JPH10341580A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動の妨げとなることがなく、ＧＮＤ線の配
線を容易に行うことを可能にする。 【解決手段】 弾性体１１に接合された電気機械変換素
子１２Ａ，１２Ｂに駆動信号を印加することにより、そ
の弾性体１１に縦振動と屈曲振動を調和的に発生させ、
その弾性体の所定位置にある駆動力取出部１１ａと加圧
接触した相対運動部材２０との間で相対運動を行なう振
動アクチュエータであって、電気機械変換素子１２Ａ，
１２Ｂ，１２Ｐ，１２Ｐ’は、弾性体１１の駆動力取出
部１１ａと反対側の面に設けられ、その面に形成された
溝１６に、共通電位に接続されるＧＮＤ線１５Ｇが設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械変換素子
により、弾性体に振動を発生させて、駆動力を得る振動
アクチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の振動アクチュエータは、
電気機械変換素子（圧電体、電歪素子など、以下代表し
て圧電体と表記する）により、弾性体を振動させ、複数
の振動モードを調和的に発生させることにより、その弾
性体の所定の位置に、楕円運動を発生させて、弾性体を
自走させるか又はその弾性体に接触する移動体を駆動す
るものが知られている。

【０００３】図５は、従来の振動アクチュエータの一例
を示す斜視図である。この振動アクチュエータ１００
は、弾性体１０１と、弾性体１０１に接合された圧電体
１０２とを備え、弾性体１０１の中央部を固定して、圧
電体１０２に交流電圧を印加することにより、弾性体１
０１に縦振動と屈曲振動を調和的に発生させることによ
り、駆動力を得る超音波モータである。

【０００４】弾性体１０１は、平板形状をしており、縦
振動１次モードと屈曲振動４次モード（又は８次モー
ド）の共振周波数が非常に近い値となるような形状に設
計されている。この弾性体１０１は、屈曲振動４次モー
ドの腹となる部分に、突起部１０１ａ，１０１ｂが設け
られており、駆動用の突起部１０１ａ，１０１ｂの先端
には、摺動材１０３が貼付されている。

【０００５】圧電体１０２は、駆動用の圧電体１０２
Ａ，１０２Ｂと、ピックアップ用の圧電体１０２Ｐ，１
０２Ｐ’からなり、弾性体１０１の上面（突起部１０１
ａ，１０１ｂの反対側）に設けられている。

【０００６】そして、この振動アクチュエータ１０１
は、圧電体１０２Ａ，１０２Ｂに、２つの共振周波数に
近い周波数の交流電圧を２相印加することにより、弾性
体１０１に２つのモードが調和した振動を発生させ、突
起部１０１ａ，１０１ｂの先端部が楕円運動することに
より、駆動力を得ることができる。

【０００７】弾性体１０１は、通常、共通電位（以下、
ＧＮＤと表記する）に接続されており、ＧＮＤ線１０５
は、駆動特性の左右差を小さくするために、弾性体１０
１の中央部に接続されていた。また、弾性体１０１は、
図１に示すように、圧電体１０２が上面に接合されてお
り、下面には、２つの突起部１０１ａ，１０１ｂが設け
られている。このために、従来のＧＮＤ線１０５は、弾
性体１０１の下面（駆動面側）に接続されていた。

【０００８】接続方法は、ＧＮＤ線１０５を弾性体１０
１の下面中央部に直接半田付するか、又は、図５（Ｂ−
１）に示すように、ＧＮＤ線１０５を銅箔１０４などに
半田付し、その銅箔１０４を弾性体１０１の下面中央に
接着するなどしていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の振動アクチュエータは、ＧＮＤ線の配線をする場合
に、弾性体の２つの突起部の間に、直接半田付けをする
か、又は、駆動面側に銅箔等を接着し、それに半田付け
をしていたので、突起部を小さくしたり、無くしたとき
には、半田やＧＮＤ線が出っ張ってしまい、駆動の妨げ
となるという問題があった。

【００１０】また、図４（Ｂ−１）に示すように、ＧＮ
Ｄ線１０５の配線だけを、駆動面側から行っており、他
の配線１０６と異なっているために、配線が煩雑である
という、問題があった。

【００１１】一方、図４（Ｂ−２）に示すように、ＧＮ
Ｄ線１０９Ｇを含んだフレキシブル基板１０７を用いた
場合には、銅箔などによる接合部１０９ａ，１０９ｂ
を、両面に設けなければならず、コストアップの原因と
なる。

【００１２】本発明の課題は、駆動の妨げとなることが
なく、ＧＮＤ線の配線が容易に行なえる振動アクチュエ
ータを提供することである。

【００１３】

【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の発明は、弾性体（１１）に接合された電
気機械変換素子（１２）に駆動信号を印加することによ
り、その弾性体に縦振動と屈曲振動を調和的に発生さ
せ、その弾性体の所定位置にある駆動力取出部（１１
ａ）と加圧接触した相対運動部材（２０）との間で相対
運動を行なう振動アクチュエータにおいて、前記電気機
械変換素子（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｐ，１２Ｐ’）は、
前記弾性体の一方の面に設けられており、前記弾性体の
前記一方の面に、共通電位に接続されるＧＮＤ線（１５
Ｇ）が設けられていることを特徴とする振動アクチュエ
ータである。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１に記載された
振動アクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子
（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｐ，１２Ｐ’）は、前記弾性体
の前記駆動力取出部（１１ａ）と反対側の面に設けられ
ていることを特徴とする振動アクチュエータである。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載された振動アクチュエータにおいて、前記ＧＮＤ
線（１５Ｇ）は、前記弾性体の相対運動の方向の略中央
部に設けられていることを特徴とする振動アクチュエー
タである。

【００１６】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
までのいずれか１項に記載された振動アクチュエータに
おいて、前記弾性体と前記電気機械変換素子の間に取付
用溝部（１６）を設け、前記ＧＮＤ線（１５Ｇ）は、前
記取付用溝部に取り付けられることを特徴とする振動ア
クチュエータである。

【００１７】請求項５の発明は、請求項１から請求項３
までのいずれか１項に記載された振動アクチュエータに
おいて、前記弾性体と前記電気機械変換素子の間に電極
用部材（１７）を挟んで接合し、前記ＧＮＤ線（１５
Ｇ）は、前記電極用部材に取り付けられることを特徴と
する振動アクチュエータである。

【００１８】請求項６の発明は、請求項１から請求項３
までのいずれか１項に記載された振動アクチュエータに
おいて、前記弾性体に接合した前記電気機械変換素子の
略中央部に取付用孔（１８）をあらかじめ設けておき、
前記ＧＮＤ線（１５Ｇ）は、前記取付用孔を介して、前
記弾性体に取り付けられることを特徴とする振動アクチ
ュエータ。

【００１９】請求項７の発明は、請求項１から請求項６
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ＧＮＤ線は、前記電気機械変換素子に接続
される駆動用線及び／又は検出用線と一体となったフレ
キシブルプリント基板（１９）に配線されており、前記
ＧＮＤ線、前記駆動用線及び前記検出用線は、前記フレ
キシブルプリント基板の一方の面に、接合部（１９ａ）
が形成されていることを特徴とする振動アクチュエータ
である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照して、本発
明の実施の形態をあげて、さらに詳しく説明する。図１
は、本発明の振動アクチュエータの第１実施形態を示す
図であって、図１（Ａ）は、配線を示す平面図、図１
（Ｂ）は、振動アクチュエータの単体を示す斜視図であ
る。なお、前述した従来例と同様な機能を果たす部分に
は、末尾に統一した符号を付して、重複する説明を適宜
省略する。また、以下に示す各実施形態では、振動アク
チュエータは、超音波領域の振動を利用した超音波アク
チュエータを例にして説明する。

【００２１】第１実施形態の超音波アクチュエータ１０
は、弾性体１１と、弾性体１１に接合された４つの圧電
体１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｐ，１２Ｐ’とを備えている。
圧電体１２Ａ，１２Ｂは、駆動用の圧電体であり、圧電
効果によって弾性体１１に、縦・屈曲振動を発生させる
ためのものである。また、圧電体１２Ｐ，１２Ｐ’は、
弾性体１１に発生する振動の状態をモニタするための圧
電体であり、制御回路（不図示）に接続されている。

【００２２】この実施形態では、弾性体１１は、本体の
ほぼ中央部に、溝１４が切削加工してある。この溝１４
は、ＧＮＤ線１５Ｇがはみ出すことなく収まるように形
成されている。このために、ＧＮＤ線１５Ｇは、圧電体
１２の貼付面に出っ張らないようになっている。この溝
１４は、弾性体１１の中央部に加工することが望まし
い。その理由は、駆動時に左右差が起こらないようにす
るためである。

【００２３】この超音波アクチュエータ１０は、上記の
ような構成をもつので、圧電体１２Ａ，１２Ｂに、電気
的位相が９０度異なる交流電圧を印加することにより、
弾性体１１に、縦１次・屈曲４次の振動を発生させる。
この超音波アクチュエータ１０は、屈曲４次の振動モー
ドの腹の位置に楕円運動が発生する位置を駆動力取出部
１１ａ，１１ｂとしている。そして、この駆動力取出部
１１ａ，１１ｂに、レール等の相対運動部材２０に加圧
接触させることによって駆動力が得られる。

【００２４】この駆動力取出部１１ａ、１１ｂは、従来
のように、突起状に形成しておらず、単に、摺動材１
３，１３を貼っただけである。この場合には、本実施形
態のように、弾性体１１の上面からＧＮＤ線１５Ｇをと
ることが特に有効である。

【００２５】以上説明したように、第１実施形態は、弾
性体１１の非駆動面（上側）側に溝加工を施したので、
弾性体１１の非駆動面側からＧＮＤ線を含むすべての配
線が行えるようになった。このために、弾性体１１の片
側で、他の配線と一緒にＧＮＤ線の配線を行うことがで
き、配線がコンパクトになった。従って、ＧＮＤ線の配
線が容易に行え、取り扱いが非常に便利になった。

【００２６】また、ＧＮＤ線が、非駆動面側に設けられ
ているので、駆動力取出部に、摺動材１３，１３を貼っ
ただけの形態であっても、配線が駆動面（下面）側に出
っ張って駆動の妨げとなることはない。

【００２７】（第２実施形態）図２は、本発明の振動ア
クチュエータの第２実施形態を示す図であって、図２
（Ａ）は、配線を示す平面図、図２（Ｂ）は、振動アク
チュエータの単体を示す斜視図である。第２実施形態の
超音波アクチュエータ１０−２は、弾性体１１と、圧電
体１２とを接合するときに、銅箔等の電極材１７を間に
挟んで接合するようにしたものである。このときに、電
極材１７は、圧電体１２より一部大きな突出部１７ａを
有するものを使用する。そして、ＧＮＤ線１５Ｇは、突
出部１７ａから配線するようにしたものである。

【００２８】なお、突出部１７ａは、中央に設けたほう
が、左右差をなくすためには好ましいが、破線で示す突
出部１７ａ’のように、中央でなくてもよい。

【００２９】第２実施形態は、電極材１７に突出部１７
ａを設けるだけで済むので、簡単に実施することができ
る。

【００３０】（第３実施形態）図３は、本発明の振動ア
クチュエータの第３実施形態を示す図であって、図３
（Ａ）は、配線を示す平面図、図３（Ｂ）は、振動アク
チュエータの単体を示す斜視図である。第３実施形態の
超音波アクチュエータ１０−３は、弾性体１１に接合す
る圧電体１２の中央部付近に予め孔１８をあけておき、
その圧電体１２を弾性体１１に接合する。そして、ＧＮ
Ｄ線１５Ｇは、中央部の孔１８から弾性体１１に配線を
行うようにしたものである。

【００３１】第３実施形態は、ＧＮＤ線１５Ｇの接合位
置が他の駆動用線１５Ａ，１５Ｂ，ピックアップ用線１
５Ｐ，１５Ｐ’などと同一線上にあるので、作業がしや
すいという利点がある。

【００３２】（第４実施形態）図４は、本発明の振動ア
クチュエータの第４実施形態を示す図である。第４実施
形態は、駆動用線１９Ａ，１９Ｂ，ピックアップ用線１
９Ｐ，１９Ｐ’及びＧＮＤ線１９Ｇをフレシキブル基板
１９として、一体に成形したものである。フレキシブル
基板１９は、全部一体であると剛性をもってしまうの
で、各線１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｐ，１９Ｐ’毎に枝分か
れている。各線１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｐ，１９Ｐ’は、
先端部の片側だけが露出しており、銅箔などの接合部１
９ａが形成されている。また、反対側の面は、露出する
ことなく絶縁されている。圧電体とは、半田で付ける。
この場合に、第２実施形態と同様に、電極材１７の突出
部１７ａを設け、ＧＮＤ線１９Ｇを取り付けてある。

【００３３】第４実施形態は、図４（Ｂ）に示すよう
に、フレキシブル基板１９の銅箔などの接合部１９ａを
同じ側に設けることができるので、コストダウンを図る
ことができる。

【００３４】なお、第４実施形態の場合には、ＧＮＤ線
１９Ｇは、第１又は第３実施形態のように、取り付ける
ようにしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、弾性体
の電気機械変換素子のある側に、ＧＮＤ線の配線を行な
うことにより、全ての配線が同じ側にまとめることがで
き、配線が容易に行なえる。また、弾性体の駆動力取出
部が突出していない場合にも、駆動面側に出っ張るもの
がないので、容易に駆動に差し支えなく、ＧＮＤ線の配
線を行うことができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動アクチュエータの第１実施形態を
示す図であって、図１（Ａ）は、配線を示す平面図、図
１（Ｂ）は、振動アクチュエータの単体を示す斜視図で
ある。

【図２】本発明の振動アクチュエータの第２実施形態を
示す図であって、図２（Ａ）は、配線を示す平面図、図
２（Ｂ）は、振動アクチュエータの単体を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明の振動アクチュエータの第３実施形態を
示す図であって、図３（Ａ）は、配線を示す平面図、図
３（Ｂ）は、振動アクチュエータの単体を示す斜視図で
ある。

【図４】本発明の振動アクチュエータの第４実施形態を
示す図である。

【図５】従来の振動アクチュエータの一例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１０，１０−２，１０−３，１０−４ 超音波アクチュ
エータ １１ 弾性体 １２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｐ，１２Ｐ’） 圧電体 １３ 摺動材 １５ 配線 １６ 溝 １７ 電極材 １８ 孔 １９ フレキシブル基板 ２０ 相対運動部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性体に接合された電気機械変換素子に
   駆動信号を印加することにより、その弾性体に縦振動と
   屈曲振動を調和的に発生させ、その弾性体の所定位置に
   ある駆動力取出部と加圧接触した相対運動部材との間で
   相対運動を行なう振動アクチュエータにおいて、 前記電気機械変換素子は、前記弾性体の一方の面に設け
   られており、 前記弾性体の前記一方の面に、共通電位に接続されるＧ
   ＮＤ線が設けられていることを特徴とする振動アクチュ
   エータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された振動アクチュエー
   タにおいて、 前記電気機械変換素子は、前記弾性体の前記駆動力取出
   部と反対側の面に設けられていることを特徴とする振動
   アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載された振動
   アクチュエータにおいて、 前記ＧＮＤ線は、前記弾性体の相対運動の方向の略中央
   部に設けられていることを特徴とする振動アクチュエー
   タ。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３までのいずれか１
   項に記載された振動アクチュエータにおいて、 前記弾性体と前記電気機械変換素子の間に取付用溝部を
   設け、 前記ＧＮＤ線は、前記取付用溝部に取り付けられること
   を特徴とする振動アクチュエータ。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項３までのいずれか１
   項に記載された振動アクチュエータにおいて、 前記弾性体と前記電気機械変換素子の間に電極用部材を
   挟んで接合し、 前記ＧＮＤ線は、前記電極用部材に取り付けられること
   を特徴とする振動アクチュエータ。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項３までのいずれか１
   項に記載された振動アクチュエータにおいて、 前記弾性体に接合した前記電気機械変換素子の略中央部
   に取付用孔をあらかじめ設けておき、 前記ＧＮＤ線は、前記取付用孔を介して、前記弾性体に
   取り付けられることを特徴とする振動アクチュエータ。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６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ＧＮＤ線は、前記電気機械変換素子に接続される駆
   動用線及び／又は検出用線と一体となったフレキシブル
   プリント基板に配線されており、 前記ＧＮＤ線、前記駆動用線及び前記検出用線は、前記
   フレキシブルプリント基板の一方の面に、接合部が形成
   されていることを特徴とする振動アクチュエータ。