JPH0998590A - Oscillation actuator - Google Patents

Oscillation actuator

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JPH0998590A
JPH0998590A JP8184769A JP18476996A JPH0998590A JP H0998590 A JPH0998590 A JP H0998590A JP 8184769 A JP8184769 A JP 8184769A JP 18476996 A JP18476996 A JP 18476996A JP H0998590 A JPH0998590 A JP H0998590A
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JP
Japan
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vibration
elastic body
relative motion
rigidity
support member
Prior art date
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JP8184769A
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Japanese (ja)
Inventor
Daisuke Satani
大助 佐谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the driving efficiency by providing an elastic body with a supporting member having stiffness in the amplitude direction of second oscillation mode higher than that of first oscillation mode. SOLUTION: The oscillation actuator comprises a planar elastic body 11 for urging piezoelectric elements 12a, 12b against one plane 11a, and a relative movement member coming into pressure contact with the other plane 11b of elastic body 11. Supporting members 15a, 15b having stiffness in the direction of pressurization higher than that in the direction of relative movement are provided on the side face of elastic body 11 and then the piezoelectric elements 12a, 12b are oscillated to generate relative movement between the elastic body 11 and relative movement member. This structure enhances the driving efficiency and long term efficiency.

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、例えば圧電素子等
の電気機械変換素子を接合された弾性体に複数の振動モ
ードを調和的に発生させて、弾性体に加圧接触される相
対運動部材との間で相対運動を生じる振動アクチュエー
タに属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a relative motion member that pressurizes and contacts an elastic body by harmonically generating a plurality of vibration modes in an elastic body to which an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element is bonded. Belongs to a vibration actuator that produces relative motion between and.

【0002】[0002]

【従来の技術】弾性体の表面に例えば圧電素子,電歪素
子ないしは磁歪素子等からなる電気機械変換素子を例え
ば接着により接合し、この電気機械変換素子に駆動電圧
を印加することにより弾性体に複数の振動モードを調和
的に発生させ、弾性体表面に楕円運動を発生させること
により、弾性体に加圧接触される相対運動部材との間で
相対運動を生じる振動アクチュエータが知られている。
2. Description of the Related Art An electromechanical transducer such as a piezoelectric element, an electrostrictive element or a magnetostrictive element is bonded to the surface of an elastic body by, for example, bonding, and a driving voltage is applied to the electromechanical transducer to apply a drive voltage to the elastic body. 2. Description of the Related Art There is known a vibration actuator that generates a plurality of vibration modes in harmony and generates an elliptical motion on the surface of an elastic body, thereby causing relative movement between the elastic body and a relative motion member that is brought into pressure contact with the elastic body.

【0003】この種の振動アクチュエータについて、例
えば「光ピックアップ移動を目的とした圧電リニア・モ
ータ」(富川義郎他:第5回電磁力関連のダイナミック
シンポジウム講演論文集,第393頁〜第398頁)に
は、その構成と負荷特性とが報告されている。
Regarding this type of vibration actuator, for example, "piezoelectric linear motor for moving optical pickup" (Yoshiro Tomikawa et al .: Proc. Of the 5th Dynamic Symposium on Electromagnetic Force, pp. 393-398) , Its configuration and load characteristics are reported.

【0004】図10は、この振動アクチュエータの構成
及び支持構造を示す略式断面図である。同図に示すよう
に、矩形平板状の弾性体基礎部1aの一方の表面には、
圧電素子2が4枚貼付されている。圧電素子2a,2b
は電気エネルギーを機械エネルギーに変換する駆動用圧
電素子であり、一方、圧電素子2c,2dは発生する変
位を電気エネルギーに変換して外部に出力するための振
動モニタ用圧電素子である。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing the structure and support structure of this vibration actuator. As shown in the figure, on one surface of the rectangular flat plate-shaped elastic body base portion 1a,
Four piezoelectric elements 2 are attached. Piezoelectric elements 2a, 2b
Is a driving piezoelectric element for converting electric energy into mechanical energy, while piezoelectric elements 2c and 2d are vibration monitoring piezoelectric elements for converting generated displacement into electric energy and outputting the same to the outside.

【0005】また、弾性体基礎部1aのもう一方の平面
であって弾性体に生じる屈曲振動の腹となる位置には、
突起状に駆動力取出部1b,1cが設けられており、相
対運動部材5に加圧された状態で接触している。
At the position on the other plane of the elastic base portion 1a, which is the antinode of the bending vibration generated in the elastic body,
The driving force extracting portions 1b and 1c are provided in a protruding shape and are in contact with the relative motion member 5 in a pressurized state.

【0006】ここで、駆動用圧電素子2a,2bに図示
しない駆動電圧発生装置から駆動電圧を印加すると、弾
性体基礎部1aには縦振動及び屈曲振動が発生する。こ
のような振動発生時に縦振動及び屈曲振動の共通の節と
なる弾性体1の長手方向中央部には、バネ3a等を利用
した付勢機構3が固定面4を介して取りつけられてお
り、弾性体1を駆動力取出部1b,1cを介して相対運
動部材5に付勢する。
Here, when a driving voltage is applied to the driving piezoelectric elements 2a and 2b from a driving voltage generator (not shown), longitudinal vibration and bending vibration are generated in the elastic base portion 1a. A biasing mechanism 3 using a spring 3a or the like is attached via a fixing surface 4 to the central portion in the longitudinal direction of the elastic body 1 which serves as a common node for longitudinal vibration and bending vibration when such vibration occurs. The elastic body 1 is urged to the relative movement member 5 via the driving force output portions 1b and 1c.

【0007】弾性体1に発生する縦振動1次モードと屈
曲振動4次モードとの固有振動数は非常に近似した値で
発生する。そのため、駆動力取出部1b,1cの先端部
(相対運動部材5との接触面側)は楕円状に変位し、相
対運動部材5との間で相対運動を発生する。
The natural frequencies of the first-order mode of longitudinal vibration and the fourth-order mode of flexural vibration generated in the elastic body 1 are very similar in value. Therefore, the tips of the driving force output portions 1b and 1c (on the side of the contact surface with the relative motion member 5) are displaced in an elliptical shape, and a relative motion is generated with the relative motion member 5.

【0008】このように、弾性体1と相対運動部材5と
の間で相対運動を生じるためには、弾性体1を相対運動
部材5に加圧する必要がある。従来は、弾性体1に生じ
る複数の振動モードの減衰をできるだけ少なくするた
め、圧電素子2a,2bを付勢機構3により直接付勢す
るのではなく、付勢機構3と弾性体1との間に例えばフ
ェルト等からなる緩衝材6を介在させ、この緩衝材6を
付勢していた。
As described above, in order to cause the relative motion between the elastic body 1 and the relative motion member 5, it is necessary to press the elastic body 1 against the relative motion member 5. Conventionally, in order to reduce the attenuation of a plurality of vibration modes generated in the elastic body 1 as much as possible, the piezoelectric elements 2a and 2b are not directly urged by the urging mechanism 3, but the piezoelectric elements 2a and 2b are not directly urged by the urging mechanism 3 and the elastic body 1. The cushioning material 6 made of, for example, felt is interposed between the cushioning material 6 and the cushioning material 6 and is urged.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図10に示す
振動アクチュエータの支持構造では、緩衝材6を介して
いても弾性体1に生じる振動を減衰させないことは難し
く、振動アクチュエータの駆動効率の向上を阻害する原
因の一つになっていた。
However, in the vibration actuator support structure shown in FIG. 10, it is difficult not to damp the vibration generated in the elastic body 1 even though the cushioning material 6 is interposed, and the drive efficiency of the vibration actuator is improved. Had become one of the causes of inhibiting.

【0010】また、緩衝材6の耐候性が不十分であった
り、経年劣化により変質し、付勢のための加圧力の設定
条件が変動してしまい、振動アクチュエータの信頼性が
経時的に低下するという問題あった。
Further, the weather resistance of the cushioning material 6 is insufficient, or it deteriorates due to deterioration over time, so that the setting conditions of the pressing force for urging change, and the reliability of the vibration actuator deteriorates over time. There was a problem of doing.

【0011】さらに、図10に示す支持構造により弾性
体1を支持すると、弾性体1は加圧力Fにより撓む。図
11は、加圧時の弾性体1に生じる撓みの状況を示す説
明図である。加圧力Fが弾性体基礎部1aの長手方向の
中央部に作用するため、弾性体基礎部1aは同図に実線
で示すように撓んで変形する。
Further, when the elastic body 1 is supported by the supporting structure shown in FIG. 10, the elastic body 1 is bent by the pressing force F. FIG. 11 is an explanatory diagram showing a state of bending that occurs in the elastic body 1 during pressurization. Since the pressing force F acts on the central portion of the elastic body base portion 1a in the longitudinal direction, the elastic body base portion 1a is bent and deformed as shown by the solid line in FIG.

【0012】ところで、振動アクチュエータが発生する
駆動力は、加圧力と動摩擦係数との積で決定するため、
駆動力を大きくしたい場合には加圧力Fを大きくする。
しかし、加圧力Fを大きくすると、図11に示すよう
に、弾性体1aに生じる撓み変形は大きくなり、駆動力
取出部1b,1cと相対運動部材5との接触面積が減少
する。
By the way, since the driving force generated by the vibration actuator is determined by the product of the pressing force and the dynamic friction coefficient,
When it is desired to increase the driving force, the pressing force F is increased.
However, when the pressing force F is increased, as shown in FIG. 11, the flexural deformation generated in the elastic body 1a increases, and the contact area between the driving force extracting portions 1b and 1c and the relative motion member 5 decreases.

【0013】そのため、弾性体1と相対運動部材5との
摺動関係が不安定になり、速度むら等が発生する。ま
た、弾性体1及び相対運動部材5それぞれの摺動面にお
いて偏磨耗が発生し、振動アクチュエータの寿命の低下
をもたらすというおそれもあった。
As a result, the sliding relationship between the elastic body 1 and the relative motion member 5 becomes unstable, resulting in uneven speed. In addition, uneven wear may occur on the sliding surfaces of the elastic body 1 and the relative motion member 5, which may shorten the life of the vibration actuator.

【0014】このように、従来の振動アクチュエータに
は、駆動効率が低いこと,経時的な信頼性が低いこと,
速度むらが発生すること,または寿命が短いことといっ
た課題があった。
As described above, the conventional vibration actuator has low driving efficiency and low reliability over time.
There were problems such as uneven speed and short life.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、電気
機械変換素子を接合された弾性体と,弾性体に加圧接触
される相対運動部材とを備え、駆動電圧を印加して電気
機械変換素子を励振することにより、弾性体に、相対運
動部材との接触面と平行な方向に振動する第1振動モー
ドと、第1振動モードの振動方向と交差する方向に振動
する第2振動モードとを発生させて、弾性体と相対運動
部材との間に相対運動を行わせる運動を生じさせる振動
アクチュエータであって、弾性体に、第2振動モードの
振幅方向の剛性が第1振動モードの振幅方向の剛性より
も高い支持部材を設けることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an elastic body to which an electromechanical conversion element is joined, and a relative movement member which is brought into pressure contact with the elastic body. Excitation of the mechanical conversion element causes the elastic body to vibrate in a direction parallel to the contact surface with the relative motion member in a first vibration mode and a second vibration in a direction intersecting the vibration direction of the first vibration mode. A vibration actuator for generating a relative motion between the elastic body and the relative motion member, wherein the elastic body has a rigidity in the amplitude direction of the second vibration mode in the first vibration mode. Is provided with a support member having a rigidity higher than the rigidity in the amplitude direction.

【0016】請求項2の発明は、電気機械変換素子を接
合された直方体状の弾性体と,弾性体に加圧接触される
相対運動部材とを備え、駆動電圧を印加して電気機械変
換素子を励振することにより、弾性体に、相対運動部材
との接触面と平行な方向に振動する縦振動と縦振動の振
動方向と交差する方向へ屈曲する屈曲振動とを発生させ
て、弾性体と相対運動部材との間に相対運動を行わせる
運動を生じさせる振動アクチュエータであって、弾性体
と相対運動部材との接触面に略垂直な面に、屈曲振動の
振幅方向の剛性が縦振動の振幅方向の剛性よりも高い支
持部材を設けることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a rectangular parallelepiped elastic body to which the electromechanical conversion element is joined, and a relative movement member which is brought into pressure contact with the elastic body, and a drive voltage is applied to the electromechanical conversion element. By exciting the elastic body, longitudinal vibration that vibrates in a direction parallel to the contact surface with the relative motion member and bending vibration that bends in a direction intersecting the vibration direction of the longitudinal vibration are generated in the elastic body. A vibration actuator for causing a relative motion between a relative motion member and a member substantially vertical to a contact surface between an elastic body and the relative motion member, wherein the rigidity in the amplitude direction of the bending vibration is It is characterized in that a supporting member having a rigidity higher than that in the amplitude direction is provided.

【0017】請求項3の発明は、電気機械変換素子を接
合された直方体状の弾性体と,弾性体に加圧接触される
相対運動部材とを備え、駆動電圧を印加して電気機械変
換素子を励振することにより弾性体に、縦振動及び屈曲
振動を発生させて、弾性体と相対運動部材との間に相対
運動を生じさせる運動を発生させる振動アクチュエータ
であって、弾性体と相対運動部材との接触面に略垂直な
面に、屈曲振動の振幅方向の剛性が縦振動の振幅方向の
剛性よりも高い支持部材を設けることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a rectangular parallelepiped elastic body to which the electromechanical conversion element is joined, and a relative motion member that is brought into pressure contact with the elastic body, and a drive voltage is applied to the electromechanical conversion element. Is a vibration actuator that generates a longitudinal motion and a bending vibration in an elastic body by generating a vibration to generate a relative motion between the elastic body and the relative motion member. It is characterized in that a support member having rigidity in the amplitude direction of bending vibration higher than rigidity in the amplitude direction of longitudinal vibration is provided on a surface substantially perpendicular to the contact surface with.

【0018】請求項4の発明は、請求項3に記載された
振動アクチュエータにおいて、支持部材が、弾性体の面
であり、屈曲振動の節となる位置付近に設けられること
を特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the vibration actuator according to the third aspect, the support member is provided on the surface of the elastic body and near the position where the bending vibration occurs.

【0019】請求項5の発明は、請求項3に記載された
振動アクチュエータにおいて、支持部材が、弾性体に生
じる縦振動の固有振動数よりも、支持部材に生じる縦振
動と同方向に振動する振動の固有周波数が高いことを特
徴とする。
According to a fifth aspect of the invention, in the vibration actuator according to the third aspect, the supporting member vibrates in the same direction as the longitudinal vibration generated in the supporting member rather than the natural frequency of the longitudinal vibration generated in the elastic body. It is characterized by a high natural frequency of vibration.

【0020】請求項6の発明は、請求項3から請求項5
までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータに
おいて、支持部材が、弾性体に発生する屈曲振動の振幅
方向の剛性及び弾性体に発生する縦振動の振幅方向の剛
性が、ともに支持部材の形状及び/又は材質により調整
されることを特徴とする。
The invention of claim 6 is from claim 3 to claim 5.
In the vibration actuator described in any one of 1 to 3, the support member has a rigidity in the amplitude direction of the bending vibration generated in the elastic body and a rigidity in the amplitude direction of the longitudinal vibration generated in the elastic body, both of which are the shape of the support member. And / or the material is adjusted.

【0021】請求項7の発明は、請求項3から請求項5
までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータに
おいて、支持部材が、弾性体に生じる屈曲振動と同方向
に振動する振動の固有周波数が、支持部材の形状及び/
又は材質により調整されることを特徴とする。
The invention of claim 7 is from claim 3 to claim 5.
In the vibration actuator described in any one of (1) to (7) above, the natural frequency of vibration in which the support member vibrates in the same direction as the bending vibration generated in the elastic body is
Alternatively, it is adjusted according to the material.

【0022】請求項8の発明は、請求項3から請求項7
までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータに
おいて、支持部材の断面形状が、I形,楕円状形,T
形,逆T形又は矩形であることを特徴とする。
The invention of claim 8 is from claim 3 to claim 7.
In the vibration actuator described in any one of the items 1 to 3, the support member has a cross-sectional shape of I-shape, elliptical shape, T-shape.
It has a shape, an inverted T shape, or a rectangle.

【0023】請求項9の発明は、請求項3から請求項8
までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータに
おいて、支持部材が、弾性体に対して脱着自在に設けら
れることを特徴とする。
The invention of claim 9 is from claim 3 to claim 8.
In the vibration actuator described in any one of the above items, the support member is detachably attached to the elastic body.

【0024】請求項1から請求項9までのいずれかの発
明によれば、弾性体に生じる屈曲振動の節付近で弾性体
を支持するとともに、その支持には、第2振動モード
(屈曲振動)の振動方向の剛性を第1振動(縦振動)の
振動方向の剛性よりも高くした支持部材を用いるため、
弾性体の支持による振動減衰が抑制される。そのため、
駆動効率の低下が改善される。
According to the invention of any one of claims 1 to 9, the elastic body is supported near the node of the bending vibration generated in the elastic body, and the second vibration mode (bending vibration) is used for supporting the elastic body. Since a support member in which the rigidity in the vibration direction of is higher than the rigidity in the vibration direction of the first vibration (longitudinal vibration) is used,
Vibration damping due to the support of the elastic body is suppressed. for that reason,
The decrease in drive efficiency is improved.

【0025】また、弾性体の支持に緩衝材を用いる必要
がないため、経時的な信頼性が改善される。さらに、弾
性体の長手方向の中央部で弾性体を支持するのではない
ため弾性体に生じる撓みが低減され、速度むらや駆動力
取出部の偏磨耗が解消される。
Further, since it is not necessary to use a cushioning material for supporting the elastic body, the reliability with time is improved. Further, since the elastic body is not supported by the central portion in the longitudinal direction of the elastic body, the flexure caused in the elastic body is reduced, and uneven speed and uneven wear of the driving force take-out portion are eliminated.

【0026】[0026]

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

(第1の実施形態)以下、本発明の実施の形態を添付図
面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の各実施
形態の説明は、振動アクチュエータとして超音波の振動
域を利用した超音波アクチュエータを例にとって、行
う。
(First Embodiment) Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the following description of each embodiment will be given by taking an ultrasonic actuator that uses an ultrasonic vibration region as an example of the vibration actuator.

【0027】図1は、本発明の第1実施形態を示す斜視
図であり、図2は第1実施形態で用いる支持部材の断面
図であり、図3は本発明の第1実施形態で用いる弾性体
を抽出して示す斜視図であり、図4は弾性体に発生する
縦振動及び屈曲振動を経時的に示す説明図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a supporting member used in the first embodiment, and FIG. 3 is used in the first embodiment of the present invention. It is a perspective view which extracts and shows an elastic body, and FIG. 4 is explanatory drawing which shows the longitudinal vibration and bending vibration which generate | occur | produce in an elastic body over time.

【0028】図1及び図3に示すように、第1実施形態
で用いる超音波アクチュエータとしては、電気機械変換
素子12を接合される弾性体11と,弾性体11に加圧
接触される相対運動部材(図示しない)とを備え、駆動
電圧を印加して電気機械変換素子12を励振することに
より、弾性体11に、相対運動部材との接触面と平行な
方向に振動する第1振動モード(縦振動)と、第1振動
モードの振動方向と交差する方向に振動する第2振動モ
ード(屈曲振動)との合成振動であって、弾性体11と
相対運動部材との間に相対運動を行わせる運動を生じさ
せる超音波アクチュエータ10を用いた。
As shown in FIGS. 1 and 3, as the ultrasonic actuator used in the first embodiment, the elastic body 11 to which the electromechanical conversion element 12 is joined and the relative movement to be brought into pressure contact with the elastic body 11 are used. A first vibration mode in which the elastic body 11 vibrates in a direction parallel to the contact surface with the relative motion member by exciting the electromechanical conversion element 12 by applying a drive voltage (not shown). (Longitudinal vibration) and a second vibration mode (flexural vibration) that vibrates in a direction intersecting the vibration direction of the first vibration mode, and performs relative motion between the elastic body 11 and the relative motion member. An ultrasonic actuator 10 that produces a moving motion was used.

【0029】すなわち、第1実施形態の超音波アクチュ
エータ10は、矩形平板状の弾性体11と、弾性体11
の一方の平面11aに接着されて接合された4枚の圧電
素子12a,12b,12c,12dと、弾性体11の
他方の平面11bに幅方向に設けられた駆動力取出部1
3a,13bとを備える。
That is, the ultrasonic actuator 10 of the first embodiment has a rectangular flat plate-like elastic body 11 and an elastic body 11.
The four piezoelectric elements 12a, 12b, 12c, 12d adhered and joined to one flat surface 11a, and the driving force extracting portion 1 provided in the other flat surface 11b of the elastic body 11 in the width direction.
3a, 13b.

【0030】弾性体11は、金属又はプラスチック等の
弾性部材から矩形平板状に成形されて構成される。圧電
素子12は、例えばPZTにより薄板状に形成される。
圧電素子12a,12bは、電気エネルギーを機械エネ
ルギーに変換する駆動用圧電素子であり、図示しない駆
動電圧発生装置から電気的に位相が(π/2)だけ異な
る交流電圧が印加される。
The elastic body 11 is formed by molding an elastic member such as metal or plastic into a rectangular flat plate shape. The piezoelectric element 12 is formed in a thin plate shape by PZT, for example.
The piezoelectric elements 12a and 12b are driving piezoelectric elements that convert electric energy into mechanical energy, and AC voltages that are electrically different in phase by (π / 2) are applied from a drive voltage generator (not shown).

【0031】一方、圧電素子12p,12p’は、弾性
体11に発生する振動状態をモニタするための振動モニ
タ用圧電素子であり、制御回路に接続される。なお、弾
性体11本体は、一般的にGND電位に接続されるが、
その場合の電極(共通電極)12gは、弾性体11にリ
ード線を半田付けするか、又は図3に示すように、リー
ド線のついた金属箔を弾性体11に接着するといった手
段で構成する。
On the other hand, the piezoelectric elements 12p and 12p 'are vibration monitoring piezoelectric elements for monitoring the vibration state generated in the elastic body 11, and are connected to the control circuit. The body of the elastic body 11 is generally connected to the GND potential,
In that case, the electrode (common electrode) 12g is configured by means of soldering a lead wire to the elastic body 11 or by adhering a metal foil with a lead wire to the elastic body 11 as shown in FIG. .

【0032】突起状に形成された駆動力取出部13a,
13bは、本実施形態では、駆動効率の観点から、弾性
体11に生じる屈曲振動の腹となる位置に設けられる。
駆動力取出部13a,13bは、本実施形態では弾性体
11と一体に形成したが、別部品として組み立ててもよ
い。
The driving force take-out portion 13a formed in the shape of a protrusion,
In the present embodiment, 13b is provided at a position serving as an antinode of bending vibration generated in the elastic body 11 from the viewpoint of driving efficiency.
Although the driving force output portions 13a and 13b are formed integrally with the elastic body 11 in this embodiment, they may be assembled as separate parts.

【0033】さらに、駆動力取出部13a,13bの底
面(相対運動部材との接触面)には、相対運動部材との
摺動状態を安定させるための摺動材14a,14bが貼
付される。
Furthermore, sliding members 14a and 14b for stabilizing the sliding state with the relative motion member are attached to the bottom surfaces (contact surfaces with the relative motion member) of the driving force output portions 13a and 13b.

【0034】ここで、図4を参照しながら、本実施形態
の超音波アクチュエータ10の動作原理を経時的に説明
する。図4(A)は、超音波アクチュエータ10に入力
される2相の高周波電圧A,Bの時間的変化を時間t1
〜時間t9 で示す。図4(A)の横軸は、高周波電圧の
実効値を示す。図4(B)は、超音波アクチュエータ1
0の断面の変形の様子を示し、超音波アクチュエータ1
0に発生する屈曲振動の時間的変化(t1 〜t9 )を示
す。図4(C)は、超音波アクチュエータ10の断面の
変形の様子を示し、超音波アクチュエータ10に発生す
る縦振動の時間的変化(t1 〜t9 )を示す。図4
(D)は、超音波アクチュエータ10の駆動力取出部1
3a,13bに発生する楕円運動の時間的変化(t1
9 )を示す。
Here, the operating principle of the ultrasonic actuator 10 of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows the time change of the two-phase high-frequency voltages A and B input to the ultrasonic actuator 10 at time t 1.
It is shown by the ~ time t 9. The horizontal axis of FIG. 4A indicates the effective value of the high frequency voltage. FIG. 4B shows the ultrasonic actuator 1.
0 shows the deformation of the cross section of the ultrasonic actuator 1.
0 to bending temporal change in vibration generated indicating the (t 1 ~t 9). FIG. 4C shows how the cross section of the ultrasonic actuator 10 is deformed, and shows the temporal change (t 1 to t 9 ) of the longitudinal vibration generated in the ultrasonic actuator 10. FIG.
(D) is a driving force extraction unit 1 of the ultrasonic actuator 10.
3a, 13b elliptic movements over time (t 1 ~
t 9 ) is shown.

【0035】次に、本実施例の超音波アクチュエータ1
0の動作を、時間的変化(t1 〜t9 )ごとに説明す
る。時間t1 において、図4(A)に示すように、高周
波電圧Aは正の電圧を発生し、同様に高周波電圧Bは同
一の正の電圧を発生する。図4(B)に示すように、高
周波電圧A,Bによる屈曲運動は互いに打ち消し合い、
質点Y1と質点Z1とが振幅零となる。また、図4
(C)に示すように、高周波電圧A,Bによる縦振動は
伸張する方向に発生する。質点Y2と質点Z2とは矢印
で示されるように、節Xを中心にして最大の伸長を示
す。その結果、図4(D)に示すように、上記両振動が
複合され、質点Y1と質点Y2との運動の合成が質点Y
の運動となり、また、質点Z1と質点Z2との運動の合
成が質点Zの運動となる。
Next, the ultrasonic actuator 1 of this embodiment
The operation of 0 will be described for each time change (t 1 to t 9 ). At time t 1 , the high frequency voltage A generates a positive voltage and the high frequency voltage B also generates the same positive voltage as shown in FIG. 4 (A). As shown in FIG. 4 (B), the bending motions due to the high frequency voltages A and B cancel each other out,
The masses Y1 and Z1 have zero amplitude. Also, FIG.
As shown in (C), the longitudinal vibration due to the high frequency voltages A and B is generated in the extending direction. The mass points Y2 and Z2 show the maximum elongation around the node X, as indicated by the arrows. As a result, as shown in FIG. 4 (D), both of the above-mentioned vibrations are combined, and the movement of the mass points Y1 and Y2 is synthesized by the mass point Y.
And the combination of the motions of the mass points Z1 and Z2 becomes the motion of the mass point Z.

【0036】時間t2 において、図4(A)に示すよう
に、高周波電圧Bは零となり、高周波電圧Aは正の電圧
を発生する。図4(B)に示すように、高周波電圧Aに
よる屈曲運動が発生し、質点Y1が正方向に振幅し、質
点Z1が負方向に振幅する。また、図4(C)に示すよ
うに、高周波電圧Aによる縦振動が発生し、質点Y2と
質点Z2とが時間t1 のときよりも縮む。その結果、図
4(D)に示すように、上記両振動が複合され、質点Y
と質点Zとが時間t1 のときよりも左回りに移動する。
At time t 2 , the high frequency voltage B becomes zero and the high frequency voltage A generates a positive voltage as shown in FIG. 4 (A). As shown in FIG. 4 (B), a bending motion is generated by the high frequency voltage A, the mass point Y1 oscillates in the positive direction, and the mass point Z1 oscillates in the negative direction. Further, as shown in FIG. 4 (C), longitudinal vibration is generated by the high frequency voltage A, and the material point Y2 and the material point Z2 contracts than at time t 1. As a result, as shown in FIG. 4D, the above-mentioned both vibrations are combined, and the mass point Y
And the mass Z move counterclockwise as compared with the time t 1 .

【0037】時間t3 において、図4(A)に示すよう
に、高周波電圧Aは正の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Bは同一の負の電圧を発生する。図4(B)に示すよ
うに、高周波電圧A及びBによる屈曲運動が合成されて
増幅され、質点Y1が時間t2 のときよりも負方向に増
幅され、最大の負の振幅値を示す。質点Z1が時間t2
のときよりも正方向に増幅され、最大の正の振幅値を示
す。また、図4(C)に示すように、高周波電圧A及び
Bによる縦振動が互いに打ち消しあい、質点Y2と質点
Z2とが元の位置に戻る。その結果として、図4(D)
に示すように、上記両振動が複合され、質点Yと質点Z
とが時間t2 のときよりも左回りに移動する。
At time t 3 , the high frequency voltage A generates a positive voltage, and the high frequency voltage B similarly generates the same negative voltage, as shown in FIG. 4 (A). As shown in FIG. 4 (B), the bending motions due to the high-frequency voltages A and B are combined and amplified, and the mass point Y1 is amplified in the negative direction more than at the time t 2 and shows the maximum negative amplitude value. Mass point Z1 is time t 2
It is amplified in the positive direction more than when, and shows the maximum positive amplitude value. Further, as shown in FIG. 4C, the longitudinal vibrations due to the high frequency voltages A and B cancel each other out, and the mass points Y2 and Z2 return to their original positions. As a result, FIG. 4 (D)
As shown in, the above-mentioned both vibrations are combined and the mass point Y and the mass point Z are combined.
And move counterclockwise than at time t 2 .

【0038】時間t4 において、図4(A)に示すよう
に、高周波電圧Aは零となり、高周波電圧Bは負の電圧
を発生する。図4(B)に示すように、高周波電圧Bに
よる屈曲運動が発生し、質点Y1は時間t3 のときより
も振幅が低下し、質点Z1は時間t3 のときよりも振幅
が低下する。また、図4(C)に示すように、高周波電
圧Bによる縦振動が発生し、質点Y2と質点Z2が収縮
する。その結果、図4(D)に示すように、上記両振動
が複合され、質点Yと質点Zとが時間t3 のときよりも
左回りに移動する。
At time t 4 , the high frequency voltage A becomes zero and the high frequency voltage B generates a negative voltage as shown in FIG. 4 (A). As shown in FIG. 4 (B), a bending motion is generated by the high frequency voltage B, the amplitude of the mass Y1 is lower than that at the time t 3 , and the amplitude of the mass Z1 is less than that at the time t 3 . Further, as shown in FIG. 4 (C), longitudinal vibration is generated by the high frequency voltage B, and the mass points Y2 and Z2 contract. As a result, as shown in FIG. 4 (D), both vibrations are combined, and the mass points Y and Z move counterclockwise as compared with the time point t 3 .

【0039】時間t5 において、図4(A)に示すよう
に、高周波電圧Aは負の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Bは同一の負の電圧を発生する。図4(B)に示すよ
うに、高周波電圧A,Bによる屈曲運動は互いに打ち消
し合い、質点Y1と質点Z1とが振幅零となる。また、
図4(C)に示すように、高周波電圧A,Bによる縦振
動は収縮する方向に発生する。質点Y2と質点Z2とは
矢印で示されるように、節Xを中心にして最大の収縮を
示す。その結果として、図4(D)に示すように、上記
両振動が複合され、質点Yと質点Zとが時間t4 のとき
よりも左回りに移動する。
At time t 5 , as shown in FIG. 4 (A), the high frequency voltage A produces a negative voltage, and the high frequency voltage B produces the same negative voltage. As shown in FIG. 4B, the bending movements due to the high frequency voltages A and B cancel each other out, and the masses of the mass points Y1 and Z1 become zero. Also,
As shown in FIG. 4C, the longitudinal vibrations due to the high frequency voltages A and B are generated in the contracting direction. The mass points Y2 and Z2 show the maximum contraction around the node X, as indicated by the arrows. As a result, as shown in FIG. 4 (D), both of the above vibrations are combined, and the mass points Y and Z move counterclockwise as compared with the time point t 4 .

【0040】時間t6 〜t9 に変化するにしたがって、
上述の原理と同様に屈曲振動及び縦振動が発生し、その
結果、図4(D)に示すように、質点Y及び質点Zが左
回りに移動し、楕円運動をする。
As the time t 6 to t 9 changes,
Bending vibration and longitudinal vibration are generated similarly to the above-described principle, and as a result, as shown in FIG. 4D, the mass points Y and Z move counterclockwise to make an elliptic motion.

【0041】以上の原理により、この超音波アクチュエ
ータは、駆動力取出部13a,13bとの先端に楕円運
動を発生させ、駆動力を発生させる構成となっている。
したがって、駆動力取出部13a 13bの先端を図示
しない相対運動部材に加圧してあるため、弾性体11と
相対運動部材との間で相対運動が発生する。
On the basis of the above principle, this ultrasonic actuator is constructed so that an elliptic motion is generated at the tips of the driving force output portions 13a and 13b to generate a driving force.
Therefore, since the tips of the driving force output portions 13a and 13b are pressed against the relative motion member (not shown), relative motion is generated between the elastic body 11 and the relative motion member.

【0042】このように、圧電素子12a,12bに電
気的に位相が(π/2)だけ異なる交流電圧を印加する
ことにより、弾性体11に縦振動と屈曲振動とが生じ、
それぞれが駆動方向の運動成分と駆動方向と垂直な運動
成分とになって楕円運動が発生する。
As described above, by applying alternating voltages that are electrically different in phase by (π / 2) to the piezoelectric elements 12a and 12b, longitudinal vibration and bending vibration are generated in the elastic body 11,
Each becomes a motion component in the driving direction and a motion component perpendicular to the driving direction to generate an elliptic motion.

【0043】さらに、本実施形態の超音波アクチュエー
タ10では、図1及び図2に示すように、弾性体11の
2つの側面であって弾性体11に生じる屈曲振動の節位
置又はその近傍であり、かつ超音波アクチュエータ10
に生じる推進力の源となる縦振動の振幅を抑制すること
がない位置に、縦振動の振幅方向の剛性を屈曲振動の振
幅方向の剛性よりも低くした断面形状の支持部材15
a,15b(15c,15d)を設け、この支持部材1
5a、15b(15c,15d)を、図示しない付勢機
構により加圧する。なお、支持部材15c,15dは図
1には図面上表現されていないが、支持部材15a、1
5bの設置面と対向する側面に配置されている。
Further, in the ultrasonic actuator 10 according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the two side surfaces of the elastic body 11 are located at or near the node position of the bending vibration generated in the elastic body 11. And ultrasonic actuator 10
The supporting member 15 having a cross-sectional shape in which the rigidity of the longitudinal vibration in the amplitude direction is made lower than the rigidity of the bending vibration in the amplitude direction at a position where the amplitude of the longitudinal vibration that is the source of the propulsive force generated in
a, 15b (15c, 15d) are provided, and this support member 1
5a and 15b (15c and 15d) are pressed by a biasing mechanism (not shown). The support members 15c and 15d are not shown in FIG.
It is arranged on the side surface facing the installation surface of 5b.

【0044】換言すれば、一方の平面11aに圧電素子
12a,12bが接合される板状の弾性体11と,この
弾性体11の他方の平面11bに加圧接触される相対運
動部材(図示しない)とを備え、駆動電圧を印加して圧
電素子12a,12bを励振することにより弾性体11
に、縦振動及び屈曲振動の合成振動であって弾性体11
と相対運動部材との間に相対運動を発生する超音波アク
チュエータ10において、弾性体11の側面に、加圧方
向の剛性が相対運動方向の剛性よりも高い支持部材15
a,15bを設ける。
In other words, the plate-shaped elastic body 11 in which the piezoelectric elements 12a and 12b are joined to the one flat surface 11a, and the relative movement member (not shown) which is pressed into contact with the other flat surface 11b of the elastic body 11 ) And by applying a drive voltage to excite the piezoelectric elements 12a and 12b.
In addition, the elastic body 11 is a synthetic vibration of longitudinal vibration and bending vibration.
In the ultrasonic actuator 10 that generates relative motion between the relative motion member and the relative motion member, the support member 15 on the side surface of the elastic body 11 has a rigidity in the pressing direction higher than that in the relative motion direction.
a and 15b are provided.

【0045】このような支持部材15a,15b(15
c,15d)は、望ましくは弾性体11と同一の材質に
より構成され、適宜手段により図1又は図2に示す断面
形状に加工され、弾性体11の側面に設置される。な
お、支持部材15a,15b(15c,15d)と弾性
体11とは一体または別体としてよいが、別体とするこ
とが製造コストの上昇抑制するとの観点からは有利であ
る。
Such support members 15a, 15b (15
c, 15d) are preferably made of the same material as the elastic body 11, are processed into a cross-sectional shape shown in FIG. 1 or 2 by appropriate means, and are installed on the side surface of the elastic body 11. The support members 15a, 15b (15c, 15d) and the elastic body 11 may be integrated or separated, but it is advantageous from the viewpoint of suppressing an increase in manufacturing cost.

【0046】このように、弾性体11の長手方向の中央
部を付勢機構により支持するのではなく、前述の断面形
状の支持部材15a,15b(15c,15d)を屈曲
振動の節位置又はその近傍に設置するため、弾性体11
に発生された屈曲振動の抑制を低減できる。
As described above, the central portion of the elastic body 11 in the longitudinal direction is not supported by the urging mechanism, but the supporting members 15a and 15b (15c and 15d) having the above-described cross-sectional shape are arranged at the node position of the bending vibration or the node position thereof. The elastic body 11 is installed in the vicinity.
It is possible to reduce the suppression of flexural vibration generated in the.

【0047】また、弾性体11に生じる撓みを考慮する
必要がないために加圧力を大きくして、駆動力の向上を
図ることができ、駆動効率が向上する。また、弾性体1
1を直接加圧するのではなく、弾性体11の側面に設け
た支持部材15a,15b(15c,15d)を加圧す
るため、弾性体11に生じる振動の抑制を考慮する必要
がなく、緩衝材を用いる必要がなくなるために、超音波
アクチュエータの耐候性及び信頼性が向上する。
Further, since it is not necessary to consider the bending of the elastic body 11, it is possible to increase the applied pressure to improve the driving force and improve the driving efficiency. Also, the elastic body 1
Since the support members 15a, 15b (15c, 15d) provided on the side surface of the elastic body 11 are pressed instead of directly pressing 1, it is not necessary to consider the suppression of the vibration generated in the elastic body 11, and the cushioning material is used. Since it is not necessary to use it, the weather resistance and reliability of the ultrasonic actuator are improved.

【0048】さらに、加圧に際して、弾性体11に生じ
る撓みをできるだけ小さく抑制することができるため、
弾性体11の駆動力取出部13a,13bと相対運動部
材との接触状況を加圧力の大小にかかわらず安定に保つ
ことができるため、駆動力取出部13a,13bに生じ
る速度むらや偏磨耗を抑制でき、超音波アクチュエータ
の寿命を長くすることができる。
Further, since the bending of the elastic body 11 during the pressurization can be suppressed as small as possible,
Since the contact state between the driving force output portions 13a and 13b of the elastic body 11 and the relative motion member can be stably maintained regardless of the magnitude of the pressing force, uneven speed and uneven wear generated in the driving force output portions 13a and 13b can be prevented. It can be suppressed and the life of the ultrasonic actuator can be extended.

【0049】特に、支持部材15a,15b(15c,
15d)において、弾性体に生じる相対運動部材との接
触面と平行な方向に振動する第1振動モード(本実施例
では縦振動)の振幅方向の固有振動数を、弾性体の第1
振動モードの固有周波数と比較して、例えば1.2倍以
上とすると、弾性体11の著しい振動減衰を防止するこ
とができる。また、振動に対する応答性を向上させるこ
ともでき、駆動性能を向上させることができる。
Particularly, the support members 15a, 15b (15c,
15d), the natural frequency in the amplitude direction of the first vibration mode (longitudinal vibration in this embodiment) that vibrates in the direction parallel to the contact surface with the relative motion member generated in the elastic body is the first frequency of the elastic body.
Compared with the natural frequency of the vibration mode, for example, 1.2 times or more can prevent significant vibration damping of the elastic body 11. Further, it is possible to improve the responsiveness to vibration and improve the driving performance.

【0050】(第2の実施形態)図5は、第2実施形態
の超音波アクチュエータの構成を示す斜視図であり、図
6は、第2実施形態の超音波アクチュエータに用いる超
音波アクチュエータに用いる支持部材の断面形状を示す
断面図である。
(Second Embodiment) FIG. 5 is a perspective view showing the structure of the ultrasonic actuator of the second embodiment, and FIG. 6 is used for the ultrasonic actuator used in the ultrasonic actuator of the second embodiment. It is sectional drawing which shows the cross-sectional shape of a support member.

【0051】なお、以降の各実施形態の説明では、前述
した第1の実施形態と相違する部分だけ説明し、重複す
る部分の説明は適宜省略する。本実施形態では、支持部
材16a,16b(16c,16d)の断面形状をI型
から楕円型に変更したものである。楕円型であっても、
支持部材16a,16b(16c,16d)は、縦振動
の振幅方向の剛性が屈曲振動の振幅方向の剛性よりも低
くなっており、第1実施形態と全く同様の効果を得るこ
とができる。
In the following description of each embodiment, only the parts different from the first embodiment described above will be described, and the description of the overlapping parts will be appropriately omitted. In this embodiment, the cross-sectional shape of the support members 16a and 16b (16c and 16d) is changed from I-shaped to elliptical. Even if it is oval,
The supporting members 16a, 16b (16c, 16d) have a rigidity in the amplitude direction of the longitudinal vibration lower than that in the amplitude direction of the flexural vibration, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0052】また、本実施形態の支持部材16a,16
b(16c,16d)は、第1実施形態の支持部材15
a,15b(15c,15d)よりも簡素な構造であ
り、製造が容易である。
Further, the supporting members 16a, 16 of this embodiment
b (16c, 16d) is the support member 15 of the first embodiment.
It has a simpler structure than the a and 15b (15c and 15d), and is easy to manufacture.

【0053】(第3の実施形態)図7は、第3の実施形
態の構成を示す斜視図である。本実施形態では、金属製
の二つの半円柱型の弾性体21a,21bと、これらに
より挟持される2枚ずつ合計4枚の縦振動用の圧電素子
22,2枚ずつ合計4枚の捩じり振動用の圧電素子23
と、端面である駆動面24に加圧接触される円柱型の相
対運動部材(図示しない)とにより構成される。
(Third Embodiment) FIG. 7 is a perspective view showing the structure of the third embodiment. In the present embodiment, two semi-cylindrical elastic bodies 21a and 21b made of metal, four piezoelectric elements 22 for vertical vibration, two sheets sandwiched by these, and a total of four twisting elements, two sheets each. Piezoelectric element 23 for vibration
And a cylindrical relative movement member (not shown) that is brought into pressure contact with the drive surface 24 that is an end surface.

【0054】なお、各圧電素子の間には駆動電圧を印加
するための薄板状の電極が、各圧電素子とともに積層さ
れる。各圧電素子22,23には、図示しない駆動電圧
発生装置から位相差が(π/2)の駆動電圧が印加され
る。4枚の圧電素子22に駆動電圧が印加されると、弾
性体21は、1周期の間に、+方向へ最大伸長(T=
0)→収縮(T=π/4)→振幅0(T=2π/4)→
−方向へ収縮(T=3π/4)→−方向へ最大収縮(T
=4π/4)→伸長(5π/4)→振幅0(T=6π/
4)→+方向へ伸長(T=7π/4)と変位する。
A thin plate-like electrode for applying a driving voltage is laminated between each piezoelectric element together with each piezoelectric element. A drive voltage having a phase difference of (π / 2) is applied to each of the piezoelectric elements 22 and 23 from a drive voltage generator (not shown). When a drive voltage is applied to the four piezoelectric elements 22, the elastic body 21 is stretched to the maximum in the + direction during one cycle (T =
0) → contraction (T = π / 4) → amplitude 0 (T = 2π / 4) →
Contraction in the − direction (T = 3π / 4) → Maximum contraction in the − direction (T
= 4π / 4) → extension (5π / 4) → amplitude 0 (T = 6π /
4) Displaces in the + direction (T = 7π / 4).

【0055】一方、駆動面を2方向に捩じる変位を与え
る4枚の圧電素子23に駆動電圧が印加されると、弾性
体21は、1周期の間に、捩じり変位0(T=0)→右
方向へ捩じり変位(T=π/4)→右方向へ最大捩じり
変位(T=2π/4)→収縮(T=3π/4)→捩じり
変位0(T=4π/4)→左方向へ捩じり変位(5π/
4)→左方向へ最大捩じり変位(T=6π/4)→収縮
(T=7π/4)と変位する。
On the other hand, when a drive voltage is applied to the four piezoelectric elements 23 that give a displacement that twists the drive surface in two directions, the elastic body 21 has a torsional displacement of 0 (T = 0) → torsional displacement to the right (T = π / 4) → maximum torsional displacement to the right (T = 2π / 4) → contraction (T = 3π / 4) → torsional displacement 0 ( T = 4π / 4) → torsional displacement to the left (5π /
4) → The maximum twist displacement (T = 6π / 4) → contraction (T = 7π / 4) is displaced leftward.

【0056】したがって、弾性体21は、縦振動の振動
成分により相対運動部材に断続的に接触するとともに、
縦振動の振動成分により相対運動部材に接触した際に相
対運動部材を右方向に駆動する。
Therefore, the elastic body 21 intermittently contacts the relative motion member due to the vibration component of the longitudinal vibration, and
When the relative motion member is contacted by the vibration component of the longitudinal vibration, the relative motion member is driven rightward.

【0057】以上のように構成される超音波アクチュエ
ータにおいて、本実施形態では、縦振動の節に位置する
部分に、第1実施形態と同一の断面形状を有する支持部
材25a,25bを設けた。支持部材25a,25bは
金属製であり、半円柱型の弾性体21a,21bに溶接
により接合される。
In the ultrasonic actuator configured as described above, in this embodiment, the supporting members 25a and 25b having the same cross-sectional shape as those of the first embodiment are provided at the portions located at the nodes of longitudinal vibration. The support members 25a and 25b are made of metal, and are joined to the semi-cylindrical elastic bodies 21a and 21b by welding.

【0058】この支持部材25a,25bに付勢機構を
適宜係合させて、弾性体21を駆動面24において図示
しない相対運動部材に加圧して接触させる。本実施形態
においても、支持部材25a,25bは、捩じり振動の
振幅方向の剛性が縦振動の振幅方向の剛性よりも低くな
っており、第1実施形態及び第2実施形態と全く同様の
効果を得ることができる。
A biasing mechanism is appropriately engaged with the support members 25a and 25b to press the elastic body 21 against the relative movement member (not shown) on the drive surface 24 so that the elastic body 21 comes into contact with the relative movement member. Also in the present embodiment, the support members 25a and 25b have the rigidity in the amplitude direction of the torsional vibration lower than the rigidity in the amplitude direction of the longitudinal vibration, which is exactly the same as in the first and second embodiments. The effect can be obtained.

【0059】(第4の実施形態)図8は、第4の実施形
態の構造を示す斜視図である。本実施形態は、第3の実
施形態を一部変形したものであるため、以降の説明では
構造の異なる部分のみを説明し、共通する部分の説明は
省略する。
(Fourth Embodiment) FIG. 8 is a perspective view showing the structure of the fourth embodiment. Since the present embodiment is a partial modification of the third embodiment, in the following description, only parts having different structures will be described, and description of common parts will be omitted.

【0060】本実施形態では、中空の半円柱型の弾性体
21−1a,21−1bを用いており、第3の実施形態
で用いた中実の半円柱型の弾性体21a,21bに比較
すると、駆動面24に生じる捩じり振動の振幅が拡大さ
れ、より大きな駆動力を得ることが可能となる。
In this embodiment, hollow semi-cylindrical elastic bodies 21-1a and 21-1b are used, and compared with the solid semi-cylindrical elastic bodies 21a and 21b used in the third embodiment. Then, the amplitude of the torsional vibration generated on the driving surface 24 is expanded, and a larger driving force can be obtained.

【0061】(第5の実施形態)図9は、第5の実施形
態の構造を一部破断した状態で示す斜視図である。本実
施形態は、第4の実施形態を一部変形したものであるた
め、以降の説明では構造の異なる部分のみを説明し、共
通する部分の説明は省略する。
(Fifth Embodiment) FIG. 9 is a perspective view showing a partially broken structure of the fifth embodiment. Since the present embodiment is a partial modification of the fourth embodiment, only the portions having different structures will be described in the following description, and description of common portions will be omitted.

【0062】本実施形態では、第4の実施形態のよう
に、二つの支持部材25a,25bをそれぞれ中空の半
円柱型の弾性体21−1a,21−1bの外面にそれぞ
れ接合するのではなく、一つの支持部材26を弾性体2
1に内蔵させたものであり、弾性体21の内部に図示し
ない付勢機構を適宜配置し、この付勢機構により駆動面
24を介して相対運動部材(図示しない)に弾性体21
を加圧接触させる。支持部材26が弾性体21の外面に
突出しない構造であり、超音波アクチュエータ全体の小
型化を図ることができる。
In this embodiment, unlike the fourth embodiment, the two support members 25a and 25b are not joined to the outer surfaces of the hollow semi-cylindrical elastic bodies 21-1a and 21-1b, respectively. , One support member 26 to the elastic body 2
The urging mechanism (not shown) is appropriately disposed inside the elastic body 21, and the urging mechanism allows the elastic body 21 to be moved to the relative motion member (not shown) via the drive surface 24.
Under pressure. Since the support member 26 does not project to the outer surface of the elastic body 21, the size of the entire ultrasonic actuator can be reduced.

【0063】(変形形態)以上説明してきた各実施形態
では、電気機械変換素子として圧電素子を用いたが、本
発明はこれに限定されるものではなく、電歪素子さらに
は磁歪素子等を用いることも可能である。
(Modification) In each of the embodiments described above, the piezoelectric element is used as the electromechanical conversion element, but the present invention is not limited to this, and an electrostrictive element, a magnetostrictive element, or the like is used. It is also possible.

【0064】また、第1実施形態から第5実施形態まで
で用いた支持部材とは、異なる断面形状の支持部材を用
いることも可能である。例えば、断面形状がT型,逆T
型,矩形,溝型さらにはH型の支持部材を例示できる。
これらは、いずれも、第2振動の振幅方向の剛性が第1
振動の振幅方向の剛性よりも低くなっており、前述した
各実施形態と全く同様の効果を得ることができる。
Further, it is possible to use a supporting member having a cross-sectional shape different from that of the supporting member used in the first to fifth embodiments. For example, the cross-sectional shape is T-shaped, inverted T
Examples include mold, rectangular, groove-shaped, and H-shaped support members.
All of them have the first rigidity in the amplitude direction of the second vibration.
The rigidity is lower than the rigidity in the vibration amplitude direction, and the same effect as that of each of the above-described embodiments can be obtained.

【0065】また、各実施形態では、第2振動の振幅方
向の剛性を第1振動の振幅方向の剛性よりも高くするた
めに形状を工夫する場合を例にとったが、かかる態様の
みに限定されるものではなく、例えばFRP等の複合材
料を用いて支持部材を構成することにより剛性の異方性
を得たり、第2振動の振幅方向成分の構成材料と第1振
動の振幅方向成分の構成材料とを異ならせるようにして
もよい。
Further, in each of the embodiments, the case where the shape is devised so as to make the rigidity of the second vibration in the amplitude direction higher than the rigidity of the first vibration in the amplitude direction is taken as an example, but it is limited to only this mode. However, anisotropy of rigidity is obtained by forming the supporting member using a composite material such as FRP, or the constituent material of the amplitude direction component of the second vibration and the amplitude direction component of the first vibration are obtained. The constituent material may be different.

【0066】[0066]

【発明の効果】請求項1の発明では、電気機械変換素子
を接合された弾性体に、相対運動部材との接触面を含む
方向への第1振動モードと接触面に交差する方向への第
2振動モードとの合成振動であって弾性体と相対運動部
材との間に相対運動を行わせる運動を生じさせる際に、
弾性体に、第2振動の振幅方向の剛性が第1振動の振幅
方向の剛性よりも高い支持部材を設けるため、駆動効率
の向上を図れること,経時的な信頼性を増加させるこ
と,又は,寿命の延長を図ることが可能となる。
According to the first aspect of the invention, the elastic body to which the electromechanical conversion element is joined has the first vibration mode in the direction including the contact surface with the relative motion member and the first vibration mode in the direction intersecting the contact surface. When a combined vibration of two vibration modes is generated and a relative motion is generated between the elastic body and the relative motion member,
Since the elastic member is provided with a support member whose rigidity in the amplitude direction of the second vibration is higher than that in the amplitude direction of the first vibration, it is possible to improve the driving efficiency, increase the reliability over time, or It is possible to extend the life.

【0067】請求項2の発明では、一方の平面に電気機
械変換素子を接合される板状の弾性体に、相対運動部材
との接触面を含む方向へ伸縮する縦振動と接触面に交差
する方向へ屈曲する屈曲振動との合成振動であって弾性
体と相対運動部材との間に相対運動を行わせる運動を生
じさせる際に、弾性体の側面に、屈曲振動の振幅方向の
剛性が縦運動の振幅方向の剛性よりも高い支持部材を設
けるため、駆動効率の向上を図れること,経時的な信頼
性を増加させること,又は,寿命の延長を図ることが可
能となる。
According to the second aspect of the invention, the plate-like elastic body having the electromechanical conversion element bonded to one of the planes intersects the longitudinal vibration and the contact surface which expand and contract in the direction including the contact surface with the relative motion member. When a motion that causes a relative motion between the elastic body and the relative motion member, which is a combined vibration of the bending vibration that bends in a direction, is generated, the rigidity in the amplitude direction of the bending vibration is increased vertically on the side surface of the elastic body. Since the support member having the rigidity higher than the rigidity in the amplitude direction of the motion is provided, it is possible to improve the driving efficiency, increase the reliability over time, or extend the life.

【0068】請求項3の発明では、一方の平面に電気機
械変換素子を接合される板状の弾性体に、縦振動及び屈
曲振動の合成振動であって弾性体と相対運動部材との間
に相対運動を生じさせる運動を発生させる際に、弾性体
の側面に、加圧方向の剛性が相対運動方向の剛性よりも
高い支持部材を設けるため、駆動効率の向上を図れるこ
と,経時的な信頼性を増加させること,又は,寿命の延
長を図ることが可能となる。
According to the third aspect of the present invention, the plate-like elastic body having the electromechanical conversion element bonded to one of the planes is provided with a composite vibration of the longitudinal vibration and the bending vibration between the elastic body and the relative motion member. When a motion that causes a relative motion is generated, a supporting member is provided on the side surface of the elastic body so that the rigidity in the pressing direction is higher than the rigidity in the relative motion direction, so that the driving efficiency can be improved and the reliability over time is improved. It is possible to increase the durability or extend the life.

【0069】請求項4の発明では、請求項3に記載され
た超音波アクチュエータにおいて、支持部材を、弾性体
の面であって屈曲振動の節となる位置に設けられるた
め、必要な動力伝達機能を効率的に維持することができ
る。
According to the invention of claim 4, in the ultrasonic actuator according to claim 3, since the support member is provided at a position on the surface of the elastic body and serving as a node of bending vibration, a necessary power transmission function is provided. Can be efficiently maintained.

【0070】請求項5の発明では、請求項3に記載され
た超音波アクチュエータにおいて、支持部材は、屈曲振
動の振幅方向の共振周波数が縦運動の振幅方向の共振周
波数よりも高いため、振動に対する応答性を向上でき、
駆動性能の向上を図ることができる。
According to a fifth aspect of the invention, in the ultrasonic actuator according to the third aspect, since the resonance frequency of the bending vibration of the support member is higher than the resonance frequency of the longitudinal vibration in the amplitude direction, the vibration vibration against the vibration is prevented. Responsiveness can be improved,
It is possible to improve driving performance.

【0071】請求項6又は請求項7の発明では、請求項
3から請求項5までのいずれか1項に記載された超音波
アクチュエータにおいて、支持部材の前記屈曲振動の振
幅方向及び前記縦運動の振幅方向の剛性又は共振周波数
は、ともに、前記支持部材の形状及び/又は材質により
調整されるため、容易かつ確実であるとともに、支持部
材を複雑な断面形状にすることなく、振動に対する応答
性を向上でき、駆動性能の向上を図ることができる。
According to the sixth or seventh aspect of the invention, in the ultrasonic actuator according to any one of the third to fifth aspects, the amplitude direction of the bending vibration of the support member and the longitudinal motion Since both the rigidity in the amplitude direction and the resonance frequency are adjusted by the shape and / or material of the supporting member, it is easy and reliable, and the responsivity to vibration can be achieved without forming the supporting member into a complicated sectional shape. Therefore, the driving performance can be improved.

【0072】請求項8の発明では、請求項3から請求項
7までのいずれか1項に記載された超音波アクチュエー
タにおいて、支持部材の断面形状は、I形,楕円状形,
T形,逆T形又は矩形であるため、設置位置,製造コス
ト等を勘案して最適な形状の支持部材の断面形状を設定
できる。
According to an eighth aspect of the invention, in the ultrasonic actuator according to any one of the third to seventh aspects, the cross-sectional shape of the support member is I-shaped, elliptical-shaped,
Since it is T-shaped, inverted T-shaped or rectangular, it is possible to set the cross-sectional shape of the supporting member having an optimum shape in consideration of the installation position, manufacturing cost and the like.

【0073】請求項9の発明では、請求項3から請求項
8までのいずれか1項に記載された超音波アクチュエー
タにおいて、支持部材は、前記弾性体に対して脱着自在
に設けられるため、製造コストの上昇を抑制できる。
According to a ninth aspect of the invention, in the ultrasonic actuator according to any one of the third to eighth aspects, the supporting member is provided so as to be detachable from the elastic body. The increase in cost can be suppressed.

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

【図1】本発明の第1実施形態を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施形態で用いる支持部材の断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view of a support member used in the first embodiment.

【図3】本発明の第1実施形態で用いる弾性体を抽出し
て示す斜視図である。
FIG. 3 is an extracted perspective view showing an elastic body used in the first embodiment of the present invention.

【図4】弾性体に発生する縦振動及び屈曲振動を経時的
に示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing longitudinal vibration and bending vibration generated in an elastic body over time.

【図5】第2実施形態の超音波アクチュエータの構成を
示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view illustrating a configuration of an ultrasonic actuator according to a second embodiment.

【図6】第2実施形態の超音波アクチュエータに用いる
支持部材の断面形状を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a support member used in the ultrasonic actuator according to the second embodiment.

【図7】第3の実施形態の構成を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a third embodiment.

【図8】第4の実施形態の構造を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a structure of a fourth embodiment.

【図9】第5の実施形態の構造を一部破断した状態で示
す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a partially broken structure of the fifth embodiment.

【図10】従来の超音波アクチュエータの構成及び支持
構造を示す略式断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a structure and a support structure of a conventional ultrasonic actuator.

【図11】加圧時の弾性体に生じる撓み状況を示す説明
図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a bending state that occurs in the elastic body during pressurization.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 超音波アクチュエータ 11 弾性体 11a,11b 平面 12a,12b 駆動用圧電素子 12p,12p’ 振動モニタ用圧電素子 13a,13b 駆動力取出部 14a,14b 摺動材 15a,15b,15c,15d 支持部材 16a,16b,16c,16d 支持部材 21a,21b,21−1a,21−1b 弾性体 22,23 圧電素子 24 駆動面 25a,25b,26 支持部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic actuator 11 Elastic body 11a, 11b Flat surface 12a, 12b Driving piezoelectric element 12p, 12p 'Vibration monitoring piezoelectric element 13a, 13b Driving force extraction part 14a, 14b Sliding member 15a, 15b, 15c, 15d Supporting member 16a , 16b, 16c, 16d Support member 21a, 21b, 21-1a, 21-1b Elastic body 22,23 Piezoelectric element 24 Driving surface 25a, 25b, 26 Support member

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気機械変換素子を接合された弾性体
と,前記弾性体に加圧接触される相対運動部材とを備
え、駆動電圧を印加して前記電気機械変換素子を励振す
ることにより、前記弾性体に、前記相対運動部材との接
触面と平行な方向に振動する第1振動モードと、前記第
1振動モードの振動方向と交差する方向に振動する第2
振動モードとを発生させて、前記弾性体と前記相対運動
部材との間に相対運動を行わせる運動を生じさせる振動
アクチュエータであって、 前記弾性体に、前記第2振動モードの振幅方向の剛性が
前記第1振動モードの振幅方向の剛性よりも高い支持部
材を設けることを特徴とする振動アクチュエータ。
1. An elastic body to which an electromechanical conversion element is joined, and a relative motion member that is brought into pressure contact with the elastic body are provided, and a drive voltage is applied to excite the electromechanical conversion element. A first vibration mode that vibrates in the elastic body in a direction parallel to a contact surface with the relative motion member, and a second vibration mode that vibrates in a direction intersecting a vibration direction of the first vibration mode.
A vibration actuator that generates a vibration mode to generate a relative motion between the elastic body and the relative motion member, wherein the elastic body has rigidity in the amplitude direction of the second vibration mode. Is provided with a supporting member having a rigidity higher than the rigidity of the first vibration mode in the amplitude direction.
【請求項2】 電気機械変換素子を接合された直方体状
の弾性体と,前記弾性体に加圧接触される相対運動部材
とを備え、駆動電圧を印加して前記電気機械変換素子を
励振することにより、前記弾性体に、前記相対運動部材
との接触面と平行な方向に振動する縦振動と前記縦振動
の振動方向と交差する方向へ屈曲する屈曲振動とを発生
させて、前記弾性体と前記相対運動部材との間に相対運
動を行わせる運動を生じさせる振動アクチュエータであ
って、 前記弾性体と前記相対運動部材との接触面に略垂直な面
に、前記屈曲振動の振幅方向の剛性が前記縦振動の振幅
方向の剛性よりも高い支持部材を設けることを特徴とす
る振動アクチュエータ。
2. A rectangular parallelepiped elastic body to which an electromechanical conversion element is joined, and a relative movement member that is brought into pressure contact with the elastic body, and a drive voltage is applied to excite the electromechanical conversion element. As a result, the elastic body is caused to generate a longitudinal vibration vibrating in a direction parallel to the contact surface with the relative motion member and a bending vibration bending in a direction intersecting the vibration direction of the longitudinal vibration, and the elastic body is generated. A vibration actuator that causes a motion to perform a relative motion between the relative motion member and the relative motion member, in a plane substantially perpendicular to a contact surface between the elastic body and the relative motion member, in the amplitude direction of the bending vibration. A vibration actuator comprising a support member having a rigidity higher than the rigidity in the amplitude direction of the vertical vibration.
【請求項3】 電気機械変換素子を接合された直方体状
の弾性体と,前記弾性体に加圧接触される相対運動部材
とを備え、駆動電圧を印加して前記電気機械変換素子を
励振することにより前記弾性体に、縦振動及び屈曲振動
を発生させて、前記弾性体と前記相対運動部材との間に
相対運動を生じさせる運動を発生させる振動アクチュエ
ータであって、 前記弾性体と前記相対運動部材との接触面に略垂直な面
に、前記屈曲振動の振幅方向の剛性が前記縦振動の振幅
方向の剛性よりも高い支持部材を設けることを特徴とす
る振動アクチュエータ。
3. A rectangular parallelepiped elastic body to which an electromechanical conversion element is joined, and a relative motion member that is brought into pressure contact with the elastic body, and a drive voltage is applied to excite the electromechanical conversion element. A vibration actuator that generates longitudinal vibration and bending vibration in the elastic body to thereby generate a relative motion between the elastic body and the relative motion member. A vibration actuator, comprising: a support member having a rigidity in the amplitude direction of the bending vibration higher than a rigidity in the amplitude direction of the longitudinal vibration, provided on a surface substantially perpendicular to a contact surface with the moving member.
【請求項4】 請求項3に記載された振動アクチュエー
タにおいて、 前記支持部材は、前記弾性体の面であり、前記屈曲振動
の節となる位置付近に設けられることを特徴とする振動
アクチュエータ。
4. The vibration actuator according to claim 3, wherein the support member is provided on a surface of the elastic body and near a position serving as a node of the bending vibration.
【請求項5】 請求項3に記載された振動アクチュエー
タにおいて、 前記支持部材は、前記弾性体に生じる縦振動の固有振動
数よりも、前記支持部材に生じる前記縦振動と同方向に
振動する振動の固有周波数が高いことを特徴とする振動
アクチュエータ。
5. The vibration actuator according to claim 3, wherein the support member vibrates in the same direction as the vertical vibration generated in the support member, rather than the natural frequency of the vertical vibration generated in the elastic body. A vibration actuator characterized by having a high natural frequency.
【請求項6】 請求項3から請求項5までのいずれか1
項に記載された振動アクチュエータにおいて、 前記支持部材は、前記弾性体に発生する前記屈曲振動の
振幅方向の剛性及び前記弾性体に発生する縦振動の振幅
方向の剛性が、ともに前記支持部材の形状及び/又は材
質により調整されることを特徴とする振動アクチュエー
タ。
6. One of claims 3 to 5
In the vibration actuator described in the paragraph 1, the support member has a rigidity in the amplitude direction of the bending vibration generated in the elastic body and a rigidity in the amplitude direction of the longitudinal vibration generated in the elastic body, both of which are the shape of the support member. And / or the material is adjusted by the vibration actuator.
【請求項7】 請求項3から請求項5までのいずれか1
項に記載された振動アクチュエータにおいて、 前記支持部材は、前記弾性体に生じる屈曲振動と同方向
に振動する振動の固有周波数が、前記支持部材の形状及
び/又は材質により調整されることを特徴とする振動ア
クチュエータ。
7. The method according to any one of claims 3 to 5.
In the vibration actuator described in the paragraph 1, the support member is characterized in that a natural frequency of vibration vibrating in the same direction as the bending vibration generated in the elastic body is adjusted by a shape and / or a material of the support member. Vibration actuator.
【請求項8】 請求項3から請求項7までのいずれか1
項に記載された振動アクチュエータにおいて、 前記支持部材の断面形状は、I形,楕円状形,T形,逆
T形又は矩形であることを特徴とする振動アクチュエー
タ。
8. Any one of claims 3 to 7
In the vibration actuator described in the paragraph 1, the cross-sectional shape of the support member is I-shaped, elliptical, T-shaped, inverted T-shaped, or rectangular.
【請求項9】 請求項3から請求項8までのいずれか1
項に記載された振動アクチュエータにおいて、 前記支持部材は、前記弾性体に対して脱着自在に設けら
れることを特徴とする振動アクチュエータ。
9. Any one of claims 3 to 8
In the vibration actuator described in the paragraph (1), the support member is detachably attached to the elastic body.
JP8184769A 1995-07-24 1996-07-15 Oscillation actuator Pending JPH0998590A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016163426A (en) * 2015-03-02 2016-09-05 キヤノン株式会社 Vibration type actuator and ultrasonic motor
US11581477B2 (en) 2016-08-31 2023-02-14 Seiko Epson Corporation Vibrator, piezoelectric actuator, piezoelectric motor, robot, electronic component conveyance apparatus, and manufacturing method of vibrator

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