JPS6084890A - アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は圧電逆効果による圧電体の歪を利用した圧電体
の２次元振動もしくは３次元振動により、負荷を含む被
駆動体を移動させるアクチュエータに関するものである
。

〔発明の、背景〕

従来、圧電体を利用した移動装置としては、米国特許第
３９０２０８４号に示されるように圧電体の横効果と縦
効果を組み合わせたものがある。また、国内でも微小位
置決め装置として、特公昭５１−１２４９７号公報に示
されるような型微小移動装置がある。しかし、いずれも
被駆動体と圧電体が一体となっているため、被駆動体が
狭い隙間を移動する際に圧電体がそれに追従しなければ
ならないため被駆動体先端を圧電体設置箇所から遠ざけ
ねばならない欠点があった。また直交する２方向に圧電
体の縦効果による振動する圧電体を配置して被駆動体を
適当な角度傾けた振動片により駆動するもの、（例えば
特開昭５７−７８３７８号公報）がある。

これは振動片が被駆動体に接触していない状態では、被
駆動体が慣性で運動するようになっているため、外部の
慣性モーメントや負荷トルクによってアクチュエータの
動作が大きく影響を受けるという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、圧電体の縦効果もしくは横効果とせん
断効果を組み合わせることにより、２次元振動もしくは
３次元振動を発生させ、負荷も含む被駆動体を接触駆動
させる２方向移動型アクチユエータを提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とすることは、負荷を移動させるために、
圧電体の縦効果もしくは横効果及びせん断効果を単数も
しくは複数個の圧電体で発生させ、前記圧電体を単数も
しくは複数の組に分け、各組が任意の周波数差、位相差
、電圧差で電圧が印加されることにより圧電体先端の移
動部が２次元振動もしくは３次元振動し、負荷と連結さ
九た被駆動体を接触駆動することにより、負荷を１方向
もしくは２方向に移動させるアクチュエータを提供する
ことにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の第１の実施例を第１図〜第８図により説
明する。

本発明の一実施例のアクチュエータを第１図〜第４図に
示す。第１図、第２図は、周回運動軌跡をもつ移動部を
備える円筒状圧電体１ａ、Ｌｂが円筒表面よりなる被駆
動体３内面側に、また第３図、第４図は外面側に接し、
前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える円筒状圧電体１
ａ、ｌｂは円環止め部材１２．１３、弾性部材１４を介
してベース２に連結されている例を示している。これら
の実施例では、前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える
円筒状圧電体１ａ、ｌｂをその円筒形状の軸方向に２個
設けたが、任意の複数個でよいわけである。この実施例
では、ベース２にベースディスク部１９を設けて弾性部
材１４と連結されているが、ベースディスク部１９を設
けずに直接ベース２と弾性部材１４とを連結してもよい
し、前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える圧電体１ａ
。

ｌｂ、・・・・を３個以上用いる場合は、ベースディス
ク部１９を複数設けてもよいこととする。

第５図、第６図は、そＩｔぞれ第１図、第３図に示した
アクチュエータを磁気ディスク１８に対する磁気ヘッド
部４のアクセス用に適用した例を示している。

次に周回運動軌跡をもつ移動部を備える圧電体重の一例
を第７図〜第１０図により説明する。ここでは、前記周
回運動軌跡をもつ移動部を備える円筒状圧電体１は、例
えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｉ［１８称ＰＺＴ）よりな
り、３方向振動するものとし、各方向に振動する圧電体
単体５　ａ　、　５１．。

５ｃより成っているとする。第５図には例として、円筒
状圧電体５ａ、せん断歪型圧電体５ｂ、５ｃよりなり、
せん断歪型圧電体５ｂ、５ｃは積層されて円周方向に４
個配置されているとする。

第８図は、円筒状圧電体５ａの植成を示しており、内面
と外面に電極９ａ、９ｂが設けられており、電極９ａ、
９ｂは電源６ａと連結されている。

圧電体５ａの分極方向は図中太い矢印で示した。

電極９ａ、９ｂに電圧を印加することにより、圧電体の
横効果により圧電体５ａの円周方向に収縮し、それによ
り、半径方向に収縮する。印加電圧が時間的に変化する
と１円筒状圧電体５ａは半径方向に膨張、収縮する。

第９図は、円筒状圧電体５ａの外面に固定部８を介して
設けられだせん断歪型圧電体５ｂの植成を示したもので
ある。せん断歪型圧電体５ｂの分極方向は、図示の太い
矢印で示したように円筒状圧電体５ａの円筒形状の軸方
向であり、電極１０ａ、１０ｂが半径方向の両面に設け
られ、それらが電源６ｂとつなが−）でいる。電圧を印
加すると、図中細い矢印で示した方向に圧電体のせん断
効果によりせん断変形する。

第１Ｏ図は、せん断歪型圧電体５ｂの半径方向外側に固
定部８を介して設けられたせん断歪型圧電体５ｃを示し
たものである。先端には被駆動体３を接触駆動する例え
ば耐摩耗性部材よりなる駆動部７がある。せん断歪型圧
電体５ｃの分極方向は、図中の太い矢印で示したように
入方向（円筒形状の円周方向）であり、電極１１ａ、ｌ
ｌｂが半径方向の両面に設けられ、それらが電源６ｃと
つながっている。電圧を印加すると、図中細い矢印で示
した円周方向に圧電体のせん断効果によりせん断変形す
る。第１図、第３図には　記周回運動軌跡をもつ移動部
を偏える圧電体１ａ、ｌｂに１８０°の位相差を与え、
正弦波電源６ａ、６ｂより圧電体５ａ、５ｂに９０″の
位相差を与え、周波数差無い場合の駆動部７が楕円運動
し被駆動体３を接触駆動する様子を細い矢印で示した。

以上第８図〜第１Ｏ図に示した圧電体５ａ、５ｂ。

５ｃに電圧を印加する正弦波電源、矩形波電源。

三角波電源もしくは台形波電源よりなる電源６ａ。

６ｂ、６ｃにおいて任意の位相差２周波数差、電圧差で
駆動させることにより、駆動部７は被駆動体３を円周方
向運動と軸方向運動が組み合わされて、２方向移動させ
る。

本発明のアクチュエータの他の実施例を第１１図に示す
。この実施の２方向移動型のアクチュエータは、前記周
回運動軌跡をもつ移動部を備える圧電体１ａ、ｌｂ、・
・・・を複数個平面状のベース２上に配置しである１、
被駆動体３１よ、スライドローラ２０に案内され、釘に
弾性部材１４によって厚み方向とスライドローラ案内方
向に２方向振動する各前記周回運動軌跡をもつ移動部を
備える圧電体１ａ、ｌｂ、・・・・に押し月番ノられて
いる。例えば前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える圧
電体１ａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄの４個を用いる場合は、Ｉ
ａ、ｌｃを一組とし、ｌｂ、ｌｄを他の組として、各組
に正弦波電源より１８０度位相をずらした楕円運動をさ
せることにより、被駆動体３を接触駆動する。

本発明のアクチュエータのさらに他の実施例を第１２図
、第１３図に示す。この実施例は３方向振動する移動部
を備える圧電体１ａ、ｌｂ、・・・・複数個用いた２方
向移動テーブルを示している。

被駆動体である２次元移動テーブル３は弾性部材１４に
よりベース２に対して支持され、その下に例えば８個の
前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える圧電体１ａ、ｉ
ｂ、・・・・を設ける場合を示しており、第１３図は、
テーブルを下から見た図である。各前記周回運動軌跡を
ちつ移動部を備える圧電体１ａ、ｌｂ、・・・・の３方
向振動により、図中細い矢印で示したように２方向にテ
ーブル３を移動及び回転させる、前記周回運動軌跡をも
つ移動部を備える圧電体１ａ、ｌｂ、・・・・は単数も
しくは複数個の組に分け、常に３個以上の前記周回運動
軌跡をもつ移動部を備える圧電体１ａ、・・・・がテー
ブル３と接触している。

次に第１Ｊ図、第１２図、第１１図で示した１方向もし
くは２方向移動型アクチユエータを駆動する２方向振動
する前記周回運！ｖＩＪ軌跡をもつ移動部を備える圧電
体１の一例を第１４図〜第１７図により説明する。第１
４図において、前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える
圧電体ｌの形状の一例として直方体形状の圧電体５の周
囲４面に、対向する二対の電極９ａ、９ｂ及びｌＯａ、
１０ｂを設けである。例えばチタン酸ジルコン酸鉛（略
称ＰＺＴ）よりなる圧電体５は電極９ｂ、９ａの方向に
分極しており、その分極方向を太い矢印で示す。電極は
例えば電極板、蒸着された電極などが用いられる。被駆
動体３に相対する面、この図では電極９８に例えば耐摩
耗性部材よりなる駆動部７を設けである。電極９ｂには
圧電体５を固定するため例えば固定板よりなる固定部８
を設けてあり、ベース２に固定さ」している。前記周回
運動軌跡をもつ移動部を備える圧電体ｌの斜視図を第１
５図に示した。第１４図で各対向電極には電源が設けら
れているが、各電極により圧電体５に電圧を印加する際
の圧電効果を第１６図、第１７図に示す。第１６図は分
極方向に電圧を印加することにより分極方向に変形する
いわゆる圧電体の縦効果を示している。第１７図は分極
方向と直交方向に電圧を印加することにより電極９ｂ側
を固定すれば、電極９ａ側が図示のように分極方向と直
交方向にせん断変形するいわゆる圧電体のせん断効果を
示している。第１４図で示した電源６ａ。

６ｂが例えば正弦波電源で位相差９０°、周波数差無し
の場合、駆動部７は図示のように楕円運動をし、被駆動
体３を接触駆動する。

前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える圧電体ｌの他の
例を第１８図〜第２１図に示す。この例では、直方体形
状の圧電体５の周囲４面に対向する二対の電極９ａ、９
ｂ及び１０ａ、１０ｂが設けである。圧電体５は太い矢
印で示したように電極１０ｂ、１０ａの方向に分極して
いる。電極９ａ、９ｂには駆動部７．固定部８がそれぞ
れ設けてあり、固定部８はベース２と固定されている。

この例の前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える圧電体
１の斜視図を第１９図に示した。第１８図で各対向電極
には電源が設けられているが、各電極により圧電体５に
電圧を印加する際の圧電効果を第２０図、第２１図に示
す。第２０図は分極方向に電圧を印加することにより分
極方向と直交方向に変形するいわゆる圧電体の横効果を
示している。第２１図は、電４＠９ｂ側を固定した場合
に、電極９ａ、９ｂに電圧を印加することにより、圧電
体、のせん断効果によりｆｆ１４４ｕＪａ側がせん断変
形する効果を示している。第１８図で示した電源６ａ、
６ｂが例えば正弦波電源で位相差９０°。

周波数差無しの場合、駆動部７は図示のように楕円運動
をし、被駆動体３を接触駆動する。

なお、上述の実施例においては、第１４図に示すように
圧電体５に縦ひずみ効果とせん断ひずみ効果を与えて、
これらの合成によりその移動部７に周回軌跡運動を与え
、また第１８図に示すように圧電体５の分極の方向が横
向きとなるように圧電体５を固定板８に取イ１けで、圧
電体５に横ひずみ効果とせん断ひずみ効果とを与えてそ
の移動部７に周回移動軌跡を描くようにしたが、これら
の圧電体４を積層したものを用いることも可能である。

この場合には大きな回転１駆動を得ることができる。ま
た、上述の例は各圧電体４に縦ひずみ効果もしくは横ひ
ずみ効果とけん断ひずみ効果とを与えるように構成した
が、縦ひずみ効果もしくは横ひずみ効果を生じる圧電体
とせん断ひずみ効果を生じる圧電体とを積層して構成す
ることも可能である。これらの圧電体をユニッ１〜とし
て複数積層することも可能である。

第２２図および第２３図は本発明のアクチュエータの他
の実施例を示すもので、この実施例は被駆動体（この例
ではボルト２２を示す）の軸方向移動と回転移動とを組
み合わせて、被駆動体をらせん移動させるものであり、
ねじ締め用ツールとして用いることができる。これらの
図において符号２１はねじ締め用ヘッドである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、圧電体の縦効果もしくは横効果及び単
数もしくは複数方向のせん断効果を利用した圧電体の２
次元振動もしくは３次元振動を利用することにより、印
加電圧、電源周波数、？ｌ！源間位相差を変えることに
より、被駆動体の移動方向移動速度を制御できる接触駆
動型の効率のよい２方向移動型のアクチュエータを得る
ことができ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアクチュエータの一実施例を示す縦断
正面図、第２図は、第１図のト」矢視図、第３図は本発
明のアクチュエータの他の一実施例を示す正面図、第４
図は第三図のＩＶ　−ＩＶ矢視図、第５図および第６Ｆ
ｉｌは本発明のアクチュエータの使用例を示す図、第７
図〜第１０図は本発明に用いられる圧電体の例を示す図
、第１１図は本発明のアクチュエ〜りのさらに他の実施
例を示す正面図、第１２図は本発明のアクチュエータの
他の実施例を示す斜視図、第１３図はそのｊｐ面図、第
１４図は本発明のアクチュエータに用いられる圧電体の
一例の正面図、第１５図はその斜視図、第１６図および
第１７図はその動作説明図、第１８図は本発明のアクチ
ュエータに用いられる圧電体の他の例の正面図、第１９
図はその斜視図、第２０図および第２１図はその動作説
明図、第２２図および第２３図は本発明のアクチュエー
タをねじ締めに使用した例を示す図である。 １ａ、１ｂ・・・円筒状圧電体、　２・・・ベース、３
・・・被駆動体、４・・・磁気ヘッド部、５ａ、５ｂ、
５ｃ・・・圧電体、６ａ、６ｂ、６ｃ・・・電源、７・
・駆動部、８・・・固定部、９ａ、９ｂ、ｌＯａ、■０
ｂ１１ａ、ｌｌｂ、・・・電極、１２．１３−・・円環
止め部材、１４・・・弾性部材。 第　１　図 第　？　図 第　３　図 第４図 第５図 第　６　図 γ　７　邑 ′″ｆＪ８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、固定されたベースと移動される被駆動体とを有し、
   単数もしくは複数個の周回運動軌跡を描く移動部を備え
   る圧電体を、弾性部材によりベースに接し、前記圧電体
   により、被駆動体を１方向もしくは２方向に接触駆動す
   ることを特徴とするアクチュエータ。 ２、特許請求の範囲第１項記牡のアクチュエータにおい
   て、前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える円筒状２方
   向もしくは３方向振動圧電体がその円筒形状の軸方向に
   単数もしくは複数個設けらＪしており、各前記周回運動
   軌跡をもつ移動部を備える円筒状２方向もしくは３方向
   振動圧電体は弾性部材を介してベースと連結されており
   、前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える円筒状２方向
   もしくは３方向振動圧電体の周回運動により被駆動体を
   １方向もしくは２方向に接触駆動することを特徴とする
   アクチュエータ。 ３、特許請求の範囲第１項記載のアクチュエータにおい
   て、前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える圧電体は、
   被駆動体゛の一面に対してベース上の任意の方向に単数
   もしくは複数個配置されており、厚み方向の一面が平行
   であり、被駆動体は弾性部材を介してベースに対して押
   し付けられており、前記周回運動軌跡をもつ移動部を備
   える圧電体の移動部の周回運動により、被駆動体を接触
   駆動することを特徴とするアクチュエータ。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項のいずれか
   に記載のアクチュエータにおいて、前記周回運動軌跡を
   もつ移動部を備える圧電体を駆動する電源として正弦波
   電源、矩形波電源。 三角波電源もしくは台形波電源を有し、単数もしくは複
   数個の前記周回運動軌跡をもつ移動部を備える圧電体を
   単数もしくは複数個の組に分け、各組に位相差を与えて
   駆動し、各周回運動軌跡をもつ移動部を備える圧電体に
   おける単数もしくは複数個のせん断効果を示す圧電体の
   電極に印加する各々の電圧及び縦効果もしくは横効果を
   示すように電極に印加する電圧は、任意の電圧差２周波
   数差１位相差を与えることにより、被駆動体の移動速度
   、移動方向を制御することを特徴とするアクチュエータ
   。