電体3,4が伸びて図1
(a)のの状態となり、の時点では第1の圧電体3
が縮むとともに第2の圧電体4が伸びて図1(a)の
の状態となる。の時点では両圧電体3,4が縮んで図
1(a)のの状態となり、の時点では第1の圧電体
3が延びるとともに第2の圧電体4が縮んで図1(a)
のの状態となる。従って、振動子2の先端の中心軸近
傍(点M)では図1(b)に示す反時計方向回りの変位
の楕円軌跡が得られる。
(First Embodiment) The invention according to claim 1 is, for example, as shown in FIG. 2, a first piezoelectric body arranged on both sides of a center plane parallel to the axial direction of the vibrator 2. The third piezoelectric body 4 and the second piezoelectric body 4 are fastened and fixed by the fastener 5 via the pair of elastic bodies 1. The two piezoelectric bodies 3 and 4 are polarized in opposite directions (the polarization directions are parallel to the axial direction of the vibrator and opposite to each other on different sides with the plane orthogonal to the axial direction of the vibrator as a boundary). 2 layers of piezoelectric elements 3a, 3
b, 4a, 4b. This two-layer piezoelectric element 3
electrode plates 6a, 6b arranged between a, 3b, 4a, 4b
A-phase and B-phase AC drive voltages are applied to both piezoelectric bodies 3, 4 via
(Oscillator, phase shifter, amplifier, etc. are not shown). When a phase difference of + 90 ° is applied to the A phase and the B phase, the drive voltage / displacement waveform shown in FIG.
Each have the same form of displacement as the corresponding drive voltage waveform. That is, at the time of, both piezoelectric bodies 3 and 4 are expanded and
In the state of (a), at the time of, the first piezoelectric body 3
Contracts and the second piezoelectric body 4 expands to the state shown in FIG. At the time point of, both piezoelectric bodies 3 and 4 contract and become the state of FIG. 1A, and at the time point of, the first piezoelectric body 3 extends and the second piezoelectric body 4 contracts and the state of FIG.
It becomes the state of. Therefore, in the vicinity of the central axis of the tip of the vibrator 2 (point M), the elliptical locus of the counterclockwise displacement shown in FIG. 1B is obtained.

【0026】A相とB相とに位相差−90°を与えた場
合には図3(b)の駆動電圧・変位波形になり、両圧電
体3,4はそれぞれ対応する駆動電圧波形と同じ形態の
変位となる。従って、→→→の順で変位が生
じ、点Mの時計方向回りの変位の楕円軌跡が得られる。
即ち、A,B相の印加電圧の位相差を+90°と−90
°とに切り換えることにより、変位の楕円軌跡の方向転
換が行われる。
When a phase difference of −90 ° is applied to the A phase and the B phase, the drive voltage / displacement waveform shown in FIG. 3B is obtained, and the piezoelectric bodies 3 and 4 have the same drive voltage waveforms. It becomes a displacement of form. Therefore, the displacement occurs in the order of →→→, and an elliptical locus of the clockwise displacement of the point M is obtained.
That is, the phase difference between the applied voltages of the A and B phases is + 90 ° and −90.
By switching to and, the elliptical locus of displacement is redirected.

【0027】また、図4に示すように振動子2の構成は
図2のものとほぼ同じで、第1の圧電体3及び第2の圧
電体4と対応する位置に弾性体の突起Ta,Tbを設け
た場合は、2相駆動とする代わりに、1相駆動でスイッ
チ7の切り換えにより変位の方向転換が行われる。図6
に示すように、突起Taの最適位置は第1の圧電体3の
幅方向の中心軸Oaに対して右側位置近傍(振動のルー
プ(腹)とノード(節)の間)に、第2の圧電体4の幅
方向の中心軸Obに対して左側位置近傍(振動のループ
(腹)とノード(節)の間)となる。
Further, as shown in FIG. 4, the structure of the vibrator 2 is almost the same as that of FIG. 2, and the protrusion Ta of the elastic body is formed at a position corresponding to the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4. When Tb is provided, the direction of displacement is changed by switching the switch 7 in one-phase driving instead of two-phase driving. Figure 6
As shown in, the optimum position of the protrusion Ta is near the right side position (between the vibration loop (antinode) and the node (node)) with respect to the center axis Oa in the width direction of the first piezoelectric body 3, and It is near the left side position (between the vibration loop (antinode) and the node (node)) with respect to the center axis Ob in the width direction of the piezoelectric body 4.

【0028】図5(a)に示すように圧電体3,4が伸
縮振動した場合、その左右端近傍付近は図5(b)に示
すように変位の勾配を生じる。その変位の勾配の直上に
弾性体突起を設けた場合、突起の先端部にはΔx、Δy
の2成分の変位が生じる。弾性体1は圧電体3,4の伸
縮振動に基づいて図6に示すような変位の勾配を生じ
る。そして、第1の圧電体3側に設けられた突起Ta
は、Δyの変位を生じた際に+Δxの変位を同時に生
じ、突起Ta先端に移動体8を当接すると、図7(a)
に示すように、合成変位として右斜め方向に移動させる
振動変位成分が生じ、移動体8を右方向に移動させよう
とする。また、第2の圧電体4側に設けられた突起Tb
は、Δyの変位を生じた際に−Δxの変位を同時に生
じ、突起Tb先端に移動体8を当接すると、図7(a)
と同様に図7(b)に示すように、合成変位として左斜
め方向に移動させる振動変位成分が生じ、移動体8を左
方向に移動させようとする。
When the piezoelectric bodies 3 and 4 expand and contract as shown in FIG. 5A, a displacement gradient is generated in the vicinity of the left and right ends thereof as shown in FIG. 5B. When an elastic protrusion is provided directly above the displacement gradient, Δx and Δy are provided at the tip of the protrusion.
The displacement of the two components of The elastic body 1 produces a displacement gradient as shown in FIG. 6 based on the stretching vibration of the piezoelectric bodies 3 and 4. Then, the projection Ta provided on the first piezoelectric body 3 side
When a displacement of Δy is produced, a displacement of + Δx is produced at the same time, and when the movable body 8 is brought into contact with the tip end of the protrusion Ta, FIG.
As shown in FIG. 5, a vibration displacement component that moves diagonally to the right is generated as a combined displacement, and the moving body 8 tries to move to the right. In addition, the protrusion Tb provided on the second piezoelectric body 4 side
When the displacement of Δy is generated, the displacement of −Δx is generated at the same time, and when the moving body 8 is brought into contact with the tip of the protrusion Tb, the state shown in FIG.
Similarly to the above, as shown in FIG. 7B, a vibration displacement component that moves diagonally leftward is generated as a combined displacement, and the moving body 8 tries to move leftward.

【0029】従って、スイッチ7の切換えにより駆動す
る圧電体3,4を選択することにより、移動体8の方向
転換が可能になる。突起Ta,Tbは別々に設けた方が
効率は良いが、一体的に設けてもよい。その際、振動子
2の中心軸の振動のノードN近傍の上面には突起等の弾
性的マスは無い方が望ましい。
Therefore, by selecting the piezoelectric bodies 3 and 4 to be driven by switching the switch 7, the direction of the moving body 8 can be changed. It is more efficient to provide the protrusions Ta and Tb separately, but they may be provided integrally. At that time, it is desirable that there is no elastic mass such as a protrusion on the upper surface near the node N of the vibration of the central axis of the vibrator 2.

【0030】(第2の実施の形態)請求項2に記載の発
明では、例えば図8に示すように、第1及び第2の圧電
体3,4が弾性体1及び第3の圧電体9を介して締結具
5により締付固定される。第1及び第2の圧電体3,4
と第3の圧電体9との間には接地電極10が配設され、
第3の圧電体9は相反する方向に分極された(振動子の
軸方向と直交する面を境にして互いに異なる側にそれぞ
れの分極方向が振動子の軸方向と平行で互いに逆方向と
なる)2層の圧電素子9a,9b間に配置された電極板
11を介して交流駆動電圧が印加される(発振器、位相
器、アンプ等は図示せず)。第1及び第2の圧電体3,
4には電極板6a,6b及びスイッチ7を介して交流駆
動電圧が印加される。
(Second Embodiment) In the invention described in claim 2, for example, as shown in FIG. 8, the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 are the elastic body 1 and the third piezoelectric body 9 respectively. Is fastened and fixed by the fastener 5. First and second piezoelectric bodies 3, 4
And the third piezoelectric body 9 is provided with a ground electrode 10,
The third piezoelectric body 9 is polarized in opposite directions (the respective polarization directions are parallel to the axial direction of the oscillator and opposite to each other on different sides with the plane orthogonal to the axial direction of the oscillator as a boundary). ) An AC drive voltage is applied through the electrode plate 11 arranged between the two layers of piezoelectric elements 9a and 9b (oscillator, phaser, amplifier, etc. are not shown). First and second piezoelectric bodies 3,
An AC drive voltage is applied to 4 through the electrode plates 6a and 6b and the switch 7.

【0031】スイッチ7を第1の圧電体3側の端子B1
と短絡した場合は、図9(a)に示す振動子と同じとな
り、第1の圧電体3の伸縮振動により、突起Taに+Δ
x、Δyの2成分の変位が生じる。そして、突起Taを
移動体に当接すると、移動体は図9(a)の右方向に移
動する。また、スイッチ7を第2の圧電体4側の端子B
2 と短絡した場合は、図9(b)に示す振動子と同じと
なり、第2の圧電体4の伸縮振動により突起Tbに−Δ
x、Δyの2成分の変位が生じる。そして、突起Taを
移動体に当接すると、移動体は図9(b)の左方向に移
動する。第1の圧電体3あるいは第2の圧電体4に交流
駆動電圧が印加されとき、第3の圧電体9にも同じ交流
駆動電圧が印加され、第3の圧電体9の伸縮振動によ
り、±Δx、Δy成分が拡大される。
The switch 7 is connected to the terminal B 1 on the first piezoelectric body 3 side.
9A, the oscillator becomes the same as the oscillator shown in FIG. 9A, and the expansion and contraction vibration of the first piezoelectric body 3 causes + Δ in the protrusion Ta.
Displacement of two components of x and Δy occurs. Then, when the protrusion Ta is brought into contact with the moving body, the moving body moves to the right in FIG. 9A. Further, the switch 7 is connected to the terminal B on the second piezoelectric body 4 side.
When it is short-circuited with 2, it becomes the same as that of the vibrator shown in FIG. 9B, and the expansion and contraction vibration of the second piezoelectric body 4 causes −Δ in the protrusion Tb.
Displacement of two components of x and Δy occurs. Then, when the protrusion Ta abuts on the moving body, the moving body moves to the left in FIG. 9B. When the AC drive voltage is applied to the first piezoelectric body 3 or the second piezoelectric body 4, the same AC drive voltage is also applied to the third piezoelectric body 9, and the stretching vibration of the third piezoelectric body 9 causes ± The Δx and Δy components are expanded.

【0032】なお、駆動方法として、第3の圧電体9を
A相の電源に接続し、第1及び第2の圧電体3,4をB
相の電源にスイッチを介して接続し、A相及びB相間に
±90°の位相差の電圧を与えた状態で、その切換えを
スイッチで行ってもよい。
As a driving method, the third piezoelectric body 9 is connected to the A-phase power source, and the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 are connected to the B-source.
The switching may be performed by a switch while being connected to a phase power source through a switch and applying a voltage with a phase difference of ± 90 ° between the A phase and the B phase.

【0033】(第3の実施の形態)請求項4に記載の発
明では、例えば図10に示すように、電極板6a,6b
を介して第1及び第2圧電素子12,13と第3圧電素
子14とを積層するとともに弾性体1を介して締結具5
により締付固定する。電極板6a,6bにはスイッチ7
を介して交流駆動電圧が印加される(発振器、位相器、
アンプ等は図示せず)。第1及び第2圧電素子12,1
3の分極方向は互いに同じで、第3圧電素子14の分極
方向とは、振動子2の軸方向と直交する面を基準として
相反する(振動子の軸方向と直交する面を境にして互い
に異なる側にそれぞれの分極方向が振動子の軸方向と平
行で互いに逆方向となる)ように設定されている。
(Third Embodiment) In the invention described in claim 4, for example, as shown in FIG. 10, electrode plates 6a and 6b are provided.
The first and second piezoelectric elements 12 and 13 and the third piezoelectric element 14 are laminated via the elastic body 1 and the fastener 5
Tighten and fix with. A switch 7 is provided on the electrode plates 6a and 6b.
AC drive voltage is applied via (oscillator, phaser,
(Amplifier, etc. are not shown). First and second piezoelectric elements 12, 1
The polarization directions of 3 are the same as each other, and the polarization directions of the third piezoelectric element 14 are opposite to each other on the basis of a plane orthogonal to the axial direction of the vibrator 2 (a plane orthogonal to the axial direction of the vibrator is a boundary between them). The respective polarization directions on different sides are parallel to the axial direction of the vibrator and opposite to each other).

【0034】スイッチ7を第1圧電素子12側の端子A
と短絡した場合は、図11(a)に示す振動子と同じと
なり、第1圧電素子12及び第3圧電素子14の伸縮振
動により、突起Taに+Δx、Δyの2成分の変位が生
じる。そして、突起Taを移動体に当接すると、移動体
は図11(a)の右方向に移動する。また、スイッチ7
を第2圧電素子13側の端子Bと短絡した場合は、図1
1(b)に示す振動子と同じとなり、第2圧電素子13
及び第3圧電素子14の伸縮振動により、突起Taに−
Δx、Δyの2成分の変位が生じる。そして、突起Tb
を移動体に当接すると、移動体は図11(b)の左方向
に移動する。
The switch 7 is connected to the terminal A on the first piezoelectric element 12 side.
11A is the same as that of the vibrator shown in FIG. 11A, and the expansion and contraction vibration of the first piezoelectric element 12 and the third piezoelectric element 14 causes displacement of two components + Δx and Δy on the protrusion Ta. Then, when the protrusion Ta is brought into contact with the moving body, the moving body moves to the right in FIG. 11A. Also, switch 7
Is short-circuited with the terminal B on the second piezoelectric element 13 side,
The same as the vibrator shown in FIG. 1 (b), and the second piezoelectric element 13
And due to the stretching vibration of the third piezoelectric element 14, the protrusion Ta-
Displacement of two components of Δx and Δy occurs. And the protrusion Tb
When is contacted with the moving body, the moving body moves to the left in FIG. 11B.

【0035】(第4の実施の形態)請求項3に記載の発
明では、例えば図12(上面図)及び図13(a),
(b)(側面図)に示すように、一対の弾性体1の間に
第1及び第2の圧電体3,4の他に、中心軸を基準とし
て両圧電体3,4に対して90°位置的に位相をずらす
とともに、第1及び第2の圧電体3,4と干渉しない同
じ平面上に第4の圧電体15及び第5の圧電体16とが
配置されている。第1及び第2の圧電体3,4には圧電
素子3a,3b,4a,4b間に配置された電極板6
a,6bを介してA相あるいはB相の交流駆動電圧がそ
れぞれ印加される(発振器、位相器、アンプ等は図示せ
ず)。第4の圧電体15を構成する圧電素子15a,1
5b間に配置された電極板17aにはC相の交流駆動電
圧が、第5の圧電体16を構成する圧電素子16a,1
6b間に配置された電極板17bにはD相の交流駆動電
圧がそれぞれ印加される(発振器、位相器、アンプ等は
図示せず)。
(Fourth Embodiment) In the invention described in claim 3, for example, FIG. 12 (top view) and FIG.
As shown in (b) (side view), in addition to the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 between the pair of elastic bodies 1, 90% with respect to the piezoelectric bodies 3 and 4 with respect to the central axis. The fourth piezoelectric body 15 and the fifth piezoelectric body 16 are arranged on the same plane that does not interfere with the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 while phaseally shifting the phase. The first and second piezoelectric bodies 3 and 4 have an electrode plate 6 disposed between the piezoelectric elements 3a, 3b, 4a and 4b.
A-phase or B-phase AC drive voltage is applied via a and 6b (oscillator, phaser, amplifier, etc. are not shown). Piezoelectric elements 15a, 1 constituting the fourth piezoelectric body 15
The C-phase AC drive voltage is applied to the electrode plates 17a arranged between the 5b and the piezoelectric elements 16a, 1a which constitute the fifth piezoelectric body 16.
An AC driving voltage of D phase is applied to each of the electrode plates 17b arranged between 6b (oscillator, phase shifter, amplifier, etc. are not shown).

【0036】A相とB相とに+90°の位相差を与えて
2相駆動で振動子2を駆動すると、図2に示した振動子
2の場合と同様に移動体を図12の左側に移動させる、
変位となる曲線閉路の軌跡(真円軌跡、楕円軌跡等)の
運動が反時計方向回りに生じる。A相とB相とに−90
°の位相差を与えて2相駆動で振動子2を駆動すると、
移動体を図12の右側に移動させる、変位となる曲線閉
路の軌跡の運動が時計方向回りに生じる。また、C相と
D相とに+90°の位相差を与えて2相駆動で振動子2
を駆動すると、移動体を図12の下側に移動させる、変
位となる曲線閉路の軌跡の運動が反時計方向回りに生じ
る。C相とD相とに−90°の位相差を与えて2相駆動
で振動子2を駆動すると、移動体を図12の上側に移動
させる、変位となる曲線閉路の軌跡の運動が時計方向回
りに生じる。
When the vibrator 2 is driven by two-phase driving by giving a phase difference of + 90 ° to the A phase and the B phase, the moving body is moved to the left side of FIG. 12 as in the case of the vibrator 2 shown in FIG. Move,
A movement of a curved closed path (a perfect circular path, an elliptical path, or the like) that is a displacement occurs counterclockwise. -90 for Phase A and Phase B
When the oscillator 2 is driven by two-phase drive with a phase difference of °,
The movement of the locus of the curved path that is the displacement that causes the moving body to move to the right in FIG. 12 occurs in the clockwise direction. Further, a phase difference of + 90 ° is given to the C phase and the D phase, and the vibrator 2 is driven by the two-phase drive.
When is driven, the movement of the locus of the curved circuit, which is a displacement, which moves the moving body to the lower side in FIG. 12, occurs counterclockwise. When the oscillator 2 is driven by the two-phase drive by giving a phase difference of −90 ° to the C phase and the D phase, the movement of the locus of the curved circuit which is the displacement that moves the moving body to the upper side in FIG. 12 is clockwise. It occurs around.

【0037】また、図14(a),(b)に示すよう
に、一対の弾性体1の間に第1及び第2の圧電体3,4
の他に、中心軸を基準として両圧電体3,4に対して9
0°位相をずらし、かつ第1及び第2の圧電体3,4に
対して下側に第4の圧電体15及び第5の圧電体16と
を配置した構成とした場合も、ほぼ同様の作用がなされ
る。即ち、A相とB相とに±90°の位相差を与えて2
相駆動で振動子2を駆動すると、図14(a)の矢印A
B方向に移動体を移動させる、変位となる曲線閉路の軌
跡の運動が振動子2の端面に生じる。また、C相とD相
とに±90°の位相差を与えて2相駆動で振動子2を駆
動すると、図14(a)の矢印CD方向に移動体を移動
させる、変位となる曲線閉路の軌跡の運動が振動子2の
端面に生じる。
As shown in FIGS. 14A and 14B, the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 are provided between the pair of elastic bodies 1.
In addition, 9 with respect to both piezoelectric bodies 3 and 4 based on the central axis
When the phase is shifted by 0 ° and the fourth piezoelectric body 15 and the fifth piezoelectric body 16 are arranged below the first and second piezoelectric bodies 3 and 4, the configuration is almost the same. The action is done. That is, the phase difference of ± 90 ° is given to the A phase and the B phase, and 2
When the oscillator 2 is driven by phase drive, the arrow A in FIG.
The movement of the locus of the curved circuit, which is a displacement, that causes the moving body to move in the B direction occurs on the end surface of the oscillator 2. Further, when the vibrator 2 is driven by the two-phase drive by giving a phase difference of ± 90 ° to the C phase and the D phase, the moving body is moved in the direction of the arrow CD in FIG. The motion of the locus is generated on the end face of the oscillator 2.

【0038】振動子2の駆動方法としては、前記のよう
に位置的に180°の角度をおいて対向するA相−B
相、C相−D相の組合せで位相差を与えた2相駆動が一
般的であるが、用途によっては、A相−C相、A相−D
相、B相−D相、B相−C相のように位置的に90°の
角度をおいて対向する組合せを採用してもよい。
As a method of driving the vibrator 2, as described above, the phase A and the phase B which are opposed to each other at an angle of 180 ° are positioned.
2-phase drive in which a phase difference is provided by a combination of phase, C phase-D phase is common, but depending on the application, A phase-C phase, A phase-D
A phase, a B phase-D phase, a B phase-C phase, or a combination of facing each other at an angle of 90 ° may be adopted.

【0039】また、弾性体突起を第1、第2、第4及び
第5の各圧電体3,4,15,16と対応する所定位置
に設け、A,B,C,Dの各端子にスイッチを介して交
流駆動電圧を印加するようにしてもよい(発振器、アン
プ等は図示せず)。
Further, elastic protrusions are provided at predetermined positions corresponding to the first, second, fourth and fifth piezoelectric bodies 3, 4, 15 and 16, and are provided at the respective terminals A, B, C and D. An AC drive voltage may be applied via a switch (oscillator, amplifier, etc. are not shown).

【0040】(第5の実施の形態)次に多数の振動子2
を使用してアクチュエータに適用した実施の形態を図1
5に従って説明する。長尺の移動体8の長手方向(図1
5の左右方向)に沿って複数個(この実施例では3個)
の振動子2が配設されている。移動体8を挟んで振動子
2と反対側にはガイドローラ18が配置されている。振
動子2は第1の実施の形態の振動子2とほぼ同様に構成
されている。振動子2の基端側が支持フレーム19に対
してコイルばね等の加圧手段20を介して取付けられ、
各振動子2は移動体8をガイドローラ18側へ押圧する
状態に配設されている。各振動子2の第1の圧電体3の
電極板6aはそれぞれ共通の交流駆動源21に接続さ
れ、第2の圧電体4の電極板6bはそれぞれ共通の交流
駆動源22に接続されている(アンプ、位相器等は図示
せず)。
(Fifth Embodiment) Next, a large number of vibrators 2 are provided.
FIG. 1 shows an embodiment applied to an actuator using
5 will be described. Longitudinal direction of the long moving body 8 (see FIG.
A plurality of (3 in this embodiment) along the horizontal direction of 5)
The vibrator 2 is provided. A guide roller 18 is arranged on the side opposite to the vibrator 2 with the moving body 8 interposed therebetween. The vibrator 2 has substantially the same structure as the vibrator 2 of the first embodiment. The base end side of the vibrator 2 is attached to the support frame 19 via a pressing means 20 such as a coil spring,
Each transducer 2 is arranged so as to press the moving body 8 toward the guide roller 18 side. The electrode plate 6a of the first piezoelectric body 3 of each vibrator 2 is connected to a common AC drive source 21, and the electrode plate 6b of the second piezoelectric body 4 is connected to a common AC drive source 22. (Amplifier, phase shifter, etc. are not shown).

【0041】各振動子2の第1の圧電体3と第2の圧電
体4に対して+90°の位相差で交流駆動源21,22
から電圧が印加されると、各振動子2の先端に図15の
反時計方向回りの変位となる曲線閉路の軌跡が発生し、
移動体8が図15の左方向へ移動させられる。また、各
圧電体3,4に対して−90°の位相差の電圧が印加さ
れると、各振動子2の先端に図15の時計方向回りの変
位となる曲線閉路の軌跡が発生し、移動体8が図16の
右方向へ移動させられる。即ち、この多数の振動子2を
使用したアクチュエータでは2個の交流駆動源21,2
2の印加電圧の位相差を変更することにより、移動体8
の移動方向を転換できる。
AC drive sources 21 and 22 with a phase difference of + 90 ° with respect to the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4 of each vibrator 2.
When a voltage is applied from the above, a locus of a curved closed path that is a displacement in the counterclockwise direction in FIG. 15 is generated at the tip of each vibrator 2,
The moving body 8 is moved to the left in FIG. Further, when a voltage having a phase difference of −90 ° is applied to each of the piezoelectric bodies 3 and 4, a locus of a curved circuit which is a clockwise displacement in FIG. The moving body 8 is moved to the right in FIG. That is, in the actuator using the large number of vibrators 2, two AC drive sources 21, 2 are used.
By changing the phase difference of the applied voltage of 2
You can change the moving direction of.

【0042】(第6の実施の形態)次にアクチュエータ
に適用した第6の実施の形態を図16に従って説明す
る。この実施の形態では振動子を構成する弾性体を複数
の振動子で共通化した点が前記第5の実施の形態と異な
っており、その他の部分は同じである。即ち、各振動子
2の第1及び第2の圧電体3,4はそれぞれ共通の1組
の弾性体23間に挟持されている。この場合も各圧電体
3,4に対して+90°の位相差の電圧が印加される
と、移動体8が図16の左方向へ移動させられ、−90
°の位相差の電圧が印加されると、移動体8が図16の
右方向へ移動させられる(アンプ、位相器等は図示せ
ず)。なお、いずれか一方の弾性体23のみを共通化し
てもよい。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment applied to an actuator will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the fifth embodiment in that an elastic body forming a vibrator is shared by a plurality of vibrators, and other parts are the same. That is, the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 of each vibrator 2 are sandwiched between a common set of elastic bodies 23. Also in this case, when a voltage having a phase difference of + 90 ° is applied to each of the piezoelectric bodies 3 and 4, the moving body 8 is moved to the left in FIG.
When a voltage having a phase difference of ° is applied, the moving body 8 is moved to the right in FIG. 16 (amplifier, phaser, etc. are not shown). Note that only one of the elastic bodies 23 may be shared.

【0043】(第7の実施の形態)次にアクチュエータ
に適用した第7の実施の形態を図17〜図19に従って
説明する。この実施の形態では振動子2が移動体8に対
して上下左右の4方向から当接する構成とした点が前記
第5及び第6の実施の形態と異なり、各振動子2自体の
構成は基本的に第5の実施の形態と同じである。図17
に示すように、支持フレーム19は断面八角筒状に形成
され、その互いに対向する面に振動子2が対をなすよう
に配設されている。
(Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment applied to an actuator will be described with reference to FIGS. This embodiment differs from the fifth and sixth embodiments in that the vibrator 2 is in contact with the moving body 8 in four directions, up, down, left, and right, and the structure of each vibrator 2 itself is basically the same. The same as the fifth embodiment. FIG.
As shown in FIG. 5, the support frame 19 is formed in an octagonal tube shape in cross section, and the vibrators 2 are arranged in pairs on the surfaces facing each other.

【0044】図18に示すように、支持フレーム19の
上下両側に配設された各振動子2は、第1の圧電体3と
第2の圧電体4とが移動体8の移動方向と直交する平面
を挟んで対称位置となるように支持フレーム19に取付
けられている。また、支持フレーム19の左右両側に配
設された各振動子2も、第1の圧電体3と第2の圧電体
4とが移動体8の移動方向と直交する平面を挟んで対称
位置となるように支持フレーム19に取付けられてい
る。各振動子2は移動体8に当接するボス部1bを有す
る弾性体1を備えている。また、図19に示すように、
各振動子2の第1の圧電体3の電極板6aはそれぞれ共
通の交流駆動源21に接続され、第2の圧電体4の電極
板6bはそれぞれ共通の交流駆動源22に接続されてい
る(アンプ、位相器等は図示せず)。
As shown in FIG. 18, in the vibrators 2 arranged on the upper and lower sides of the support frame 19, the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4 are orthogonal to the moving direction of the moving body 8. It is attached to the support frame 19 at symmetrical positions with respect to the plane. In addition, the vibrators 2 arranged on both the left and right sides of the support frame 19 also have symmetrical positions with the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4 sandwiching a plane orthogonal to the moving direction of the moving body 8. It is attached to the support frame 19 so that Each vibrator 2 includes an elastic body 1 having a boss portion 1b that abuts on the moving body 8. In addition, as shown in FIG.
The electrode plate 6a of the first piezoelectric body 3 of each vibrator 2 is connected to a common AC drive source 21, and the electrode plate 6b of the second piezoelectric body 4 is connected to a common AC drive source 22. (Amplifier, phase shifter, etc. are not shown).

【0045】各振動子2の第1の圧電体3と第2の圧電
体4に対して+90°の位相差で交流駆動源21,22
から電圧が印加されると、支持フレーム19の下側に配
置された振動子2の先端には反時計方向回りの変位とな
る曲線閉路の軌跡が発生し、上側に配置された振動子2
の先端には時計方向回りの変位となる曲線閉路の軌跡が
発生する。この変位となる曲線閉路の軌跡の方向は移動
体8を図18の左方向へ移動させる方向となる。また、
移動体8の左右両側に配設された振動子2の先端にもそ
れぞれ移動体8を図18の左方向へ移動させる方向の変
位となる曲線閉路の軌跡が発生する。その結果、各振動
子2の共同作用により移動体8が高推力で図18の左方
向へ移動する。各第1及び第2の圧電体3,4に対して
−90°の位相差で交流電源21,22から電圧が印加
されると、移動体8は図18の右方向に移動する。この
実施の形態では第5の実施の形態のように移動体8の1
面にのみ当接する振動子2を複数備えたアクチュエータ
に比較して4倍の推力が得られる。
AC drive sources 21 and 22 with a phase difference of + 90 ° with respect to the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4 of each vibrator 2.
When a voltage is applied from the vibrator 2 arranged on the lower side of the support frame 19, a curved closed circuit locus that causes a counterclockwise displacement is generated at the tip of the vibrator 2, and the vibrator 2 arranged on the upper side.
A locus of a curved circuit that is a clockwise displacement is generated at the tip of the. The direction of the locus of the curved path that is the displacement is the direction in which the moving body 8 is moved to the left in FIG. Also,
At the tips of the vibrators 2 arranged on both the left and right sides of the moving body 8, curved path trajectories, which are displacements in the direction of moving the moving body 8 to the left in FIG. 18, are generated. As a result, the movable body 8 moves to the left in FIG. 18 with a high thrust due to the joint action of the vibrators 2. When a voltage is applied to each of the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 with a phase difference of −90 ° from the AC power supplies 21 and 22, the moving body 8 moves to the right in FIG. 18. In this embodiment, as in the fifth embodiment, one of the moving bodies 8 is
Thrust that is four times as large as that of an actuator provided with a plurality of vibrators 2 that abut only on the surface is obtained.

【0046】移動体8に対して上下左右に配置される振
動子2は必ずしもそれぞれ対向する位置に配置する必要
はない。また、移動体8の上下のみに振動子2を配設し
たり、移動体8の左右のみに振動子2を配設してもよ
い。
The vibrators 2 arranged vertically and horizontally with respect to the moving body 8 do not necessarily have to be arranged at positions facing each other. Further, the vibrators 2 may be provided only above and below the moving body 8, or the vibrators 2 may be provided only at the left and right sides of the moving body 8.

【0047】本発明の振動子は、圧電素子の伸縮振動を
ベースにして、弾性体の構造、形状により、伸縮振動以
外の振動モードが結合するため、周波数を可変する事に
よっても、振動子先端における曲線閉路の軌跡の方向の
可変が可能である(第1〜7の実施の形態において)。
In the vibrator of the present invention, vibration modes other than the stretching vibration are coupled based on the stretching vibration of the piezoelectric element depending on the structure and shape of the elastic body. It is possible to change the direction of the locus of the curved circuit in (in the first to seventh embodiments).

【0048】[0048]

【実施例】【Example】

(第1実施例)以下、本発明をより具体化した第1実施
例を図20及び図21に基づいて説明する。振動子2
は、図21に示すような、円形リング状の弾性体1と、
半割リング状の圧電素子3a等と、ほぼ半割リング状の
電極板6a等とを組み合わせて、締結具としての六角穴
付ボルト24及びナット25によりワッシャ26を介し
て締付け固定することにより形成されている。図21に
示すように、振動子2の軸方向と平行な中心面を境にし
て両側に、第1の圧電体3及び第2の圧電体4が対称に
配置されている。両圧電体3,4はそれぞれ相反する方
向に分極された(振動子の軸方向と直交する面を境にし
て互いに異なる側にそれぞれの分極方向が振動子の軸方
向と平行で互いに逆方向となる)2層の圧電素子3a,
3b,4a,4bとその間に配置された電極板6a,6
bにより構成されている。圧電素子3a等の分極方向は
矢印で示す。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 20 and 21. Vibrator 2
Is a circular ring-shaped elastic body 1 as shown in FIG.
Formed by combining the half-ring ring-shaped piezoelectric element 3a and the like and the substantially half-ring-shaped electrode plate 6a and the like, and tightening and fixing the hexagon socket bolts 24 and nuts 25 as fasteners through the washers 26. Has been done. As shown in FIG. 21, the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4 are symmetrically arranged on both sides of the center plane parallel to the axial direction of the vibrator 2. The two piezoelectric bodies 3 and 4 are polarized in opposite directions (the polarization directions are parallel to the axial direction of the vibrator and opposite to each other on different sides with the plane orthogonal to the axial direction of the vibrator as a boundary). 2 layers of piezoelectric element 3a,
3b, 4a, 4b and electrode plates 6a, 6 arranged therebetween
b. The polarization direction of the piezoelectric element 3a and the like is indicated by an arrow.

【0049】弾性体1は材質を鋼として、外径20m
m、内径8mmで厚さ5mmと10mmの2種類を用意
し、振動子2の基端側に厚さ10mmの弾性体1が配置
され、移動体に当接される側(六角穴付ボルト24の頭
部側)に厚さ5mmの弾性体1が配置されている。圧電
素子3a等は材質をPZT(ジルコン酸・チタン酸鉛系
の多結晶体)として、外径20mm、内径8mm、厚み
4mmの円形リング状のものを半割にするとともに、そ
の分割端面を削った形状とした。そして、両圧電体3,
4はその端面間に隙間がある状態で弾性体1間に配置さ
れている。電極板6a等には厚さ0.1mmの銅板を外
径20mm、内径8mmの半割リングの外側に突部を備
えた形状に形成したものが使用されている。また、ワッ
シャ26は外径20mm、内径8mmで厚さ1mmのも
のが使用されている。
The elastic body 1 is made of steel and has an outer diameter of 20 m.
m, an inner diameter of 8 mm, and thicknesses of 5 mm and 10 mm are prepared, and the elastic body 1 having a thickness of 10 mm is arranged on the base end side of the vibrator 2, and the side abutting the moving body (the hexagon socket head bolt 24 The elastic body 1 having a thickness of 5 mm is arranged on the head side). The piezoelectric element 3a and the like are made of PZT (polycrystal of zirconate / lead titanate type) as a material, and a circular ring-shaped one having an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 8 mm and a thickness of 4 mm is halved, and its divided end faces are ground. It has a different shape. Then, both piezoelectric bodies 3,
4 are arranged between the elastic bodies 1 with a gap between their end faces. As the electrode plate 6a and the like, a copper plate having a thickness of 0.1 mm formed into a shape having a protrusion on the outside of a half ring having an outer diameter of 20 mm and an inner diameter of 8 mm is used. The washer 26 has an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 8 mm and a thickness of 1 mm.

【0050】この振動子2を、ナット25の部位をプラ
スチック製のバイスで挟持して固定支持した。そして、
第1の圧電体3の電極板6aをアンプ27及びフェイズ
シフタ28を介して2相発振器29と接続した。第2の
圧電体4の電極板6bをアンプ27を介して2相発振器
29と接続した。また、弾性体1を接地した。両弾性体
1は六角穴付ボルト24により互いに導通された状態に
あるため、基端側の弾性体1を接地することにより先端
側の弾性体1も自動的に接地される。
The vibrator 2 was fixed and supported by sandwiching the nut 25 with a plastic vise. And
The electrode plate 6 a of the first piezoelectric body 3 was connected to the two-phase oscillator 29 via the amplifier 27 and the phase shifter 28. The electrode plate 6 b of the second piezoelectric body 4 was connected to the two-phase oscillator 29 via the amplifier 27. The elastic body 1 was grounded. Since both elastic bodies 1 are electrically connected to each other by the hexagon socket head cap screw 24, the elastic body 1 on the distal end side is automatically grounded by grounding the elastic body 1 on the proximal end side.

【0051】まず、アクチュエータ用振動子として利用
できるか否かを検討するため、第1の圧電体3及び第2
の圧電体4に対して、電圧の位相差を+90°与えて、
周波数を20〜70kHzの間で順次変更しながら振動子
2を駆動するとともに、振動子2の先端即ち六角穴付ボ
ルト24の頭部にベアリング30を押し当てた状態で、
ベアリング30の回転方向を観察した。その結果、周波
数が35kHz及び50kHz近傍で左方向(反時計回り方
向)、40kHz近傍で右方向(時計回り方向)に正逆回
転する周波数領域が認められた。
First, in order to examine whether it can be used as an actuator vibrator, the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 3
The phase difference of the voltage is given to the piezoelectric body 4 of + 90 °,
While driving the vibrator 2 while sequentially changing the frequency between 20 and 70 kHz, with the bearing 30 pressed against the tip of the vibrator 2, that is, the head of the hexagon socket head cap bolt 24,
The rotation direction of the bearing 30 was observed. As a result, a frequency region was observed in which the frequency rotates in the left direction (counterclockwise direction) in the vicinity of 35 kHz and 50 kHz, and in the right direction (clockwise direction) in the vicinity of 40 kHz.

【0052】次に周波数を50kHz近傍に固定し、電圧
の位相差を+90°から−90°に変更した。振動子2
の先端に押し当てたベアリング30の回転方向は右方向
(時計回り方向)となり+90°の位相差の場合と逆方
向になることが確認された。この結果から両圧電体3,
4に印加する電圧の位相差を変更することにより、変位
となる曲線閉路の軌跡の方向を変更することができ、移
動体の移動方向を変更できることが分かる。
Next, the frequency was fixed at around 50 kHz and the voltage phase difference was changed from + 90 ° to −90 °. Vibrator 2
It was confirmed that the rotation direction of the bearing 30 pressed against the tip of the bearing was the right direction (clockwise direction) and the opposite direction to the case of the phase difference of + 90 °. From this result, both piezoelectric bodies 3,
It can be seen that by changing the phase difference of the voltage applied to 4, it is possible to change the direction of the locus of the curved closed path that is the displacement, and it is possible to change the moving direction of the moving body.

【0053】比較のため、両圧電体3,4に代えて外径
20mm、内径8mm、厚さ4mmのリング状圧電素子
31a,31bを2個用いるとともに、他の部品は図2
0の振動子2と同じものを用いて図22に示す振動子を
構成した。この振動子について前記と同様な実験を行っ
た。前記周波数以外の周波数でベアリングが回転するの
が認められたが、両電極板6a,6bに印加する電圧の
位相差等を変更しても、変位の楕円軌跡の方向転換がで
きないことが確認された。この原因は一対の圧電素子3
1a,31bに対して、分割した電極板6a,6bで位
相差を変えた電圧を印加した場合は、振動子の軸方向と
平行な中心面を境にして圧電素子31a,31bの左右
両側の部分が互いに他の部分の振動変位を拘束しあうの
で、圧電素子の片側毎に意図する状態の伸縮振動が独立
して生じないためと思われる。
For comparison, two piezoelectric elements 3, 4 having a diameter of 20 mm, an inner diameter of 8 mm and a thickness of 4 mm are used in place of the two piezoelectric bodies 3, 4 and the other parts are shown in FIG.
The oscillator shown in FIG. 22 was constructed by using the same oscillator 2 as that of No. 0. An experiment similar to the above was conducted on this oscillator. It was confirmed that the bearing rotated at a frequency other than the above-mentioned frequency, but it was confirmed that the elliptical locus of displacement could not be redirected even if the phase difference of the voltage applied to both electrode plates 6a and 6b was changed. It was The cause is a pair of piezoelectric elements 3
When voltages with different phase differences are applied to the divided electrode plates 6a and 6b with respect to 1a and 31b, the left and right sides of the piezoelectric elements 31a and 31b are bordered by the center plane parallel to the axial direction of the vibrator. It is considered that the portions restrain the vibration displacements of the other portions to each other, so that the stretching vibration in the intended state does not occur independently on each side of the piezoelectric element.

【0054】この結果から、振動子の軸方向と平行な中
心面を境にして、第1及び第2の圧電体3,4を分割し
て配置した場合のみに、本発明の駆動原理が再現できる
と考えられる。
From this result, the driving principle of the present invention is reproduced only when the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 are arranged in a divided manner with the center plane parallel to the axial direction of the vibrator as a boundary. It is thought to be possible.

【0055】(第2実施例)次に第2実施例を図23
(a),(b)に従って説明する。この実施例では第1
及び第2の圧電体3,4を構成する圧電素子3a,3
b,4a,4bの形状が前記実施例と異なっており、そ
の他の構成は同じである。前記実施例と同じものは同一
番号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
A description will be given according to (a) and (b). In this embodiment, the first
And piezoelectric elements 3a, 3 constituting the second piezoelectric bodies 3, 4.
The shapes of b, 4a, and 4b are different from those of the above-described embodiment, and other configurations are the same. The same parts as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0056】PZT製の圧電素子3a等は図23(b)
に示すように、直方体状に形成され、長さL=15m
m、幅W=5mm、厚さ4mmに設定した。そして、図
23(a)に示すように、各圧電素子3a,3b,4
a,4bを振動子2の中心面を境にして対称位置に配置
した。
The piezoelectric element 3a made of PZT is shown in FIG.
As shown in, it is formed in the shape of a rectangular parallelepiped, and the length L = 15m.
m, width W = 5 mm, and thickness 4 mm. Then, as shown in FIG. 23A, each piezoelectric element 3a, 3b, 4
The a and 4b are arranged symmetrically with respect to the center plane of the vibrator 2.

【0057】この振動子2を第1実施例と同様に2相発
振器29に接続するとともに、同様な方法でベアリング
30の回転状態を観察した。その結果、この実施例の振
動子2も周波数35kHz及び50kHz近傍でベアリング
30が左方向回転(反時計回り)し、40kHzで右方向
(時計回り方向)が確認された。また、周波数50kHz
近傍で第1の圧電体3と第2の圧電体4とに印加する電
圧の位相差を+90°と−90°とに変更することによ
り、ベアリング30の回転方向、即ち変位となる曲線閉
路の軌跡の方向が変わるのが確認された。
The vibrator 2 was connected to the two-phase oscillator 29 as in the first embodiment, and the rotating state of the bearing 30 was observed by the same method. As a result, also in the vibrator 2 of this example, the bearing 30 was rotated leftward (counterclockwise) at frequencies near 35 kHz and 50 kHz, and rightward (clockwise) at 40 kHz. Also, the frequency is 50 kHz
By changing the phase difference of the voltages applied to the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4 in the vicinity to + 90 ° and −90 °, the rotation direction of the bearing 30, that is, the curved closed path that is the displacement is obtained. It was confirmed that the direction of the trajectory changed.

【0058】従って、圧電素子3a等の形状を変更して
も振動子2の作用は変わらず、圧電素子の形状が振動子
2の変位となる曲線閉路の軌跡を生ずる事に影響を与え
ないことが確認された。
Therefore, even if the shape of the piezoelectric element 3a or the like is changed, the action of the vibrator 2 does not change, and the shape of the piezoelectric element does not affect the generation of a curved closed path that is the displacement of the vibrator 2. Was confirmed.

【0059】(第3実施例)次に第3実施例を図24に
従って説明する。この実施例では振動子2の構成を片持
ち構造とした点が、前記第1及び第2実施例と大きく異
なっている。前記実施例と同じものは同一番号を付して
その詳細な説明を省略する。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is largely different from the first and second embodiments in that the vibrator 2 has a cantilever structure. The same parts as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0060】第1実施例の振動子2の構成部品のうち、
基端側の弾性体1(厚さ10mm)に代えて、縦×横
(100mm×100mm)、厚さ15mmの基台(剛
体)32を使用し、その中心に8mmの孔33をあける
とともに、底部にナット25を収容する凹部34を形成
した。そして、六角穴付ボルト24が孔33を貫通する
状態で第1及び第2の圧電体3,4を弾性体1(厚さ5
mm)と基台32間に締付け固定した。
Among the constituent parts of the vibrator 2 of the first embodiment,
Instead of the elastic body 1 (thickness 10 mm) on the base end side, a base (rigid body) 32 having a length x width (100 mm x 100 mm) and a thickness of 15 mm is used, and a hole 33 of 8 mm is formed in the center thereof, A recess 34 for accommodating the nut 25 is formed on the bottom. Then, with the hexagon socket head cap bolt 24 penetrating the hole 33, the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 are connected to the elastic body 1 (thickness 5
mm) and the base 32.

【0061】そして、この振動子2を第1実施例と同様
に2相発振器29に接続するとともに、同様な方法でベ
アリング30の回転状態を観察した。その結果、周波数
35kHz、50kHz及び60kHz近傍でベアリング30
が左方向回転(反時計回り)し、38kHz,48kHzで
右方向(時計回り方向)が確認された。また、周波数5
0kHz近傍で第1の圧電体3と第2の圧電体4とに印加
する電圧の位相差を+90°と−90°とに変更するこ
とにより、ベアリング30の回転方向、即ち変位となる
曲線閉路の軌跡の方向が変わるのが確認された。
Then, this oscillator 2 was connected to the two-phase oscillator 29 as in the first embodiment, and the rotating state of the bearing 30 was observed by the same method. As a result, the bearing 30 is used at frequencies near 35 kHz, 50 kHz and 60 kHz.
Turned to the left (counterclockwise), and the right direction (clockwise) was confirmed at 38 kHz and 48 kHz. Also, frequency 5
By changing the phase difference of the voltages applied to the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4 in the vicinity of 0 kHz to + 90 ° and −90 °, the rotational direction of the bearing 30, that is, a curved circuit that causes displacement. It was confirmed that the direction of the locus of was changed.

【0062】従って、圧電素子の支持状態を片持ち支持
とした場合も、目的とする変位となる曲線閉路の軌跡が
得られるとともに、その方向を変更できることが確認さ
れた。
Therefore, it was confirmed that even when the supporting state of the piezoelectric element is cantilevered, the locus of the curved closed path which is the target displacement can be obtained and the direction thereof can be changed.

【0063】(第4実施例)次に第4実施例を図25及
び図26に従って説明する。この実施例では圧電素子3
a等の外径及び厚さを変更した点が第3実施例と異なっ
ている。圧電素子3a等は、外径30mm、内径8m
m、厚さ1mmのPZT製の円形リングを半割にし、そ
の端面を削って第1及び第2の圧電体3,4の端面同士
が接触しないように形成した。電極板6a等には厚さ
0.1mmの銅板を外径30mm、内径8mmの半割リ
ングの外側に突部を備えた形状に形成したものを使用し
た。図26に示すように、リング状の弾性体1には中央
にボス部1bが形成されている。弾性体1は、外径30
mm、内径8mm、大径部の厚さ3mm、ボス部1bの
厚さ5mmに形成されている。そして、六角穴付ボルト
24及びナット25により第3実施例と同じ基台32に
対して、圧電素子3a,3b,4a,4b及び弾性体1
を締付け固定して、片持ち構造の振動子2を構成した。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the piezoelectric element 3
The third embodiment is different from the third embodiment in that the outer diameter and thickness such as a are changed. Piezoelectric element 3a etc. has an outer diameter of 30 mm and an inner diameter of 8 m
A circular ring made of PZT having a thickness of 1 mm and a thickness of 1 mm was cut in half, and the end faces of the ring were cut so that the end faces of the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 did not come into contact with each other. As the electrode plate 6a and the like, a copper plate having a thickness of 0.1 mm formed into a shape having a protrusion on the outside of a half ring having an outer diameter of 30 mm and an inner diameter of 8 mm was used. As shown in FIG. 26, the ring-shaped elastic body 1 has a boss portion 1b formed at the center. The elastic body 1 has an outer diameter of 30.
mm, inner diameter 8 mm, large-diameter portion thickness 3 mm, and boss portion 1 b thickness 5 mm. Then, with the hexagon socket head cap bolt 24 and the nut 25, the piezoelectric elements 3a, 3b, 4a, 4b and the elastic body 1 are attached to the same base 32 as in the third embodiment.
Was fixed by tightening to form a vibrator 2 having a cantilever structure.

【0064】そして、この振動子2を第1実施例と同様
に2相発振器29に接続するとともに、同様な方法でベ
アリング30の回転状態を観察した。その結果、周波数
38kHz近傍でベアリング30が回転するのが確認され
た。また、周波数38kHz近傍で第1の圧電体3と第2
の圧電体4とに印加する電圧の位相差を+90°と−9
0°とに変更することにより、ベアリング30の回転方
向、即ち変位となる曲線閉路の軌跡の方向が変わるのが
確認された。
Then, this oscillator 2 was connected to the two-phase oscillator 29 as in the first embodiment, and the rotating state of the bearing 30 was observed by the same method. As a result, it was confirmed that the bearing 30 rotates in the vicinity of the frequency of 38 kHz. In addition, the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 3
Of the voltage applied to the piezoelectric body 4 of + 90 ° and −9
It was confirmed that the direction of rotation of the bearing 30, that is, the direction of the locus of the curved closed path, which is the displacement, was changed by changing to 0 °.

【0065】従って、圧電素子の外径及び厚さを変更し
た場合も、目的とする変位となる曲線閉路の軌跡が得ら
れるとともに、その方向を変更できることが確認され
た。 (第5実施例)次に第5実施例を図27に従って説明す
る。この実施例では第1及び第2の圧電体3,4に加え
て第3の圧電体9を設けた点が前記各実施例と大きく異
なっている。第3の圧電体9を構成する部品以外は、第
1実施例の図20に示す振動子2に使用したものと同じ
ものを使用した。第3の圧電体9を構成する圧電素子9
a,9bには外径20mm、内径8mm、厚さ4mmの
PZT製の圧電素子を使用し、両圧電素子9a,9b間
に配置される電極板11には厚さ0.1mmの銅板を外
径30mm、内径8mmのリングの外側に突部を備えた
形状に形成したものを使用した。そして、第3の圧電体
9が第1及び第2の圧電体3,4より振動子2の先端側
となる配置で、一組の弾性体1及び各圧電体3,4,9
を六角穴付ボルト24及びナット25によりワッシャ2
6を介して締付け固定して振動子2を形成した。
Therefore, it was confirmed that even when the outer diameter and the thickness of the piezoelectric element were changed, the locus of the curved closed path which was the target displacement was obtained and the direction thereof could be changed. (Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a third piezoelectric body 9 is provided in addition to the first and second piezoelectric bodies 3 and 4, which is a great difference from the above-mentioned respective embodiments. Except for the parts constituting the third piezoelectric body 9, the same parts as those used for the vibrator 2 shown in FIG. 20 of the first embodiment were used. Piezoelectric element 9 constituting the third piezoelectric body 9
A piezoelectric element made of PZT having an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 8 mm, and a thickness of 4 mm is used for a and 9b, and a copper plate having a thickness of 0.1 mm is used for the electrode plate 11 arranged between the piezoelectric elements 9a and 9b. A ring having a diameter of 30 mm and an inner diameter of 8 mm and formed with a protrusion on the outside was used. Then, the third piezoelectric body 9 is arranged closer to the tip side of the vibrator 2 than the first and second piezoelectric bodies 3 and 4, and the set of elastic bodies 1 and the respective piezoelectric bodies 3, 4, 9 are arranged.
With a hexagon socket head cap screw 24 and nut 25.
The vibrator 2 was formed by tightening and fixing via 6.

【0066】第3の圧電体9の電極板11をアンプ27
及び位相シフタ28を介して2相発振器29と接続した
(図示せず)。第1の圧電体3の電極板6a及び第2の
圧電体4の電極板6bをスイッチ7を介して2相発振器
29と接続可能とした。また、接地電極10及び基端側
の弾性体1を接地した。そして、スイッチ7を切り換え
て、第1の圧電体3と第3の圧電体9との組合せ及び第
2の圧電体4と第3の圧電体9との組合せについてそれ
ぞれ前記各実施例と同様な方法でベアリング30の回転
状態を観察した。その結果、周波数24,39,53k
Hz近傍でベアリング30が左方向回転(反時計回り)す
るのが確認された。また、周波数39kHz近傍で前記両
組合せの各圧電体に印加する電圧の位相差を+90°と
−90°に変更することにより、ベアリング30の回転
方向、即ち変位となる曲線閉路の軌跡の方向が変わるの
が確認された。
The electrode plate 11 of the third piezoelectric body 9 is connected to the amplifier 27.
And a two-phase oscillator 29 via a phase shifter 28 (not shown). The electrode plate 6a of the first piezoelectric body 3 and the electrode plate 6b of the second piezoelectric body 4 can be connected to the two-phase oscillator 29 via the switch 7. Further, the ground electrode 10 and the elastic body 1 on the base end side were grounded. Then, the switch 7 is switched so that the combination of the first piezoelectric body 3 and the third piezoelectric body 9 and the combination of the second piezoelectric body 4 and the third piezoelectric body 9 are the same as those in the respective embodiments. The rotating state of the bearing 30 was observed by the method. As a result, frequencies 24, 39, 53k
It was confirmed that the bearing 30 rotates counterclockwise (counterclockwise) in the vicinity of Hz. Further, by changing the phase difference of the voltages applied to the piezoelectric bodies of both the combinations in the vicinity of the frequency of 39 kHz to + 90 ° and −90 °, the direction of rotation of the bearing 30, that is, the direction of the locus of the curved closed path that is the displacement is changed. It was confirmed to change.

【0067】なお、変位となる曲線閉路の軌跡の方向転
換は、前記組合せの各圧電体に印加する電圧の位相差を
与えなくても、スイッチ7の接点をAとB1 、AとB2
の組合せの切換えで可能であることも確認された。
In order to change the direction of the locus of the curved circuit which is the displacement, the contact points of the switch 7 are A and B 1 and A and B 2 even if the phase difference of the voltage applied to each piezoelectric body of the combination is not given.
It was also confirmed that it is possible by switching the combination of.

【0068】従って、振動子の軸方向と平行な中心面を
境にして分割して配置された第1及び第2の圧電体3,
4が直接弾性体1と接触した状態でなくても、目的とす
る変位となる曲線閉路の軌跡が得られるとともに、その
方向を変更できることが確認された。
Therefore, the first and second piezoelectric bodies 3, which are divided and arranged with the center plane parallel to the axial direction of the vibrator as a boundary, are arranged.
It was confirmed that, even if 4 was not in direct contact with the elastic body 1, the trajectory of the curved closed path that was the target displacement was obtained and the direction thereof could be changed.

【0069】(第6実施例)次に第6実施例を図28
(a),(b)に従って説明する。この実施例では第1
及び第2の圧電体3,4に加えて、振動子2の中心軸を
基準として両圧電体3,4に対して90°位相をずら
し、かつ第1及び第2の圧電体3,4に対して下側に第
4の圧電体15及び第5の圧電体16とを配置した点が
前記各実施例と大きく異なっている。第1実施例の図2
0に示す振動子2に使用したものと同じ部品に加えて、
第4及び第5の圧電体15,16を構成する圧電素子1
5a,15b,16a,16bは圧電素子3a等と同じ
半割リング状のPZT製圧電素子を使用し、電極板17
a,17bには電極板6aと同じ突部を有する半割リン
グ状の電極板を使用した。各圧電体3,4,15,16
を一組の弾性体1間に配置して、六角穴付ボルト24及
びナット25により締付け固定して振動子2を形成し
た。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
A description will be given according to (a) and (b). In this embodiment, the first
In addition to the second piezoelectric bodies 3 and 4, a 90 ° phase shift is made with respect to the central axes of the vibrators 2 with respect to both piezoelectric bodies 3 and 4, and the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 are arranged. On the other hand, the fourth piezoelectric body 15 and the fifth piezoelectric body 16 are arranged on the lower side, which is a great difference from the above-mentioned embodiments. FIG. 2 of the first embodiment
In addition to the same parts used for the oscillator 2 shown in 0,
Piezoelectric element 1 forming fourth and fifth piezoelectric bodies 15 and 16
5a, 15b, 16a, and 16b use the same half ring-shaped PZT-made piezoelectric element as the piezoelectric element 3a and the like.
A half ring-shaped electrode plate having the same protrusion as the electrode plate 6a was used for a and 17b. Each piezoelectric body 3, 4, 15, 16
Was placed between a set of elastic bodies 1 and tightened and fixed by a hexagon socket head cap screw 24 and a nut 25 to form a vibrator 2.

【0070】そして、ナット25をバイスで固定した状
態で、第1及び第2の圧電体3,4の組合せと、第4及
び第5の圧電体15,16の組合せについて、それぞれ
2相駆動で第1実施例と同様な方法でベアリング30の
回転状態を観察した。
Then, with the nut 25 fixed with a vise, the combination of the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 and the combination of the fourth and fifth piezoelectric bodies 15 and 16 are each driven by two-phase drive. The rotating state of the bearing 30 was observed by the same method as in the first embodiment.

【0071】その結果、第5実施例とほぼ同じ周波数3
9kHz近傍でベアリング30が回転するのが確認され
た。また、周波数39kHz近傍で前記両組合せの各圧電
体に印加する電圧の位相差を+90°と−90°に変更
することにより、ベアリング30の回転方向、即ち変位
となる曲線閉路の軌跡の方向が変わるのが確認された。
第1及び第2の圧電体3,4の組合せの場合、A相及び
B相に印加する電圧に±90°の位相差を与えた場合
は、ベアリングは図28(a)の左右方向の正逆転とな
る。また、第4及び第5の圧電体15,16の組合せの
場合、C相及びD相に印加する電圧に±90°の位相差
を与えた場合は、ベアリングは図28(b)の左右方向
における正逆転となる。
As a result, the frequency 3 which is almost the same as that of the fifth embodiment is obtained.
It was confirmed that the bearing 30 rotated in the vicinity of 9 kHz. Further, by changing the phase difference of the voltages applied to the piezoelectric bodies of both the combinations in the vicinity of the frequency of 39 kHz to + 90 ° and −90 °, the direction of rotation of the bearing 30, that is, the direction of the locus of the curved closed path that is the displacement is changed. It was confirmed to change.
In the case of the combination of the first and second piezoelectric bodies 3 and 4, when the phase difference of ± 90 ° is applied to the voltage applied to the A phase and the B phase, the bearing is positive in the left-right direction in FIG. 28 (a). It will be the reverse. Further, in the case of the combination of the fourth and fifth piezoelectric bodies 15 and 16, when the phase difference of ± 90 ° is applied to the voltages applied to the C phase and the D phase, the bearings move in the left and right direction of FIG. 28 (b). It will be the normal reverse.

【0072】なお、本発明は前記各実施の形態及び実施
例に限定されるものではなく、例えば、次のように具体
化してもよい。 (1)振動子2を構成する部品の数を少なくするため、
図29に示すように、弾性体1にボス部1bと軸部1c
を一体に形成し、軸部1cに形成された雄ねじ1dにお
いて基台32に取付け可能とする。この場合、両圧電体
3,4を挟持する弾性体を締め付けるボルト、ナット及
びワッシャが不要となるとともに、弾性体も1個省略で
きる。
The present invention is not limited to the above-mentioned respective embodiments and examples, and may be embodied as follows, for example. (1) To reduce the number of parts that make up the vibrator 2,
As shown in FIG. 29, the elastic body 1 has a boss portion 1b and a shaft portion 1c.
Are integrally formed, and can be attached to the base 32 by the male screw 1d formed on the shaft portion 1c. In this case, bolts, nuts and washers for tightening the elastic body that holds the piezoelectric bodies 3 and 4 are not necessary, and one elastic body can be omitted.

【0073】(2)振動子の軸方向と平行な中心面を境
にして配置された第1及び第2の圧電体3,4を構成す
る圧電素子3a,3b,4a,4bを、図30(a),
(b)に示すように左右方向(x方向)に分割して配置
したり、図31(a),(b)に示すように前後方向
(z方向)に分割して配置してもよい。また、x方向及
びz方向の両方向に複数ずつ配置してもよい。
(2) The piezoelectric elements 3a, 3b, 4a and 4b forming the first and second piezoelectric bodies 3 and 4 arranged with the center plane parallel to the axial direction of the vibrator as a boundary are shown in FIG. (A),
It may be arranged by dividing it in the left-right direction (x direction) as shown in (b) or by dividing it in the front-rear direction (z direction) as shown in FIGS. 31 (a) and 31 (b). Also, a plurality of them may be arranged in both the x direction and the z direction.

【0074】(3)第1の圧電体3と第2の圧電体4と
を構成する圧電素子の形状は同一形状のものに限らず、
異なる形状のものを使用してもよい。ただし、その際、
圧電素子の厚さは両圧電体3,4で同じ方がよい。ま
た、第4の圧電体15と第5の圧電体16の場合も同様
に異なる形状のものを使用してもよい。
(3) The piezoelectric elements forming the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4 are not limited to the same shape,
Different shapes may be used. However, at that time,
It is preferable that the piezoelectric elements 3 and 4 have the same thickness. Also, in the case of the fourth piezoelectric body 15 and the fifth piezoelectric body 16, different shapes may be used as well.

【0075】(4)振動子2の形状は、円柱状や四角柱
状に限らず、様々な形状を採用できる。例えば、弾性体
1として平面形状が正三角形、正六角形、正八角形等の
線対称のものを使用し、第1の圧電体3及び第2の圧電
体4等として対応するリング形状の圧電素子を半割とし
た形状のものを使用する。
(4) The shape of the vibrator 2 is not limited to a cylindrical shape or a quadrangular prism shape, and various shapes can be adopted. For example, as the elastic body 1, a plane-symmetric one having a regular triangle, a regular hexagon, a regular octagon or the like is used, and the corresponding ring-shaped piezoelectric elements are used as the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4. Use a half-cut shape.

【0076】(5)第1の圧電体3、第2の圧電体4、
第4の圧電体15及び第5の圧電体16をそれぞれ構成
する圧電素子を1対ではなく2対以上積層してもよい。
この場合変位が拡大する。
(5) The first piezoelectric body 3, the second piezoelectric body 4,
The piezoelectric elements forming the fourth piezoelectric body 15 and the fifth piezoelectric body 16 may be laminated in two or more pairs instead of one pair.
In this case, the displacement increases.

【0077】(6)第5〜第7の実施の形態では振動子
2をアクチュエータとして利用する際、移動体8の方向
転換を駆動印加電圧の位相差の変更により行うこととし
て説明したが、移動体8に対して当接する2個の突起T
a,Tbを備えた振動子2を使用して、第1の圧電体3
及び第2の圧電体4への印加電圧の供給切り換えにより
移動方向の転換を行う構成としてもよい。
(6) In the fifth to seventh embodiments, when the vibrator 2 is used as an actuator, the direction of the moving body 8 is changed by changing the phase difference of the drive applied voltage. Two protrusions T that contact the body 8
Using the vibrator 2 including a and Tb, the first piezoelectric body 3
Alternatively, the moving direction may be changed by switching the supply of the voltage applied to the second piezoelectric body 4.

【0078】(7)振動子2をアクチュエータとして使
用する場合、例えば図32に示すように、複数の振動子
2を支持体35上に1列に固定し、各振動子2の先端面
が走行面36と当接する状態で走行面36上に載置し
て、自走式のアクチュエータ37を構成してもよい。こ
の場合、各振動子2の第1の圧電体3はアンプ27,フ
ェイズシフタ28を介して2相発振器29に接続され、
第2の圧電体4はアンプ27を介して2相発振器29に
接続される。そして、第1の圧電体3と第2の圧電体4
とに位相差を有する印加電圧を供給すると、アクチュエ
ータ37は図32の右側あるいは左側へ移動し、その移
動方向は位相差を例えば+90°と−90°に変更する
ことにより方向転換される。
(7) When the vibrators 2 are used as actuators, for example, as shown in FIG. 32, a plurality of vibrators 2 are fixed in a row on the support 35, and the tip surfaces of the vibrators 2 run. The self-propelled actuator 37 may be configured by being placed on the traveling surface 36 in a state of being in contact with the surface 36. In this case, the first piezoelectric body 3 of each vibrator 2 is connected to the two-phase oscillator 29 via the amplifier 27 and the phase shifter 28,
The second piezoelectric body 4 is connected to the two-phase oscillator 29 via the amplifier 27. Then, the first piezoelectric body 3 and the second piezoelectric body 4
When an applied voltage having a phase difference is supplied to and, the actuator 37 moves to the right side or the left side in FIG. 32, and the moving direction is changed by changing the phase difference to + 90 ° and −90 °, for example.

【0079】(8)第5〜第6の実施の形態のアクチュ
エータを構成する振動子2として、第2〜第6実施例の
構成の振動子2を使用してもよい。第3及び第4実施例
の構成とした場合は、支持フレーム19が基台32を兼
用でき、構成が簡単となる。
(8) The vibrators 2 having the configurations of the second to sixth examples may be used as the vibrator 2 constituting the actuators of the fifth to sixth embodiments. In the case of the configurations of the third and fourth embodiments, the support frame 19 can also serve as the base 32, which simplifies the configuration.

【0080】前記各実施の形態及び実施例等から把握で
きる請求項記載以外の発明について、以下にその効果と
共に記載する。 (1)請求項1又は請求項2に記載の振動子と、その振
動子を構成する第1及び第2の圧電体への印加電圧の位
相差を±90°又はその近辺で切換可能とした電源部を
備えた超音波アクチュエータ。この場合、印加電圧の位
相差を±90°又はその近辺で切り換えるという簡単な
構成で容易に移動体の移動方向を転換できる。
Inventions other than those described in the claims that can be understood from the respective embodiments and examples will be described below along with their effects. (1) The oscillator according to claim 1 or 2 and the phase difference between the voltages applied to the first and second piezoelectric bodies constituting the oscillator can be switched within ± 90 ° or in the vicinity thereof. Ultrasonic actuator with a power supply. In this case, the moving direction of the moving body can be easily changed with a simple configuration in which the phase difference of the applied voltage is switched at ± 90 ° or in the vicinity thereof.

【0081】(2)請求項3に記載の振動子と、その振
動子を構成する第1及び第2の圧電体と、第4及び第5
の圧電体とに駆動電圧を印加するとともに印加電圧の位
相差を±90°又はその近辺で切換可能とした変更可能
な電源部を備えた超音波アクチュエータ。この場合、印
加電圧の位相差を±90°又はその近辺で切り換えると
いう簡単な構成で容易に移動体の移動方向を4方向に変
更できる。
(2) The vibrator according to claim 3, first and second piezoelectric bodies constituting the vibrator, and fourth and fifth
An ultrasonic actuator including a changeable power supply unit capable of applying a drive voltage to the piezoelectric body and switching the phase difference of the applied voltage at ± 90 ° or in the vicinity thereof. In this case, the moving direction of the moving body can be easily changed to four directions with a simple configuration in which the phase difference of the applied voltage is switched at or around ± 90 °.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1〜請求項
5に記載の発明によれば、振動子の形状の限定が少なく
大きな推力が得られる。また、移動体の移動方向の転換
を容易に行うことができる。
As described in detail above, according to the invention described in claims 1 to 5, a large thrust can be obtained with less limitation on the shape of the vibrator. In addition, it is possible to easily change the moving direction of the moving body.

【0083】請求項2に記載の発明によれば、第3の圧
電体の存在により変位が増大する。請求項3に記載の発
明によれば、移動体の移動方向を直交する4方向(例え
ば、前後左右の4方向)に変更することができる。
According to the second aspect of the invention, the displacement increases due to the presence of the third piezoelectric body. According to the invention described in claim 3, the moving direction of the moving body can be changed to four directions orthogonal to each other (for example, four directions of front, rear, left and right).

【0084】請求項4に記載の発明によれば、振動子の
部品点数が少なくなる。請求項5に記載の発明によれ
ば、振動子を構成する弾性体及び圧電素子の固定を確実
にでき、圧電素子に生じる伸縮振動による力が偶力の回
転モーメントを発生させ易くなる。
According to the invention described in claim 4, the number of parts of the vibrator is reduced. According to the fifth aspect of the present invention, the elastic body and the piezoelectric element forming the vibrator can be reliably fixed, and the force due to the stretching vibration generated in the piezoelectric element easily causes the rotational moment of the couple.

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

【図1】(a)は振動子先端の変位を示す模式図、
(b)は変位の楕円軌跡の模式図。
FIG. 1A is a schematic diagram showing displacement of a tip of a vibrator,
(B) is a schematic diagram of an elliptic locus of displacement.

【図2】第1の実施の形態の振動子の模式断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the vibrator according to the first embodiment.

【図3】(a)は位相差90°の駆動電圧と変位を示す
線図、(b)は位相差−90°の駆動電圧と変位を示す
線図。
FIG. 3A is a diagram showing a drive voltage and a displacement having a phase difference of 90 °, and FIG. 3B is a diagram showing a drive voltage and a displacement having a phase difference of −90 °.

【図4】別の振動子の模式断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of another vibrator.

【図5】圧電素子の変位の状態を示す模式図。FIG. 5 is a schematic diagram showing a state of displacement of a piezoelectric element.

【図6】同じく振動子先端弾性体突部の変位の状態を示
す模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the state of displacement of the vibrator tip elastic body projection in the same manner.

【図7】同じく移動体の移動状態を示す模式図。FIG. 7 is a schematic diagram showing a moving state of the moving body.

【図8】第2の実施の形態の振動子の模式断面図。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the vibrator according to the second embodiment.

【図9】同じく作用を説明する模式図。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the same operation.

【図10】第3の実施の形態の振動子の模式断面図。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a vibrator according to a third embodiment.

【図11】同じく作用を説明する模式図。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the same operation.

【図12】第4の実施の形態の振動子の上面図。FIG. 12 is a top view of the vibrator according to the fourth embodiment.

【図13】同じく(a)は図12のY視図、(b)は図
12のX視図。
13 (a) is a Y view of FIG. 12, and FIG. 13 (b) is an X view of FIG.

【図14】同じく(a)は別の振動子の模式斜視図、
(b)はC′視側面図。
FIG. 14A is a schematic perspective view of another vibrator, FIG.
(B) is a side view seen from C ′.

【図15】第5の実施の形態の振動子を用いたアクチュ
エータの模式図。
FIG. 15 is a schematic diagram of an actuator using the vibrator according to the fifth embodiment.

【図16】第6の実施の形態の振動子を用いたアクチュ
エータの模式図。
FIG. 16 is a schematic diagram of an actuator using the vibrator according to the sixth embodiment.

【図17】第7の実施の形態の振動子を用いたアクチュ
エータの模式断面図。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of an actuator using the vibrator according to the seventh embodiment.

【図18】図17のZ−Z線断面図。18 is a sectional view taken along line ZZ of FIG.

【図19】同じく図17の概略分解斜視図。FIG. 19 is a schematic exploded perspective view of FIG.

【図20】第1実施例の振動子の概略図。FIG. 20 is a schematic diagram of a vibrator according to the first embodiment.

【図21】同じく(a)は圧電素子の斜視図、(b)は
電極板の斜視図、(c)は弾性体の斜視図。
21A is a perspective view of a piezoelectric element, FIG. 21B is a perspective view of an electrode plate, and FIG. 21C is a perspective view of an elastic body.

【図22】比較例の振動子の側面図。FIG. 22 is a side view of a vibrator of a comparative example.

【図23】(a)は第2実施例の振動子の側面図、
(b)は圧電素子の斜視図。
FIG. 23A is a side view of the vibrator according to the second embodiment,
(B) is a perspective view of a piezoelectric element.

【図24】第3実施例の振動子の側面図。FIG. 24 is a side view of the vibrator according to the third embodiment.

【図25】第4実施例の振動子の側面図。FIG. 25 is a side view of the vibrator according to the fourth embodiment.

【図26】同じく弾性体の斜視図。FIG. 26 is a perspective view of the same elastic body.

【図27】第5実施例の振動子の側面図。FIG. 27 is a side view of the vibrator according to the fifth embodiment.

【図28】(a)は第6実施例の振動子の側面図、
(b)は正面図。
28A is a side view of the vibrator of the sixth embodiment, FIG.
(B) is a front view.

【図29】変更例の振動子の断面図。FIG. 29 is a cross-sectional view of a vibrator of a modified example.

【図30】(a)は別の変更例の振動子の斜視図、
(b)は側面図。
FIG. 30 (a) is a perspective view of a vibrator according to another modification,
(B) is a side view.

【図31】(a)は別の変更例の振動子の斜視図、
(b)は側面図。
FIG. 31A is a perspective view of a vibrator of another modification,
(B) is a side view.

【図32】自走式アクチュエータの概略側面図。FIG. 32 is a schematic side view of a self-propelled actuator.

【図33】従来装置の概略斜視図。FIG. 33 is a schematic perspective view of a conventional device.

【図34】(a)は別の従来装置の斜視図、(b)はさ
らに別の従来装置の分解斜視図。
34A is a perspective view of another conventional device, and FIG. 34B is an exploded perspective view of another conventional device.

【図35】従来装置の作用を説明する模式図。FIG. 35 is a schematic diagram illustrating the operation of a conventional device.

【図36】(a)は振動子に生じる曲線閉路の軌跡の模
式図、(b)は振動子に生じる曲線閉路の軌跡の模式
図、(c)は振動子に生じる曲線閉路の軌跡の模式図。
FIG. 36A is a schematic diagram of a trajectory of a curved circuit closed on the oscillator, FIG. 36B is a schematic diagram of a trajectory of a curved circuit closed on the oscillator, and FIG. 36C is a schematic diagram of a trajectory of a curved circuit closed on the oscillator. Fig.

【図37】曲線閉路の軌跡の模式図。FIG. 37 is a schematic diagram of a locus of a curved circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…弾性体、2…振動子、3…第1の圧電体、4…第2
の圧電体、3a,3b.4a,4b…圧電素子、5…締
結具、6a,6b,11,17a,17b…電極板、9
…第3の圧電体、12…第1圧電素子、13…第2圧電
素子、14…第3圧電素子、15…第4の圧電体、16
…第5の圧電体。
1 ... Elastic body, 2 ... Oscillator, 3 ... First piezoelectric body, 4 ... Second
Piezoelectric body, 3a, 3b. 4a, 4b ... Piezoelectric element, 5 ... Fasteners, 6a, 6b, 11, 17a, 17b ... Electrode plate, 9
... third piezoelectric body, 12 ... first piezoelectric element, 13 ... second piezoelectric element, 14 ... third piezoelectric element, 15 ... fourth piezoelectric body, 16
... Fifth piezoelectric body.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 伸縮振動を呈する圧電素子により構成さ
れる超音波アクチュエータ用振動子であって、 第1の方向に対して圧電素子を少なくとも2層に配置
し、そのうちの少なくとも2層の圧電素子を、前記第1
の方向と平行な面を境にして第1の圧電体と第2の圧電
体とに分割して配置するとともに、第1の圧電体と第2
の圧電体はそれぞれ前記第1の方向と直交する面を境に
して互いに異なる側にそれぞれの分極方向が前記第1の
方向と平行で互いに逆方向となる圧電素子で構成されて
いることを特徴とする超音波アクチュエータ用振動子。
1. A vibrator for an ultrasonic actuator comprising a piezoelectric element exhibiting stretching vibration, wherein the piezoelectric element is arranged in at least two layers in the first direction, and at least two layers of the piezoelectric elements are arranged. The first
And is divided into a first piezoelectric body and a second piezoelectric body with a plane parallel to the first piezoelectric body and the second piezoelectric body being arranged.
Of the piezoelectric elements are composed of piezoelectric elements whose polarization directions are parallel to the first direction and opposite to each other on different sides with a surface orthogonal to the first direction as a boundary. An ultrasonic actuator transducer.
【請求項2】 前記第1の方向と直交する状態でかつ前
記第1の圧電体及び第2の圧電体と対向可能に圧電素子
で構成される第3の圧電体が配置され、該第3の圧電体
は前記第1の方向と直交する面を境にして互いに異なる
側にそれぞれの分極方向が前記第1の方向と平行で互い
に逆方向となる少なくとも2層の圧電素子で構成されて
いる請求項1に記載の超音波アクチュエータ用振動子。
2. A third piezoelectric body composed of a piezoelectric element is arranged so as to face the first piezoelectric body and the second piezoelectric body in a state orthogonal to the first direction, and the third piezoelectric body is arranged. Of the piezoelectric body is composed of at least two layers of piezoelectric elements whose polarization directions are parallel to the first direction and opposite to each other on different sides with a surface orthogonal to the first direction as a boundary. The oscillator for an ultrasonic actuator according to claim 1.
【請求項3】 前記第1の方向が振動子の軸方向であ
り、該第1の方向と平行な振動子の中心面を境にして前
記第1の圧電体と第2の圧電体とを分割して配置し、振
動子の中心軸を基準として前記第1の圧電体と第2の圧
電体に対して90°位相をずらすとともに第1の圧電体
及び第2の圧電体と干渉しない位置に第4の圧電体と第
5の圧電体とが配置され、該第4の圧電体及び第5の圧
電体は前記第1の方向と直交する面を境にして互いに異
なる側にそれぞれの分極方向が前記第1の方向と平行で
互いに逆方向となる少なくとも2層の圧電素子で構成さ
れている請求項1に記載の超音波アクチュエータ用振動
子。
3. The first direction is an axial direction of a vibrator, and the first piezoelectric body and the second piezoelectric body are separated from each other with a center plane of the vibrator parallel to the first direction as a boundary. Positions which are divided and arranged so as to shift the phase by 90 ° with respect to the first piezoelectric body and the second piezoelectric body with respect to the central axis of the vibrator and which do not interfere with the first piezoelectric body and the second piezoelectric body. A fourth piezoelectric body and a fifth piezoelectric body are disposed in the first piezoelectric body and the fourth piezoelectric body and the fifth piezoelectric body are polarized on different sides with respect to a plane orthogonal to the first direction. The ultrasonic actuator vibrator according to claim 1, comprising at least two layers of piezoelectric elements whose directions are parallel to the first direction and opposite to each other.
【請求項4】 伸縮振動を呈する圧電素子により構成さ
れる超音波アクチュエータ用振動子であって、 第1の方向と平行な面を境にして両側にそれぞれ第1の
圧電素子と第2の圧電素子とがそれぞれ少なくとも1個
ずつ配置され、前記第1の方向と直交する状態でかつ該
第1の圧電素子及び第2の圧電素子と対向可能に第3の
圧電素子が配置され、第1の圧電素子及び第2の圧電素
子の分極方向と、第3の圧電素子の分極方向とは、前記
第1の方向と直交する面を境にして互いに異なる側に前
記第1の方向と平行で互いに逆方向となるように設定さ
れていることを特徴とする超音波アクチュエータ用振動
子。
4. A vibrator for an ultrasonic actuator, comprising a piezoelectric element exhibiting stretching vibration, wherein a first piezoelectric element and a second piezoelectric element are provided on both sides of a plane parallel to the first direction. At least one element is arranged respectively, and a third piezoelectric element is arranged so as to face the first piezoelectric element and the second piezoelectric element in a state orthogonal to the first direction, and The polarization directions of the piezoelectric element and the second piezoelectric element and the polarization direction of the third piezoelectric element are parallel to the first direction and are on different sides with respect to a plane orthogonal to the first direction. A vibrator for an ultrasonic actuator, which is set so as to have opposite directions.
【請求項5】 前記振動子は前記各圧電素子が一組の弾
性体間に配置されるとともに、弾性体を貫通する締結具
により締め付け固定されている請求項1〜請求項4のい
ずれか1項に記載の超音波アクチュエータ用振動子。
5. The vibrator according to claim 1, wherein each of the piezoelectric elements is arranged between a pair of elastic bodies, and is fixed by a fastener penetrating the elastic bodies. The ultrasonic actuator transducer according to the item.
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