JPH10271857A - Vibrating actuator and manufacture thereof - Google Patents
Vibrating actuator and manufacture thereofInfo
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- JPH10271857A JPH10271857A JP10007772A JP777298A JPH10271857A JP H10271857 A JPH10271857 A JP H10271857A JP 10007772 A JP10007772 A JP 10007772A JP 777298 A JP777298 A JP 777298A JP H10271857 A JPH10271857 A JP H10271857A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械変換素子
によって発生する振動によって駆動力を得る振動アクチ
ュエータに関する。特に、温度補償を最小にする振動ア
クチュエータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration actuator for obtaining a driving force by vibration generated by an electromechanical transducer. In particular, it relates to a vibration actuator that minimizes temperature compensation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種の振動アクチュエータでは、弾性
体に接合された圧電体に所定の周波数の駆動電圧を印加
することで前記弾性体を励振し、この弾性体に調和的に
振動を発生させる。そして、この弾性体から駆動力を取
り出すように構成されている。前記駆動電圧の周波数
は、前記圧電体と前記弾性体とで構成される振動子の共
振周波数によって定まる周波数に近い値（以下、駆動周
波数とする）に設定されている。そのため、振動アクチ
ュエータの駆動回路に含まれる発振器は、前記駆動周波
数を含む周辺の周波数が発振できるように設定されてい
る。2. Description of the Related Art In a vibration actuator of this type, a driving voltage having a predetermined frequency is applied to a piezoelectric body joined to an elastic body to excite the elastic body, and a vibration is generated harmoniously in the elastic body. . And it is comprised so that a driving force may be taken out from this elastic body. The frequency of the drive voltage is set to a value close to the frequency determined by the resonance frequency of the vibrator composed of the piezoelectric body and the elastic body (hereinafter referred to as the drive frequency). Therefore, the oscillator included in the drive circuit of the vibration actuator is set so that peripheral frequencies including the drive frequency can oscillate.
【０００３】しかし、振動アクチュエータの周囲の温度
によって、圧電体（振動子）の共振周波数の温度係数
と、前記発振器の発振周波数の温度係数とに差がある場
合には、駆動周波数と発振周波数とがずれてしまい、振
動アクチュエータの安定した駆動が得られないという問
題が生じる。However, if there is a difference between the temperature coefficient of the resonance frequency of the piezoelectric body (vibrator) and the temperature coefficient of the oscillation frequency of the oscillator due to the temperature around the vibration actuator, the drive frequency and the oscillation frequency are not changed. , And a problem arises in that stable driving of the vibration actuator cannot be obtained.
【０００４】この問題を解決するために、特開昭６３−
１７１１７５号（特公平６−６７２２４号）「超音波モ
ータの駆動装置」は、予め超音波モータの周波数の温度
特性を求め、その超音波モータを駆動する発振器の周波
数の温度特性を、超音波モータの周波数の温度特性に合
わせて、温度補償することを提案している。To solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 171175 (Japanese Patent Publication No. 6-67224) “Ultrasonic motor driving device” is to determine the temperature characteristic of the frequency of the ultrasonic motor in advance, and to determine the temperature characteristic of the frequency of the oscillator driving the ultrasonic motor by the ultrasonic motor. It has been proposed to perform temperature compensation in accordance with the temperature characteristics of the frequency.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の駆動装
置では、振動アクチュエータの仕様が変わる毎に、発振
器の周波数の温度特性を設定しなければならず、製造コ
ストが上昇するという問題が生じる。However, in the above-described driving device, the temperature characteristic of the frequency of the oscillator must be set every time the specification of the vibration actuator changes, which causes a problem that the manufacturing cost increases.
【０００６】本発明は、振動アクチュエータ自身の周波
数の温度特性を改善し、周波数の温度係数が小さく、温
度補償を最小にする振動アクチュエータ及びその製造方
法を提供することを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vibration actuator which improves temperature characteristics of frequency of the vibration actuator itself, has a small temperature coefficient of frequency, and minimizes temperature compensation, and a method of manufacturing the same.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明では、弾性体と、前記弾性体に接合
されて、駆動信号の印加によって、前記弾性体を励振す
る電気機械変換素子と、を備え、前記弾性体の共振周波
数の温度係数と、前記電気機械変換素子の共振周波数の
温度係数とは、互いの符号が異なり、また、前記温度係
数の絶対値の差が所定の範囲となるように設定されてい
ることを特徴とする振動アクチュエータを提供する。According to a first aspect of the present invention, there is provided an electric machine which is joined to an elastic body and which excites the elastic body by applying a drive signal. Conversion element, wherein the temperature coefficient of the resonance frequency of the elastic body and the temperature coefficient of the resonance frequency of the electromechanical conversion element have different signs from each other, and a difference between absolute values of the temperature coefficients is predetermined. The vibration actuator is characterized by being set so as to fall within the range of:
【０００８】請求項２の発明では、請求項１に記載の振
動アクチュエータにおいて、前記弾性体を、直方体状に
形成し、前記電気機械変換素子を、前記弾性体の一平面
に接合した構成とした。According to a second aspect of the present invention, in the vibration actuator according to the first aspect, the elastic body is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the electromechanical transducer is joined to one plane of the elastic body. .
【０００９】請求項３の発明では、弾性体と、前記弾性
体に接合されて、駆動信号の印加によって、前記弾性体
を励振する電気機械変換素子とを備え、前記弾性体は、
金属材料によって形成され、前記電気機械変換素子は、
共振周波数の温度係数が正の４００以上の材料が用いら
れていることを特徴とする振動アクチュエータを提供す
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided an elastic body, and an electromechanical transducer that is joined to the elastic body and excites the elastic body by applying a drive signal.
The electromechanical conversion element formed of a metal material,
Provided is a vibration actuator, wherein a material having a temperature coefficient of resonance frequency of 400 or more is used.
【００１０】請求項４の発明では、請求項３に記載の振
動アクチュエータにおいて、前記弾性体を、直方体状に
形成し、前記電気機械変換素子を、前記弾性体の一平面
に接合した構成とした。According to a fourth aspect of the present invention, in the vibration actuator according to the third aspect, the elastic body is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the electromechanical transducer is joined to one plane of the elastic body. .
【００１１】請求項５の発明では、弾性体と電気機械変
換素子とを備え、前記電気機械変換素子に駆動信号を供
給することで電気エネルギを機械的変位に変換して駆動
力を得る振動アクチュエータの製造方法であって、弾性
体を用意する工程と、前記弾性体に前記電気機械変換素
子を接合する工程とを含み、前記電気機械変換素子は、
この電気機械変換素子の共振周波数の温度係数が、前記
弾性体の共振周波数の温度係数の値と符号が逆であり、
また、この電気機械変換素子の共振周波数の温度係数の
絶対値と、前記弾性体の共振周波数の温度係数の絶対値
との差が、所定の範囲となるものから選択されているこ
とを特徴とする振動アクチュエータの製造方法を提供す
る。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a vibration actuator comprising an elastic body and an electromechanical transducer, wherein a drive signal is supplied to the electromechanical transducer to convert electric energy into mechanical displacement to obtain a driving force. The method of manufacturing, comprising the step of preparing an elastic body, the step of joining the electromechanical transducer to the elastic body, the electromechanical transducer,
The temperature coefficient of the resonance frequency of the electromechanical transducer is opposite in sign to the temperature coefficient of the resonance frequency of the elastic body,
Further, the difference between the absolute value of the temperature coefficient of the resonance frequency of the electromechanical transducer and the absolute value of the temperature coefficient of the resonance frequency of the elastic body is selected from those having a predetermined range. A method of manufacturing a vibration actuator is provided.
【００１２】請求項６の発明では、請求項５に記載され
た振動アクチュエータの製造方法において、前記弾性体
を、直方体状に形成し、前記電気機械変換素子を、前記
弾性体の一平面に接着するようにした。According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a vibration actuator according to the fifth aspect, the elastic body is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the electromechanical transducer is bonded to one plane of the elastic body. I did it.
【００１３】請求項７の発明では、請求項５に記載され
た振動アクチュエータの製造方法において、前記弾性体
を、金属材料によって形成し、前記電気機械変換素子を
共振周波数の温度係数が正の４００以上の材料とした。According to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a vibration actuator according to the fifth aspect, the elastic body is formed of a metal material, and the electromechanical conversion element has a positive temperature coefficient of resonance frequency of 400. The above materials were used.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明
の実施形態について、さらに詳しく説明する。 （第１実施形態）図１は、本発明の振動アクチュエータ
の構成の一実施形態を示す斜視図である。本実施形態の
振動アクチュエータ１０は、矩形平板状の弾性体１１
と、弾性体１１の上面に接合された電気機械変換素子で
ある圧電体１２（２つの駆動用の圧電体１２ａ，１２ｂ
及び２つの振動状態検出用の圧電体１２ｐ，１２ｐ’）
とを備えている。また、弾性体１１と、この弾性体との
間で相対運動を行なう相対運動部材（不図示）との間に
加圧力を発生させる加圧部材（不図示）を備えている。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of the configuration of the vibration actuator of the present invention. The vibration actuator 10 of the present embodiment has a rectangular flat elastic body 11.
And a piezoelectric body 12 (two driving piezoelectric bodies 12a and 12b), which are electromechanical transducers joined to the upper surface of the elastic body 11.
And two piezoelectric bodies 12p and 12p 'for detecting the vibration state)
And Further, a pressure member (not shown) for generating a pressing force is provided between the elastic body 11 and a relative movement member (not shown) for performing relative movement between the elastic body 11 and the elastic body.
【００１５】この振動アクチュエータ１０は、圧電体１
２ａには第１の交流電圧が印加され、圧電体１２ｂには
前記第１の交流電圧と電気的に位相が９０度異なる第２
の交流電圧が印加される。また、弾性体１１の本体は、
ＧＮＤ電位に接続される。The vibration actuator 10 includes a piezoelectric body 1
The first AC voltage is applied to the second AC voltage 2a, and the second AC voltage is applied to the piezoelectric body 12b by 90 degrees which is electrically different from the first AC voltage by 90 degrees.
AC voltage is applied. The main body of the elastic body 11 is
Connected to GND potential.
【００１６】図２は、本実施形態に係る振動アクチュエ
ータの駆動回路を示すブロック図である。この駆動装置
２０は、制御回路２１と、発振器２２と、移相器２３
と、増幅器２４、２５とを備えている。制御回路２０
は、予め定められた振動アクチュエータの駆動周波数と
駆動電圧及びピックアップ用の圧電体１２ｐ，１２ｐ’
の出力に基づいて、駆動制御信号を設定する。発振器２
２は、制御回路２１の駆動制御信号に基づいて、所定の
周波数の交流電圧を発振し、移相器２３と増幅器２５と
に出力する。増幅器２５は、発振器２２から出力された
交流電圧を増幅して（増幅後の交流電圧を第１の交流電
圧とする）、圧電体１２ｂに印加する。移相器２３は、
発振器２２から出力された交流電圧の位相を９０度異な
らせ、増幅器２４に出力する。そして、増幅器２４は、
移相器２３から出力された交流電圧を増幅して（増幅後
の交流電圧を第２の交流電圧とする）、圧電体１２ａに
印加する。FIG. 2 is a block diagram showing a driving circuit of the vibration actuator according to this embodiment. The driving device 20 includes a control circuit 21, an oscillator 22, a phase shifter 23
And amplifiers 24 and 25. Control circuit 20
Are the predetermined driving frequency and driving voltage of the vibration actuator, and the piezoelectric bodies 12p and 12p 'for pickup.
The drive control signal is set on the basis of the output of. Oscillator 2
2 oscillates an AC voltage having a predetermined frequency based on the drive control signal of the control circuit 21 and outputs the AC voltage to the phase shifter 23 and the amplifier 25. The amplifier 25 amplifies the AC voltage output from the oscillator 22 (the amplified AC voltage is referred to as a first AC voltage), and applies the amplified AC voltage to the piezoelectric body 12b. The phase shifter 23
The phase of the AC voltage output from the oscillator 22 is made different by 90 degrees and output to the amplifier 24. And the amplifier 24
The AC voltage output from the phase shifter 23 is amplified (the AC voltage after amplification is defined as a second AC voltage) and applied to the piezoelectric body 12a.
【００１７】図１のように構成された振動アクチュエー
タ１０において、圧電体１２ａに前記第１の交流電圧が
印加され、圧電体１２ｂに前記第２の交流電圧が印加さ
れると、弾性体１１には、１次の縦振動と４次の屈曲振
動が調和的に発生する。そして、弾性体１１の出力取り
出し部（屈曲振動の腹の位置）には楕円運動が発生す
る。このとき、弾性体１１は、前記加圧部材によって、
相対運動部材に向けて矢印Ｐ方向に加圧されているの
で、前記出力取り出し部と前記相対運動部材とが加圧接
触することになり、両者の摩擦によって駆動力が得られ
る。When the first AC voltage is applied to the piezoelectric body 12a and the second AC voltage is applied to the piezoelectric body 12b in the vibration actuator 10 configured as shown in FIG. In the first case, the first-order longitudinal vibration and the fourth-order bending vibration are generated harmoniously. Then, an elliptical motion is generated at the output extraction portion (the position of the antinode of the bending vibration) of the elastic body 11. At this time, the elastic body 11 is
Since the pressure is pressed in the direction of arrow P toward the relative motion member, the output take-out portion and the relative motion member come into pressure contact with each other, and a driving force is obtained by friction between the two.
【００１８】本実施形態においては、振動アクチュエー
タ１０は、超音波領域の振動を用いた超音波モータとし
て機能する。なお、このような超音波モータとしては、
例えば、第５回電磁力関連のダイナミックシンポジウム
講演会文集の「２２２光ピックアップ移動を目的とした
圧電リニア・平板モータ」や特開平７−１４３７７０号
公報に、その構造が開示されている。In the present embodiment, the vibration actuator 10 functions as an ultrasonic motor using vibration in an ultrasonic region. In addition, as such an ultrasonic motor,
For example, the structure is disclosed in “Piezoelectric Linear / Plate Motor for Moving 222 Optical Pickup” and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 7-14770, which are collected at the 5th Electromagnetic Force-Related Dynamic Symposium Lecture Collection.
【００１９】本実施形態の振動アクチュエータ１０で
は、弾性体１１の厚さ（ｔ１）と圧電体１２の厚さ（ｔ
２）の比は、ｔ１／ｔ２＝１．１〜６となるように設定
されている。また、本実施形態の振動アクチュエータ１
０は、弾性体１１と圧電体１２とを含む振動子が略一様
な矩形平板状である。この場合に、縦振動の共振周波数
ｆLnと屈曲振動の共振周波数ｆBnは、材料のヤング率を
Ｅ，密度をρとすると、次式によって与えられる。 ｆLn＝Ｋ1 （Ｅ／ρ）1/2 ・（１／Ｌ） ・・・（１） ｆBn＝Ｋ2 （Ｅ／ρ）1/2 ・（ｔ／Ｌ2 ） ・・・（２） ここで、Ｋ1 、Ｋ2 は定数、Ｌは、振動子の長さを表
す。また、ｔは、弾性体１１と圧電体１２とで構成され
る振動子の板厚を表す。In the vibration actuator 10 of the present embodiment, the thickness (t1) of the elastic body 11 and the thickness (t
The ratio of 2) is set so that t1 / t2 = 1.1 to 6. Further, the vibration actuator 1 of the present embodiment
Numeral 0 indicates that the vibrator including the elastic body 11 and the piezoelectric body 12 has a substantially uniform rectangular flat plate shape. In this case, the resonance frequency fLn of the longitudinal vibration and the resonance frequency fBn of the bending vibration are given by the following equations, where E is the Young's modulus of the material and ρ is the density. fLn = K1 (E / ρ) 1/2 · (1 / L) ··· (1) fBn = K2 (E / ρ) 1/2 · (t / L 2) ··· (2) here, K1 and K2 are constants, and L represents the length of the vibrator. In addition, t represents the thickness of the vibrator composed of the elastic body 11 and the piezoelectric body 12.
【００２０】本実施形態では、弾性体１１は、ステンレ
ス等の金属材料によって作製されている。従って、弾性
体１１は、ヤング率が負の温度係数を有する。さらに、
長さＬに関係する線膨張係数は、正の温度係数を有して
いるために、上記各式の分母に入っているＬは、共振周
波数に負の温度特性を持たせるように作用する。したが
って、数式１，２から、明らかなように、弾性体１１
は、共振周波数ｆLn，ｆBnが、負の温度係数を有する。
つまり、弾性体１１は、金属材料からなる場合には、周
波数温度係数が負になることが分かる。In this embodiment, the elastic body 11 is made of a metal material such as stainless steel. Therefore, the elastic body 11 has a negative Young's modulus temperature coefficient. further,
Since the linear expansion coefficient related to the length L has a positive temperature coefficient, L included in the denominator of each of the above equations acts to give the resonance frequency a negative temperature characteristic. Therefore, as is apparent from Equations 1 and 2, the elastic body 11
, The resonance frequencies fLn and fBn have negative temperature coefficients.
That is, when the elastic body 11 is made of a metal material, the frequency temperature coefficient becomes negative.
【００２１】一方、圧電体１２は、ＰＺＴ（米国バーニ
トロン社の商品名）等として知られているＰｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 からなるセラミックス材料を用いて作製され
ている。本実施形態の圧電体１２は、共振周波数の温度
係数Ｔｋが正の値のもの、具体的には、正の４００以上
のものを用いている。このように、本実施形態によれ
ば、周波数温度係数が負の値を示す弾性体１１と、周波
数温度係数が正の値を示す圧電体１２とを用いているの
で、振動子全体として考えた場合には、周波数温度係数
の小さい振動アクチュエータ１０となる。従って、制御
系による温度補償が不要又は簡単になり、製造コストの
低減を図ることができる。On the other hand, the piezoelectric body 12 is made of Pb (Zr, Zr, known as PZT (trade name of Vernitron, USA)) or the like.
It is manufactured using a ceramic material composed of Ti) O 3 . As the piezoelectric body 12 of the present embodiment, one having a positive temperature coefficient Tk of the resonance frequency, specifically, one having a positive value of 400 or more is used. As described above, according to the present embodiment, the elastic body 11 whose frequency temperature coefficient has a negative value and the piezoelectric body 12 whose frequency temperature coefficient has a positive value are used. In this case, the vibration actuator 10 has a small frequency temperature coefficient. Therefore, temperature compensation by the control system becomes unnecessary or simple, and the manufacturing cost can be reduced.
【００２２】圧電体１２の材料としては、前述したＰＺ
Ｔの他に、ＬｉＴａＯ3 ，ＬｉＮｂＯ3 等であって、共
振周波数の温度係数が＋４００以上のものが好適に用い
られる。また、弾性体１１と圧電体１２の厚さの比は、
弾性体１１よりも圧電体１２の方を厚くして、ｔ２／ｔ
１＝１．１〜６となるように設定してもよい。The material of the piezoelectric body 12 is PZ as described above.
In addition to T, LiTaO 3 , LiNbO 3 or the like having a temperature coefficient of resonance frequency of +400 or more is preferably used. The ratio of the thickness of the elastic body 11 to the thickness of the piezoelectric body 12 is as follows:
By making the piezoelectric body 12 thicker than the elastic body 11, t2 / t
You may set so that 1 = 1.1-6.
【００２３】（第２実施形態）図３は、第２実施形態の
振動アクチュエータ（超音波アクチュエータ）の振動子
とこの振動子に発生する振動モードとの関係を示す概略
図である。図３（Ａ）は、振動子に発生する振動モード
を表す説明図である。図３（Ｂ）は、振動子の構成を示
す概略平面図である。図３に示す超音波アクチュエータ
１０−１においては、第１実施形態と相違する部分につ
いてだけ説明することとし、同一の部分については、同
一の図中符号を付すことにより、重複する説明を省略す
る。(Second Embodiment) FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a vibrator of a vibration actuator (ultrasonic actuator) of a second embodiment and a vibration mode generated in the vibrator. FIG. 3A is an explanatory diagram illustrating a vibration mode generated in the vibrator. FIG. 3B is a schematic plan view illustrating the configuration of the vibrator. In the ultrasonic actuator 10-1 shown in FIG. 3, only portions different from those of the first embodiment will be described, and the same portions will be denoted by the same reference numerals in the drawings, without redundant description. .
【００２４】この超音波アクチュエータ１０−１の振動
子１１−１は、弾性体１２−１と、この弾性体１２−１
の一方の平面１２ａに接着された圧電素子４２とを備え
る。この圧電素子４２は、１枚の薄板状に形成されてお
り、その上面には、電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２
ｄ、４２ｐ、４２ｐ’が設けられている。これらの電極
のうち、電極４２ａ〜４２ｄは、駆動信号を入力するた
めの振動発生用電極である。また、電極４２ｐ、４２
ｐ’は、弾性体１２−１に発生する振動の状態を検出す
るための振動検出用電極である。弾性体１１−１および
圧電体４２の側面の長手方向の中央部には、それぞれの
厚さ方向に向けて溝部４３ａ、４３ｂが設けられてい
る。これらの溝部４３ａ、４３ｂには、図示していない
支持ピンがはめ込まれるようになっており、これにより
振動子１１−１が支持される。この支持ピンは、図１に
示す加圧方向Ｐについては、振動子１１−１の移動を許
容するようになっている。The vibrator 11-1 of the ultrasonic actuator 10-1 includes an elastic body 12-1 and the elastic body 12-1.
And a piezoelectric element 42 bonded to one of the flat surfaces 12a. The piezoelectric element 42 is formed in a single thin plate shape, and has electrodes 42a, 42b, 42c, 42
d, 42p and 42p 'are provided. Of these electrodes, the electrodes 42a to 42d are vibration generating electrodes for inputting drive signals. Also, the electrodes 42p, 42
p ′ is a vibration detection electrode for detecting a state of vibration generated in the elastic body 12-1. Grooves 43a and 43b are provided in the longitudinal center portions of the side surfaces of the elastic body 11-1 and the piezoelectric body 42 in the respective thickness directions. Support pins (not shown) are fitted into these grooves 43a and 43b, and thereby support the vibrator 11-1. The support pins allow the vibrator 11-1 to move in the pressing direction P shown in FIG.
【００２５】図３（Ａ）は、振動子１１−１に発生する
４次の屈曲振動の振動子各部における振幅ＡＰと、１次
の縦振動の振動子各部における歪みＳＴを示す。Ｂ４
ａ、Ｂ４ｂ、Ｂ４ｃ、Ｂ４ｄ、Ｂ４ｅは、屈曲振動の振
幅が零となる振動の節を示し、Ｂ４ｆ、Ｂ４ｇは、振幅
が最大となる振動の腹を示している。FIG. 3A shows the amplitude AP of each part of the vibrator of the fourth-order bending vibration generated in the vibrator 11-1, and the distortion ST of each part of the vibrator of the first-order longitudinal vibration. B4
a, B4b, B4c, B4d, and B4e indicate nodes of the vibration at which the amplitude of the bending vibration becomes zero, and B4f and B4g indicate antinodes of the vibration at which the amplitude becomes the maximum.
【００２６】図３に示すように、それぞれの振動発生用
電極４２ａ〜４２ｄは、弾性体１２−１に発生する４次
の屈曲振動の振幅の節と節との間にほぼ収まるように、
その長さが設定されて配置されている。例えば、振動発
生用電極４２ａの長手方向の長さは、４次の屈曲振動の
節Ｂ４ａと節Ｂ４ｂとの間の距離にほぼ等しく、この屈
曲振動のほぼ半波長分となっている。As shown in FIG. 3, each of the vibration generating electrodes 42a to 42d is substantially fitted between nodes of the amplitude of the fourth-order bending vibration generated in the elastic body 12-1.
The length is set and arranged. For example, the length of the vibration generating electrode 42a in the longitudinal direction is substantially equal to the distance between the nodes B4a and B4b of the fourth-order bending vibration, which is substantially a half wavelength of the bending vibration.
【００２７】振動検出用電極４２ｐ、４２ｐ’は、弾性
体１２−１の屈曲振動の節Ｂ４ｂ、Ｂ４ｄに対応させ
て、弾性体１２−１の長辺付近に、振動発生用電極４２
ａ〜４２ｄを局部的に切り欠いて形成された領域に、半
円状に形成されている。振動検出用電極４２ｐは、弾性
体１２−１の一方の長辺側において節Ｂ４ｂを中心に左
右対称に配置され、振動検出用電極４２ｐ’は、弾性体
１２−１の他方の長辺側において節Ｂ４ｄを中心に左右
対称に配置されている。これにより、各電極４２ａ〜４
２ｄ、４２ｐおよび４２ｐ’は、振動子１１−１の中心
に対してほぼ点対称に配置されることになる。The vibration detecting electrodes 42p and 42p 'are provided near the long sides of the elastic body 12-1 in correspondence with the nodes B4b and B4d of the bending vibration of the elastic body 12-1.
a-42d is formed in a semicircular shape in a region formed by notching locally. The vibration detection electrode 42p is disposed symmetrically about the node B4b on one long side of the elastic body 12-1, and the vibration detection electrode 42p 'is disposed on the other long side of the elastic body 12-1. They are arranged symmetrically about the node B4d. Thereby, each electrode 42a-4
The 2d, 42p and 42p 'are arranged almost point-symmetrically with respect to the center of the transducer 11-1.
【００２８】以上のように構成された超音波アクチュエ
ータ１０−１においては、例えば、図２の駆動回路２０
の増幅器２２から出力される第１の交流電圧（駆動信
号）は、振動発生用電極４２ａ、４２ｃに入力される。
また、図２の駆動回路２０の増幅器２４から出力される
第２の交流電圧（駆動信号）は、振動発生用電極４２
ｂ、４２ｄに入力される。これにより、圧電素子４２が
弾性体１２−１を励振し、弾性体１２−１に縦は振動お
よび屈曲振動が調和的に発生して楕円運動が生じる。そ
の結果、振動子１１−１と相対運動部材（図示せず）と
の間で相対運動が発生する。弾性体１２−１に発生した
縦振動および屈曲振動によって、圧電体４２に貼付され
た振動検出用電極４２ｐ，４２ｐ’には電気エネルギが
発生する。そして、発生した電気エネルギは、第１の実
施形態と同様、電気信号として制御回路２１に入力し、
駆動信号に対するフィードバック制御に用いられる。In the ultrasonic actuator 10-1 configured as described above, for example, the driving circuit 20 shown in FIG.
The first AC voltage (drive signal) output from the amplifier 22 is input to the vibration generating electrodes 42a and 42c.
The second AC voltage (drive signal) output from the amplifier 24 of the drive circuit 20 in FIG.
b, 42d. As a result, the piezoelectric element 42 excites the elastic body 12-1, and longitudinal vibration and bending vibration are generated harmoniously in the elastic body 12-1 to generate an elliptical motion. As a result, relative motion occurs between the vibrator 11-1 and a relative motion member (not shown). By the longitudinal vibration and the bending vibration generated in the elastic body 12-1, electric energy is generated in the vibration detecting electrodes 42p and 42p 'attached to the piezoelectric body 42. Then, the generated electric energy is input to the control circuit 21 as an electric signal as in the first embodiment,
Used for feedback control of the drive signal.
【００２９】本実施形態おいては、弾性体１２−１に１
枚の圧電素子４２を接着し、この圧電素子４２の表面に
電極を設けるため、第１および第２の実施形態に比較し
て製造し易いという利点がある。また、振動の発生に用
いられる圧電素子４２の面積を増やせるため、超音波ア
クチュエータの出力を大きくすることが可能となる。さ
らに、振動発生用電極間の境界と、屈曲振動の節とがほ
ぼ一致しているので、第１の実施形態に比較して屈曲振
動を効率よく発生させることができる。そのため、超音
波アクチュエータの効率も向上させることができる。In this embodiment, one elastic body 12-1 is used.
Since the two piezoelectric elements 42 are bonded and electrodes are provided on the surface of the piezoelectric elements 42, there is an advantage that the manufacturing is easier than in the first and second embodiments. Further, since the area of the piezoelectric element 42 used to generate vibration can be increased, the output of the ultrasonic actuator can be increased. Further, since the boundary between the vibration generating electrodes substantially coincides with the node of the bending vibration, the bending vibration can be generated more efficiently than in the first embodiment. Therefore, the efficiency of the ultrasonic actuator can be improved.
【００３０】弾性体１１−１は、オーステナイト系のス
テンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなり、短辺方向の長さ
が約１０ｍｍ、長辺方向の長さが約５２ｍｍ、厚さが約
２．７ｍｍの薄板状に形成されている。また、圧電体４
２には、株式会社トーキン製のＮ−６１を用いている。
この圧電体４２は、短辺方向の長さが約１０ｍｍ、長辺
方向の長さが約４３ｍｍ、厚さが約０．５ｍｍの薄板状
に形成されて、弾性体１１−１に接着されている。弾性
体１１−１、圧電体４２および比較例として用いた圧電
体の各材料の特性値を下表に示す。The elastic body 11-1 is made of austenitic stainless steel (SUS304) and has a short side length of about 10 mm, a long side length of about 52 mm, and a thickness of about 2.7 mm. It is formed in a shape. Also, the piezoelectric body 4
For example, N-61 manufactured by Tokin Co., Ltd. is used.
The piezoelectric body 42 is formed in a thin plate shape having a length in the short side direction of about 10 mm, a length in the long side direction of about 43 mm, and a thickness of about 0.5 mm, and is bonded to the elastic body 11-1. I have. The characteristic values of each material of the elastic body 11-1, the piezoelectric body 42, and the piezoelectric body used as the comparative example are shown in the following table.
【００３１】[0031]
【表１】 [Table 1]
【００３２】表１に記載された弾性体１１−１と圧電体
４２とを接合した振動アクチュエータ１０−１の単体の
共振周波数の温度係数を測定した結果、−１００ [ppm/
°C]となった。これに対して、従来例の構成の振動アク
チュエータで、前記温度係数を測定した結果、−２００
［ppm/ °C]となった。なお、圧電体４２としては、表
中の製品以外でも、同様の共振周波数温度特性を有する
製品であれば適用できる。例えば、住友金属工業（株）
製の製品名「４Ｂ」（＋４４０ｐｐｍ／℃）や「５Ｅ」
（＋３００ｐｐｍ／℃）を使用することができる。As a result of measuring the temperature coefficient of the resonance frequency of the single vibration actuator 10-1 in which the elastic body 11-1 and the piezoelectric body 42 shown in Table 1 were joined, -100 [ppm /
° C]. On the other hand, as a result of measuring the temperature coefficient with the vibration actuator having the configuration of the related art, -200 was obtained.
[Ppm / ° C]. It should be noted that as the piezoelectric body 42, other than the products in the table, any products having similar resonance frequency-temperature characteristics can be applied. For example, Sumitomo Metal Industries, Ltd.
Product name “4B” (+ 440ppm / ° C) or “5E”
(+300 ppm / ° C.) can be used.
【００３３】（変形形態）以上の各実施形態では、１次
の縦振動と４次の屈曲振動とを用いた振動アクチュエー
タを例にとったが、本発明にかかる振動アクチュエータ
はこのような態様に限定されるものではない。１次以上
の縦振動と１次以上の屈曲振動とを用いる振動アクチュ
エータに対しても適用することができる。(Modification) In each of the embodiments described above, the vibration actuator using the first-order longitudinal vibration and the fourth-order bending vibration is taken as an example. However, the vibration actuator according to the present invention has such a form. It is not limited. The present invention can also be applied to a vibration actuator using first-order or higher longitudinal vibration and first-order or higher bending vibration.
【００３４】また、以上の各実施形態の説明では、電気
機械変換素子として圧電体を用いたが、本発明にかかる
振動アクチュエータはこのような態様に限定されるもの
ではない。電気エネルギを機械的変位に変換することが
できる素子であればよく、圧電体以外に、電歪素子等を
用いてもよい。In the above embodiments, a piezoelectric body is used as the electromechanical transducer. However, the vibration actuator according to the present invention is not limited to such a mode. Any element can be used as long as it can convert electric energy into mechanical displacement, and an electrostrictive element or the like may be used in addition to the piezoelectric body.
【００３５】また、第１の交流電圧と第２の交流電圧の
間の電気的な位相差を９０度または−９０度としたが、
この値に限定されるものではない。例えば、最も効率の
よい位相差を設定し、その状態で駆動周波数を制御する
ように構成してもよい。The electrical phase difference between the first AC voltage and the second AC voltage is set to 90 degrees or -90 degrees.
It is not limited to this value. For example, the most efficient phase difference may be set, and the driving frequency may be controlled in that state.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、周波数温度係数の小さな振動アクチュエータが実
現できるので、制御系による温度補償が不要又は簡単に
なり、製造コストの低減を図ることができる、という効
果がある。As described above in detail, according to the present invention, a vibration actuator having a small frequency temperature coefficient can be realized, so that temperature compensation by a control system becomes unnecessary or simple, and the manufacturing cost can be reduced. There is an effect that it can be done.
【図１】本発明による振動アクチュエータの第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 a vibration actuator according to the present invention.
【図２】第１実施形態にかかる振動アクチュエータの駆
動回路を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a driving circuit of the vibration actuator according to the first embodiment.
【図３】第２実施形態の超音波アクチュエータの振動子
とこの振動子に発生する振動モードとの関係を示す概略
図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between a vibrator of an ultrasonic actuator according to a second embodiment and a vibration mode generated in the vibrator.
１０ 振動アクチュエータ １１ 弾性体 １２ 圧電体 ２０ 駆動装置 ２１ 制御回路 ２２ 発振器 ２３ 移相器 ２４，２５ 増幅器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vibration actuator 11 Elastic body 12 Piezoelectric body 20 Driving device 21 Control circuit 22 Oscillator 23 Phase shifter 24, 25 Amplifier
Claims (7)
記弾性体を励振する電気機械変換素子と、を備え、 前記弾性体の共振周波数の温度係数と、前記電気機械変
換素子の共振周波数の温度係数とは、互いの符号が異な
り、また、前記温度係数の絶対値の差が所定の範囲とな
るように設定されていることを特徴とする振動アクチュ
エータ。1. An elastic body, comprising: an electromechanical transducer that is joined to the elastic body and excites the elastic body by applying a drive signal; and a temperature coefficient of a resonance frequency of the elastic body; A vibration actuator characterized in that the sign of the temperature coefficient of the resonance frequency of the electromechanical transducer is different from that of the temperature coefficient of the electromechanical transducer, and the difference between the absolute values of the temperature coefficients is set within a predetermined range.
おいて、 前記弾性体は、直方体状に形成されており、 前記電気機械変換素子は、前記弾性体の一平面に接合さ
れていることを特徴とする振動アクチュエータ。2. The vibration actuator according to claim 1, wherein the elastic body is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the electromechanical transducer is joined to one plane of the elastic body. Vibration actuator.
記弾性体を励振する電気機械変換素子とを備え、 前記弾性体は、金属材料によって形成され、 前記電気機械変換素子は、共振周波数の温度係数が正の
４００以上の材料が用いられていることを特徴とする振
動アクチュエータ。3. An elastic body, an electromechanical transducer joined to the elastic body and exciting the elastic body by applying a drive signal, wherein the elastic body is formed of a metal material, A vibration actuator, wherein the mechanical conversion element is made of a material having a positive temperature coefficient of resonance frequency of 400 or more.
おいて、 前記弾性体は、直方体状に形成されており、 前記電気機械変換素子は、前記弾性体の一平面に接合さ
れてい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 elastic body is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the electromechanical transducer is joined to one plane of the elastic body. Vibration actuator.
記電気機械変換素子に駆動信号を供給することで電気エ
ネルギを機械的変位に変換して駆動力を得る振動アクチ
ュエータの製造方法であって、 弾性体を用意する工程と、 前記弾性体に前記電気機械変換素子を接合する工程とを
含み、 前記電気機械変換素子は、この電気機械変換素子の共振
周波数の温度係数が、前記弾性体の共振周波数の温度係
数の値と符号が逆であり、また、この電気機械変換素子
の共振周波数の温度係数の絶対値と、前記弾性体の共振
周波数の温度係数の絶対値との差が、所定の範囲となる
ものから選択されていることを特徴とする振動アクチュ
エータの製造方法。5. A method of manufacturing a vibration actuator, comprising: an elastic body and an electromechanical transducer, wherein a drive signal is supplied to the electromechanical transducer to convert electric energy into mechanical displacement to obtain a driving force. A step of preparing an elastic body; and a step of joining the electromechanical conversion element to the elastic body. The electromechanical conversion element has a temperature coefficient of a resonance frequency of the electromechanical conversion element, The sign of the temperature coefficient of the resonance frequency is opposite to the sign of the temperature coefficient of the resonance frequency, and the difference between the absolute value of the temperature coefficient of the resonance frequency of the electromechanical transducer and the absolute value of the temperature coefficient of the resonance frequency of the elastic body is: A method for manufacturing a vibration actuator, wherein the vibration actuator is selected from those falling within a predetermined range.
タの製造方法において、 前記弾性体は、直方体状に形成されており、 前記電気機械変換素子は、前記弾性体の一平面に接着さ
れることを特徴とする振動アクチュエータの製造方法。6. The method of manufacturing a vibration actuator according to claim 5, wherein the elastic body is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the electromechanical transducer is adhered to one plane of the elastic body. A method for manufacturing a vibration actuator, comprising:
タの製造方法において、 前記弾性体は、金属材料によって形成され、 前記電気機械変換素子は、共振周波数の温度係数が正の
４００以上の材料であることを特徴とする振動アクチュ
エータの製造方法。7. The method for manufacturing a vibration actuator according to claim 5, wherein the elastic body is formed of a metal material, and the electromechanical transducer is made of a material having a positive temperature coefficient of resonance frequency of 400 or more. A method of manufacturing a vibration actuator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10007772A JPH10271857A (en) | 1997-01-23 | 1998-01-19 | Vibrating actuator and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1001997 | 1997-01-23 | ||
| JP9-10019 | 1997-01-23 | ||
| JP10007772A JPH10271857A (en) | 1997-01-23 | 1998-01-19 | Vibrating actuator and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10271857A true JPH10271857A (en) | 1998-10-09 |
Family
ID=26342130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10007772A Pending JPH10271857A (en) | 1997-01-23 | 1998-01-19 | Vibrating actuator and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10271857A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007259700A (en) * | 2006-07-26 | 2007-10-04 | Ngk Insulators Ltd | Piezoelectric/electrostrictive element, piezoelectric/electrostrictive ceramic composite, and piezoelectric motor |
-
1998
- 1998-01-19 JP JP10007772A patent/JPH10271857A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007259700A (en) * | 2006-07-26 | 2007-10-04 | Ngk Insulators Ltd | Piezoelectric/electrostrictive element, piezoelectric/electrostrictive ceramic composite, and piezoelectric motor |
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