JPH10337052A - 小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法 - Google Patents
小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法Info
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- JPH10337052A JPH10337052A JP9140713A JP14071397A JPH10337052A JP H10337052 A JPH10337052 A JP H10337052A JP 9140713 A JP9140713 A JP 9140713A JP 14071397 A JP14071397 A JP 14071397A JP H10337052 A JPH10337052 A JP H10337052A
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
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-
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率良く大きなトルクを発生する小型回転式
アクチュエータおよびモータを提供する。 【解決手段】 回転体と、回転体を駆動する屈曲振動体
を複数有する。屈曲振動体の電歪素子をレーザービーム
などで加工することにより共振周波数を調整する。
アクチュエータおよびモータを提供する。 【解決手段】 回転体と、回転体を駆動する屈曲振動体
を複数有する。屈曲振動体の電歪素子をレーザービーム
などで加工することにより共振周波数を調整する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】時計、カメラ、玩具、自動組
み立て装置、精密X−Yステージ等で動力としてに用い
られる小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法
に関する発明である。
み立て装置、精密X−Yステージ等で動力としてに用い
られる小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法
に関する発明である。
【0002】
【従来の技術】従来の技術においては、複数の屈曲振動
体を有する小型回転式アクチュエータを製作する時に、
それぞれの屈曲振動体の共振周波数のバラツキを減少さ
せるためには、より高度なプロセス技術を用いて屈曲振
動体および電歪素子(圧電体)の加工精度を向上させる
か、複数の回転式アクチュエータから良品を選別する方
法を用いることになる。しかし、加工精度の向上には限
界があり、また、良品を選別する方法では歩留まりが下
がって生産性が下がるという問題点が生じる。
体を有する小型回転式アクチュエータを製作する時に、
それぞれの屈曲振動体の共振周波数のバラツキを減少さ
せるためには、より高度なプロセス技術を用いて屈曲振
動体および電歪素子(圧電体)の加工精度を向上させる
か、複数の回転式アクチュエータから良品を選別する方
法を用いることになる。しかし、加工精度の向上には限
界があり、また、良品を選別する方法では歩留まりが下
がって生産性が下がるという問題点が生じる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】PZTなどの電歪素子
を用いて屈曲振動体を駆動させようとする場合、その共
振周波数に一致する周波数の交流電圧で駆動することが
最も効率が高い。屈曲振動体の共振周波数と異なる周波
数の交流電圧で駆動させようとする場合は非常に大きな
電圧を供給しなければならず、効率が低い。また、周波
数が大きく異なる場合は、駆動させることが不可能にな
る。
を用いて屈曲振動体を駆動させようとする場合、その共
振周波数に一致する周波数の交流電圧で駆動することが
最も効率が高い。屈曲振動体の共振周波数と異なる周波
数の交流電圧で駆動させようとする場合は非常に大きな
電圧を供給しなければならず、効率が低い。また、周波
数が大きく異なる場合は、駆動させることが不可能にな
る。
【0004】屈曲振動体の振動にともなう連続的衝撃に
より回転トルクを発生し回転体(ロータ)を駆動する方
式の回転式アクチュエータにおいては、屈曲振動体を複
数設け、同時に駆動することにより大きな回転トルクを
得ることが可能となるが、従来の技術では複数の屈曲振
動体を有する小型回転式アクチュエータを製作した時
に、それぞれの屈曲振動体の間で共振周波数のバラツキ
が大きく、正確に望みの共振周波数を持つ屈曲振動体を
得ることは困難である。そのため、1つの屈曲振動体に
適した周波数の交流電圧で駆動させようとすると共振周
波数の異なる他の屈曲振動体を駆動できなくなり、回転
の効率を高めることができない。
より回転トルクを発生し回転体(ロータ)を駆動する方
式の回転式アクチュエータにおいては、屈曲振動体を複
数設け、同時に駆動することにより大きな回転トルクを
得ることが可能となるが、従来の技術では複数の屈曲振
動体を有する小型回転式アクチュエータを製作した時
に、それぞれの屈曲振動体の間で共振周波数のバラツキ
が大きく、正確に望みの共振周波数を持つ屈曲振動体を
得ることは困難である。そのため、1つの屈曲振動体に
適した周波数の交流電圧で駆動させようとすると共振周
波数の異なる他の屈曲振動体を駆動できなくなり、回転
の効率を高めることができない。
【0005】屈曲振動体および圧電体の加工精度を向上
することにより屈曲振動体の共振周波数のバラツキを小
さくするには製造装置や製造プロセス全般にわたる改善
が必要となり、大幅なコスト増加が避けられない。その
ため、効率の高いアクチュエータを製造することが困難
であった。
することにより屈曲振動体の共振周波数のバラツキを小
さくするには製造装置や製造プロセス全般にわたる改善
が必要となり、大幅なコスト増加が避けられない。その
ため、効率の高いアクチュエータを製造することが困難
であった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、レーザービーム、イオンビームまたはプ
ラズマを用いて圧電体を切削加工することにより周波数
を補正し、複数の屈曲振動体の共振周波数のバラツキを
減少させる。また、インピーダンスアナライザによる電
気的測定またはレーザードップラ振動計による測定を行
い屈曲振動体の共振周波数を測定しながら、共振周波数
を補正する。
め、本発明は、レーザービーム、イオンビームまたはプ
ラズマを用いて圧電体を切削加工することにより周波数
を補正し、複数の屈曲振動体の共振周波数のバラツキを
減少させる。また、インピーダンスアナライザによる電
気的測定またはレーザードップラ振動計による測定を行
い屈曲振動体の共振周波数を測定しながら、共振周波数
を補正する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に説明
する。まず、電歪素子(圧電素子)を応用した回転式ア
クチュエータについて説明する。図1に実施例の小型回
転式アクチュエータの構造の概略を示す。本発明の回転
型アクチュエータは、一般的な超音波モータにおけるロ
ータにあたる回転体1と複数の屈曲振動体2を有するも
ので、屈曲振動体2は交流電圧の印加により伸縮振動作
用を生じるPZTセラミックス材料またはニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウムなどの結晶材料からなる電歪
素子3と電歪効果がなく伸縮作用を生じないステンレス
スチールや銅合金などの弾性体4を接着により貼りあわ
せてある。電歪素子3に交流電圧を印加することにより
伸縮振動作用が生じるが、弾性体4は伸縮しないため、
それらが貼合わされた屈曲振動体2にはたわみが生じ、
印加された交流電圧に同期した振動を生じる。屈曲振動
体2は片持ち構造であるため、たわみを生じ、その先端
部の振動運動は垂直成分のみでなく回転体1に回転トル
クを与える水平成分を有する。屈曲振動体2の先端部が
回転体1裏面を連続的に衝撃することにより回転トルク
を発生し、回転動作を得るのである。通常屈曲振動体2
の衝撃が回転体1へ有効に伝達するようバネまたは磁石
5の引力により回転体1と屈曲振動体2を密着させる構
造をとる。磁石5を用いる場合は回転体1に鉄系材料な
どを用いれば良い。
する。まず、電歪素子(圧電素子)を応用した回転式ア
クチュエータについて説明する。図1に実施例の小型回
転式アクチュエータの構造の概略を示す。本発明の回転
型アクチュエータは、一般的な超音波モータにおけるロ
ータにあたる回転体1と複数の屈曲振動体2を有するも
ので、屈曲振動体2は交流電圧の印加により伸縮振動作
用を生じるPZTセラミックス材料またはニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウムなどの結晶材料からなる電歪
素子3と電歪効果がなく伸縮作用を生じないステンレス
スチールや銅合金などの弾性体4を接着により貼りあわ
せてある。電歪素子3に交流電圧を印加することにより
伸縮振動作用が生じるが、弾性体4は伸縮しないため、
それらが貼合わされた屈曲振動体2にはたわみが生じ、
印加された交流電圧に同期した振動を生じる。屈曲振動
体2は片持ち構造であるため、たわみを生じ、その先端
部の振動運動は垂直成分のみでなく回転体1に回転トル
クを与える水平成分を有する。屈曲振動体2の先端部が
回転体1裏面を連続的に衝撃することにより回転トルク
を発生し、回転動作を得るのである。通常屈曲振動体2
の衝撃が回転体1へ有効に伝達するようバネまたは磁石
5の引力により回転体1と屈曲振動体2を密着させる構
造をとる。磁石5を用いる場合は回転体1に鉄系材料な
どを用いれば良い。
【0008】上記のような動作原理を有する回転式アク
チュエータにおいて、大きな発生トルクを得るためには
1つの回転体1に対し複数の屈曲振動体2を設ければ良
いが、複数の屈曲振動体2のそれぞれの共振周波数は必
ずしも一致しない。屈曲振動体2は固有の共振周波数を
有するが、屈曲振動体2の共振周波数は寸法精度や電歪
素子3と弾性体4の接着強度に依存したバラツキを生じ
る。複数の屈曲振動体2の共振周波数の差が大きいと、
ある1つの屈曲振動体2の共振周波数に合致させた交流
電圧を印加する場合、他の屈曲振動体2は著しく小さな
振幅(振動変位)しか得られないか、あるいはほとんど
振動動作しないことが有る。そのような不具合が生じた
場合、振動動作しない屈曲振動体2は回転トルクを生じ
ないばかりか摩擦抵抗を生じて回転動作を阻害すること
になる。
チュエータにおいて、大きな発生トルクを得るためには
1つの回転体1に対し複数の屈曲振動体2を設ければ良
いが、複数の屈曲振動体2のそれぞれの共振周波数は必
ずしも一致しない。屈曲振動体2は固有の共振周波数を
有するが、屈曲振動体2の共振周波数は寸法精度や電歪
素子3と弾性体4の接着強度に依存したバラツキを生じ
る。複数の屈曲振動体2の共振周波数の差が大きいと、
ある1つの屈曲振動体2の共振周波数に合致させた交流
電圧を印加する場合、他の屈曲振動体2は著しく小さな
振幅(振動変位)しか得られないか、あるいはほとんど
振動動作しないことが有る。そのような不具合が生じた
場合、振動動作しない屈曲振動体2は回転トルクを生じ
ないばかりか摩擦抵抗を生じて回転動作を阻害すること
になる。
【0009】異なる共振周波数を持つ屈曲振動体2それ
ぞれに対し個別に交流電源を与え、共振周波数のバラツ
キの問題を回避することは不可能ではないが、周波数、
位相の異なる同期しない複数の振動で回転体1を衝撃す
るため期待するような効率の向上は得られない。さら
に、複数の電源を用いることによるコスト増加がある。
以上のような問題点を根本的に解決するには屈曲振動体
2を駆動するための電歪素子3をレーザービームなどの
収束ビームにより精密に切削加工し、屈曲振動体2の共
振周波数のバラツキを補正することがもっとも有効な手
段である。
ぞれに対し個別に交流電源を与え、共振周波数のバラツ
キの問題を回避することは不可能ではないが、周波数、
位相の異なる同期しない複数の振動で回転体1を衝撃す
るため期待するような効率の向上は得られない。さら
に、複数の電源を用いることによるコスト増加がある。
以上のような問題点を根本的に解決するには屈曲振動体
2を駆動するための電歪素子3をレーザービームなどの
収束ビームにより精密に切削加工し、屈曲振動体2の共
振周波数のバラツキを補正することがもっとも有効な手
段である。
【0010】(実施例)図1に本発明の実施例の小型回
転式アクチュエータの構造の概略を示す。実施例の小型
回転式アクチュエータは、磁石6、屈曲振動体2、回転
体1、回転軸7から構成されている。実施例の小型回転
式アクチュエータの大きさは、直径約2mmである。磁
石6および回転体1は切削加工により円筒形状および円
盤形状に加工されており、その材質は非磁性のステンレ
ス鋼である。屈曲振動体2と磁石6はロウ付け法により
接合してある。回転軸7の材質は鋼であり、その表面に
は耐食、耐磨耗および摩擦抵抗低減を目的としてフッ素
樹脂コーティング処理を行ってある。軸の直径は0.5
mmである。回転体1と回転軸7ははめ合わせてある。
転式アクチュエータの構造の概略を示す。実施例の小型
回転式アクチュエータは、磁石6、屈曲振動体2、回転
体1、回転軸7から構成されている。実施例の小型回転
式アクチュエータの大きさは、直径約2mmである。磁
石6および回転体1は切削加工により円筒形状および円
盤形状に加工されており、その材質は非磁性のステンレ
ス鋼である。屈曲振動体2と磁石6はロウ付け法により
接合してある。回転軸7の材質は鋼であり、その表面に
は耐食、耐磨耗および摩擦抵抗低減を目的としてフッ素
樹脂コーティング処理を行ってある。軸の直径は0.5
mmである。回転体1と回転軸7ははめ合わせてある。
【0011】図2は屈曲振動体2の構造の概略を示す図
である。実施例の小型回転式アクチュエータは3つの屈
曲振動体2を有しており、回転軸7を中心とする回転対
称状に配置されている。なお、2つまたは4つ以上の屈
曲振動体を有する小型回転式アクチュエータであっても
本発明の効果は有効である。屈曲振動体2は弾性体4と
電歪素子3から構成される。電歪素子3の材質は一般的
に圧電材料と呼ばれるPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)
セラッミクスである。圧電材料は一般に、電圧を印加す
ることで伸縮する電歪効果をを有しており、PZTセラ
ミックスは特に高い特性を有しているため、超音波モー
タをはじめとする圧電アクチュエータに広く応用されて
いる材料である。実施例の小型回転式アクチュエータに
用いた電歪素子3は、PZTセラッミクスのバルク材を
ラッピング研磨により120μm厚の板材に加工し、ダ
イシングソー(ウェハ切断機)により1.3mm×0.
35mmの長方形に切り出したものである。電歪素子3
には金属電極およびPZT材料表面を保護する目的とし
て1500オングストローム厚のアルミニウム薄膜を蒸
着してある。また、電歪効果を生じさせるための分極処
理を行ってある。弾性体4はフォトファブリケーション
およびエッチング法により加工され、その材質は非磁性
のステンレス鋼で、厚さは0.1mmである。電歪素子
3は弾性体4とエポキシ系接着剤により接着されてお
り、電歪素子3表面の金属電極8には超音波式ワイヤボ
ンダー装置を用いて電気配線されおり、電歪素子3を駆
動する電圧を印加することができる。
である。実施例の小型回転式アクチュエータは3つの屈
曲振動体2を有しており、回転軸7を中心とする回転対
称状に配置されている。なお、2つまたは4つ以上の屈
曲振動体を有する小型回転式アクチュエータであっても
本発明の効果は有効である。屈曲振動体2は弾性体4と
電歪素子3から構成される。電歪素子3の材質は一般的
に圧電材料と呼ばれるPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)
セラッミクスである。圧電材料は一般に、電圧を印加す
ることで伸縮する電歪効果をを有しており、PZTセラ
ミックスは特に高い特性を有しているため、超音波モー
タをはじめとする圧電アクチュエータに広く応用されて
いる材料である。実施例の小型回転式アクチュエータに
用いた電歪素子3は、PZTセラッミクスのバルク材を
ラッピング研磨により120μm厚の板材に加工し、ダ
イシングソー(ウェハ切断機)により1.3mm×0.
35mmの長方形に切り出したものである。電歪素子3
には金属電極およびPZT材料表面を保護する目的とし
て1500オングストローム厚のアルミニウム薄膜を蒸
着してある。また、電歪効果を生じさせるための分極処
理を行ってある。弾性体4はフォトファブリケーション
およびエッチング法により加工され、その材質は非磁性
のステンレス鋼で、厚さは0.1mmである。電歪素子
3は弾性体4とエポキシ系接着剤により接着されてお
り、電歪素子3表面の金属電極8には超音波式ワイヤボ
ンダー装置を用いて電気配線されおり、電歪素子3を駆
動する電圧を印加することができる。
【0012】実施例の小型回転式アクチュエータの電歪
素子3に交流電源である発振器により交流電圧を印加す
るとその電圧の正負に応じて面方向に伸縮するが、接着
されている弾性体4は伸縮しないため、電歪素子3が伸
びる時は屈曲振動体2は上方へたわみ、逆に電歪素子3
が縮む時は下方へたわみ、これが連続することで屈曲振
動体2の先端部が上下に屈曲振動する。屈曲振動体2の
先端部が大きな振幅で振動するのに対し、もう一端の磁
石6に固定された側の振幅は小さい。図3に屈曲振動体
の動作の概略を示す。この屈曲振動体の共振周波数に一
致する周波数の交流電圧を与えた時に最も大きい振幅を
もって高い効率で振動する。以上に述べた実施例の小型
回転式アクチュエータの屈曲振動体2にインピーダンス
アナライザを接続し、電気的に共振周波数を測定した。
インピーダンスアナライザから入力する交流電圧の周波
数を走査しながら屈曲振動体2のアドミッタンスを測定
するとある周波数においてアドミッタンスが大きなピー
クを持つ。このときの周波数がその屈曲振動体2の共振
周波数である。
素子3に交流電源である発振器により交流電圧を印加す
るとその電圧の正負に応じて面方向に伸縮するが、接着
されている弾性体4は伸縮しないため、電歪素子3が伸
びる時は屈曲振動体2は上方へたわみ、逆に電歪素子3
が縮む時は下方へたわみ、これが連続することで屈曲振
動体2の先端部が上下に屈曲振動する。屈曲振動体2の
先端部が大きな振幅で振動するのに対し、もう一端の磁
石6に固定された側の振幅は小さい。図3に屈曲振動体
の動作の概略を示す。この屈曲振動体の共振周波数に一
致する周波数の交流電圧を与えた時に最も大きい振幅を
もって高い効率で振動する。以上に述べた実施例の小型
回転式アクチュエータの屈曲振動体2にインピーダンス
アナライザを接続し、電気的に共振周波数を測定した。
インピーダンスアナライザから入力する交流電圧の周波
数を走査しながら屈曲振動体2のアドミッタンスを測定
するとある周波数においてアドミッタンスが大きなピー
クを持つ。このときの周波数がその屈曲振動体2の共振
周波数である。
【0013】図4に実施例の小型回転式アクチュエータ
の屈曲振動体2の共振周波数を測定した例を示す。実施
例の小型回転式アクチュエータは屈曲振動体2を3つ有
するので、それぞれを屈曲振動体A、屈曲振動体B、屈
曲振動体Cと区別することとする。横軸はインピーダン
スアナライザから入力している交流電圧の周波数(kH
z)、縦軸は電流の流れやすさを示すアドミッタンス
(任意単位)である。鋭いピークは屈曲振動体2の共振
周波数であり、その周波数において効率良く電力が屈曲
振動体2の振動エネルギーに変換されていることを示し
ている。共振周波数の測定には前述のインピーダンスア
ナライザを用いる方法が手軽であるが、レーザードップ
ラ振動計を用いて屈曲振動体の振幅(振動変位量)を計
測しても良い。最も大きな振幅が得られる周波数が共振
周波数である。レーザードップラ振動計の原理などにつ
いては、「計測技術」誌’91−10号を参照すると良
い。
の屈曲振動体2の共振周波数を測定した例を示す。実施
例の小型回転式アクチュエータは屈曲振動体2を3つ有
するので、それぞれを屈曲振動体A、屈曲振動体B、屈
曲振動体Cと区別することとする。横軸はインピーダン
スアナライザから入力している交流電圧の周波数(kH
z)、縦軸は電流の流れやすさを示すアドミッタンス
(任意単位)である。鋭いピークは屈曲振動体2の共振
周波数であり、その周波数において効率良く電力が屈曲
振動体2の振動エネルギーに変換されていることを示し
ている。共振周波数の測定には前述のインピーダンスア
ナライザを用いる方法が手軽であるが、レーザードップ
ラ振動計を用いて屈曲振動体の振幅(振動変位量)を計
測しても良い。最も大きな振幅が得られる周波数が共振
周波数である。レーザードップラ振動計の原理などにつ
いては、「計測技術」誌’91−10号を参照すると良
い。
【0014】屈曲振動体2の共振周波数を補正する前の
小型回転型アクチュエータの屈曲振動体2に発振器を接
続し、屈曲振動体Bおよび屈曲振動体Cの共振周波数に
近い460Hzの交流電圧を印加した。発振器の出力電
圧が5Vppでは回転体1が回転動作せず、10Vpp
まで上げたところ約100rpmで回転動作した。図4
に示す測定においては、実施例の小型回転式アクチュエ
ータの屈曲振動体2の共振周波数のバラツキを補正して
いないため、屈曲振動体Bおよび屈曲振動体Cに対し屈
曲振動体Aの共振周波数はやや低いことがわかる。一般
的に片持ちの振動片は、その長さが長いほど共振周波数
が低く、短いほど共振周波数が高くなる。したがって、
屈曲振動体Aの電歪素子3の長さが短くなるように加工
して共振周波数が高くなるように補正すれば3つの屈曲
振動体2の共振周波数のバラツキを小さくできる。
小型回転型アクチュエータの屈曲振動体2に発振器を接
続し、屈曲振動体Bおよび屈曲振動体Cの共振周波数に
近い460Hzの交流電圧を印加した。発振器の出力電
圧が5Vppでは回転体1が回転動作せず、10Vpp
まで上げたところ約100rpmで回転動作した。図4
に示す測定においては、実施例の小型回転式アクチュエ
ータの屈曲振動体2の共振周波数のバラツキを補正して
いないため、屈曲振動体Bおよび屈曲振動体Cに対し屈
曲振動体Aの共振周波数はやや低いことがわかる。一般
的に片持ちの振動片は、その長さが長いほど共振周波数
が低く、短いほど共振周波数が高くなる。したがって、
屈曲振動体Aの電歪素子3の長さが短くなるように加工
して共振周波数が高くなるように補正すれば3つの屈曲
振動体2の共振周波数のバラツキを小さくできる。
【0015】実施例のような大きさが数mm程度の小型
の回転式アクチュエータの屈曲振動体2の共振周波数を
補正するような精密作業においては、たとえばフライス
盤のような機械的切削加工は適していない。電歪素子3
の材料となるPZTセラミックスなどの脆性材料では、
一般的に機械的切削加工は困難であり、また本発明の対
象とする小型回転式アクチュエータの屈曲振動体2は機
械加工を施すために強固に固定することが困難であり、
レーザービームまたはイオンビームなどのビーム加工法
を用いる必要がある。
の回転式アクチュエータの屈曲振動体2の共振周波数を
補正するような精密作業においては、たとえばフライス
盤のような機械的切削加工は適していない。電歪素子3
の材料となるPZTセラミックスなどの脆性材料では、
一般的に機械的切削加工は困難であり、また本発明の対
象とする小型回転式アクチュエータの屈曲振動体2は機
械加工を施すために強固に固定することが困難であり、
レーザービームまたはイオンビームなどのビーム加工法
を用いる必要がある。
【0016】図6に実施例の小型回転式アクチュエータ
のエキシマレーザーによる電歪素子の加工方法を模式的
に示す。小型回転式アクチュエータはX−Yステージ上
に固定され、レーザーで加工する位置を精密に補正でき
る。加工中に屈曲振動体2の共振周波数を測定できるよ
うに、インピーダンスアナライザを接続する。加工用の
レーザーは材料に対して熱的影響の少ないとされるエキ
シマレーザーを用いた。エキシマレーザー発振装置から
発したレーザービームはミラー9で反射されて、レンズ
10およびスリットを開けたマスク11により絞られて
電歪素子3に達し、電歪素子3の一部を蒸発させて加工
することができる。実施例ではレーザービームのエネル
ギーを600mJ、レーザーパルスくり返し周波数を5
0Hzとし、レーザーパルス照射100ショットごとイ
ンピーダンスアナライザーにより屈曲振動体2の共振周
波数を計測した。
のエキシマレーザーによる電歪素子の加工方法を模式的
に示す。小型回転式アクチュエータはX−Yステージ上
に固定され、レーザーで加工する位置を精密に補正でき
る。加工中に屈曲振動体2の共振周波数を測定できるよ
うに、インピーダンスアナライザを接続する。加工用の
レーザーは材料に対して熱的影響の少ないとされるエキ
シマレーザーを用いた。エキシマレーザー発振装置から
発したレーザービームはミラー9で反射されて、レンズ
10およびスリットを開けたマスク11により絞られて
電歪素子3に達し、電歪素子3の一部を蒸発させて加工
することができる。実施例ではレーザービームのエネル
ギーを600mJ、レーザーパルスくり返し周波数を5
0Hzとし、レーザーパルス照射100ショットごとイ
ンピーダンスアナライザーにより屈曲振動体2の共振周
波数を計測した。
【0017】以上のように共振周波数を補正した屈曲振
動体の共振周波数を図5に示す。レーザー加工によって
屈曲振動体Aの共振周波数は高くなり、屈曲振動体Bお
よび屈曲振動体Cに近付き、バラツキが小さくなってい
る。上に述べた周波数の補正方法をフローチャートの形
に示す。図中、(A)より(B)までは屈曲振動体の製
作を示し、(B)より(D)までが屈曲振動体の周波数
補正方法を示している。
動体の共振周波数を図5に示す。レーザー加工によって
屈曲振動体Aの共振周波数は高くなり、屈曲振動体Bお
よび屈曲振動体Cに近付き、バラツキが小さくなってい
る。上に述べた周波数の補正方法をフローチャートの形
に示す。図中、(A)より(B)までは屈曲振動体の製
作を示し、(B)より(D)までが屈曲振動体の周波数
補正方法を示している。
【0018】図7は本発明の補正方法の工程を示す図で
ある。まず、ステンレス鋼などの金属板からエッチング
法により弾性体を製作し、また、圧電性セラッミクス材
料(圧電体)をダイシング法により切り出して電歪素子
を製作する。つぎに弾性体と電歪素子を接着して屈曲振
動体とする。電歪素子表面の金属電極に金属導線をワイ
ヤボンディングして、屈曲振動を励起するための電圧を
印加する配線とする。
ある。まず、ステンレス鋼などの金属板からエッチング
法により弾性体を製作し、また、圧電性セラッミクス材
料(圧電体)をダイシング法により切り出して電歪素子
を製作する。つぎに弾性体と電歪素子を接着して屈曲振
動体とする。電歪素子表面の金属電極に金属導線をワイ
ヤボンディングして、屈曲振動を励起するための電圧を
印加する配線とする。
【0019】以上のように製作した屈曲振動体について
(B)以降の工程でその共振周波数を補正する。 ま
ず、3つの屈曲振動体A、B、Cのそれぞれの共振周波
数を測定する。共振周波数の測定にはインピーダンスア
ナライザまたはレーザードップラ振動計を用いる。測定
した共振周波数のうち最も高いものを基準周波数として
選択する。エキシマレーザーで電歪素子を除去加工した
場合、寸法が短くなり共振周波数が高くなるため、周波
数を下げるような補正は不可能だからである。具体的に
は、屈曲振動体A、B、Cの共振周波数をfa、fb、f
cとしたとき、例えば、もし周波数faがもっとも高かっ
た場合は、屈曲振動体BおよびCについて周波数の補正
を行い、3つの周波数の差を低減させる。屈曲振動体B
の電歪素子をエキシマレーザーにより除去加工し、再
び、その共振周波数fbを測定する。そして、屈曲振動
体Aの共振周波数faと屈曲振動体Bの共振周波数fbの
差が5kHz以下になるまで、図7の(C)以降の周波
数補正工程を繰り返す。次に屈曲振動体Cについて同じ
く(C)以降の工程を実施する。
(B)以降の工程でその共振周波数を補正する。 ま
ず、3つの屈曲振動体A、B、Cのそれぞれの共振周波
数を測定する。共振周波数の測定にはインピーダンスア
ナライザまたはレーザードップラ振動計を用いる。測定
した共振周波数のうち最も高いものを基準周波数として
選択する。エキシマレーザーで電歪素子を除去加工した
場合、寸法が短くなり共振周波数が高くなるため、周波
数を下げるような補正は不可能だからである。具体的に
は、屈曲振動体A、B、Cの共振周波数をfa、fb、f
cとしたとき、例えば、もし周波数faがもっとも高かっ
た場合は、屈曲振動体BおよびCについて周波数の補正
を行い、3つの周波数の差を低減させる。屈曲振動体B
の電歪素子をエキシマレーザーにより除去加工し、再
び、その共振周波数fbを測定する。そして、屈曲振動
体Aの共振周波数faと屈曲振動体Bの共振周波数fbの
差が5kHz以下になるまで、図7の(C)以降の周波
数補正工程を繰り返す。次に屈曲振動体Cについて同じ
く(C)以降の工程を実施する。
【0020】なお、GP−IBなどのデジタルインター
フェース機構を用いたインピーダンスアナライザを用い
てコンピュータに接続することにより上記の工程をプロ
グラミングによる自動化運転とすることも可能である。
以上のように屈曲振動体2の共振周波数を補正した実施
例の小型回転アクチュエータに発振器を接続し、460
kHzの交流電圧を与えたところ、5Vppで約90r
pmの回転動作が得られた。発振器の出力電圧を10V
ppとすると200rpm以上の回転動作が得られた。
本発明により屈曲振動体2の共振周波数を補正しない場
合に比べて効率の高い小型回転式アクチュエータを実現
することができた。
フェース機構を用いたインピーダンスアナライザを用い
てコンピュータに接続することにより上記の工程をプロ
グラミングによる自動化運転とすることも可能である。
以上のように屈曲振動体2の共振周波数を補正した実施
例の小型回転アクチュエータに発振器を接続し、460
kHzの交流電圧を与えたところ、5Vppで約90r
pmの回転動作が得られた。発振器の出力電圧を10V
ppとすると200rpm以上の回転動作が得られた。
本発明により屈曲振動体2の共振周波数を補正しない場
合に比べて効率の高い小型回転式アクチュエータを実現
することができた。
【0021】
【発明の効果】本発明の方法で屈曲振動体の共振周波数
を補正することにより、直径数mmの小型形状であって
も効率良くトルクを発生し、優れた回転式アクチュエー
タを実現することができる。
を補正することにより、直径数mmの小型形状であって
も効率良くトルクを発生し、優れた回転式アクチュエー
タを実現することができる。
【図1】本発明の小型回転式アクチュエータの一実施例
の構造を示す図
の構造を示す図
【図2】本発明の屈曲振動体の構造を示す図
【図3】本発明の屈曲振動体の動作を示す図
【図4】本発明の屈曲振動体の共振周波数を示す図
【図5】本発明の共振周波数を補正した屈曲振動体の共
振周波数を示す図
振周波数を示す図
【図6】本発明の共振周波数補正方法を模式的に示す図
【図7】本発明の共振周波数補正方法の工程を示す図
1 回転体 2 屈曲振動体 3 電歪素子 4 弾性体 5 磁石 6 軸受 7 回転軸 8 金属電極 9 ミラー 10 レンズ 11 マスク
Claims (4)
- 【請求項1】 回転体と、電歪素子によって励振される
屈曲振動体を複数有し、屈曲振動体が振動により回転体
を衝撃することにより回転体にトルクを与え駆動する方
式の小型回転式アクチュエータにおいて、屈曲振動体を
駆動するための電歪素子を切削加工することにより共振
周波数を補正し、複数の屈曲振動体の共振周波数のバラ
ツキを補正し、回転効率を向上させたことを特徴とする
小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法。 - 【請求項2】 電歪素子を切削する手段としてレーザー
ビームを用いて複数の屈曲振動体の共振周波数の差を減
少させたことを特徴とする請求項1記載の小型回転式ア
クチュエータの共振周波数補正方法。 - 【請求項3】 電歪素子を切削する手段としてイオンビ
ームまたはプラズマなどの粒子ビームを用いて複数の屈
曲振動体の共振周波数の差を減少させたことを特徴とす
る請求項1記載の小型回転式アクチュエータの共振周波
数補正方法。 - 【請求項4】 複数の屈曲振動体の共振周波数のうち、
もっとも高いものを基準周波数とし、その他の屈曲振動
体の共振周波数と基準周波数との差が5kHz以内とな
るまで屈曲振動体の電歪素子を切削加工することを特徴
とする請求項2または請求項3記載の小型回転式アクチ
ュエータの共振周波数補正方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14071397A JP3434672B2 (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 小型回転式アクチュエータ及び小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法 |
US09/201,181 US6307299B1 (en) | 1997-05-29 | 1998-11-30 | Method of correcting a resonance frequency of a small rotary actuator |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14071397A JP3434672B2 (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 小型回転式アクチュエータ及び小型回転式アクチュエータの共振周波数補正方法 |
US09/201,181 US6307299B1 (en) | 1997-05-29 | 1998-11-30 | Method of correcting a resonance frequency of a small rotary actuator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10337052A true JPH10337052A (ja) | 1998-12-18 |
JP3434672B2 JP3434672B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=26473150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6307299B1 (ja) |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2006304425A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Olympus Corp | 超音波モータの運転方法 |
JP2006320089A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Brother Ind Ltd | アクチュエータ、アクチュエータの製造方法、焦点可変装置、光走査装置及び画像表示装置 |
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JP3939048B2 (ja) * | 1999-05-17 | 2007-06-27 | セイコーインスツル株式会社 | 圧電アクチュエータ |
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JP2008043133A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Hitachi Via Mechanics Ltd | 揺動アクチュエータ装置およびレーザ加工装置 |
WO2009128546A1 (ja) | 2008-04-18 | 2009-10-22 | 日本碍子株式会社 | 圧電/電歪デバイスの検査方法及び検査装置、並びに圧電/電歪デバイスの調整方法 |
CN110492785A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-11-22 | 南京航空航天大学 | 一种十字梁旋转型超声电机及其控制方法 |
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FR2464595A1 (fr) * | 1979-08-31 | 1981-03-06 | Ebauches Sa | Procede de detection d'asymetrie de resonateurs a cristal piezoelectrique en forme de diapason et resonateurs pour sa mise en oeuvre |
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JPS60123106A (ja) | 1983-12-06 | 1985-07-01 | Nec Corp | 周波数トリミング法 |
US4505014A (en) * | 1983-12-19 | 1985-03-19 | Litton Resources Systems, Inc. | Accelerometer manufacturing method |
JPH03285575A (ja) | 1990-03-30 | 1991-12-16 | Nissan Motor Co Ltd | 超音波モーター |
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-
1997
- 1997-05-29 JP JP14071397A patent/JP3434672B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-11-30 US US09/201,181 patent/US6307299B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6307299B1 (en) | 2001-10-23 |
JP3434672B2 (ja) | 2003-08-11 |
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