JPS6223380A - アクチユエ−タ - Google Patents
アクチユエ−タInfo
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- JPS6223380A JPS6223380A JP60160658A JP16065885A JPS6223380A JP S6223380 A JPS6223380 A JP S6223380A JP 60160658 A JP60160658 A JP 60160658A JP 16065885 A JP16065885 A JP 16065885A JP S6223380 A JPS6223380 A JP S6223380A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/166—Motors with disc stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
この発明は、超音波振動子の表面に発生する進行波を利
用して可動体を動かすようにしたアクチュエータに関す
る。
用して可動体を動かすようにしたアクチュエータに関す
る。
従来の超音波振動子を利用したアクチュエータの基本的
な構成および動作はつぎのようになっている。このアク
チュエータは、例えば、圧電素子のような電圧の印加に
より機械的ひずみを生ずる素子と弾性体を組合わせた超
音波振動子を備えているとともに弾性体の表面に接触す
る可動体を備えている。そして、超音波振動子の振動に
伴って弾性体の表面に生ずる進行波によって可動体を動
かすようになっている。この種のアクチュエータは、電
磁力を用いたアクチュエータに比べると、小型・軽量化
をはかりやすく、可動体の微小変位駆動もでき、また、
不用磁界が発生しないなどの特徴があるけれども、つぎ
のような問題があった弾性体に組合わされる圧電素子が
、セラミック材で形成されていて、しかも、この圧電素
子は接着剤を使って弾性体と結合されるようになってい
る。そのため、弾性体に圧電素子を接着するという工程
が必要となるけれども、接着の過程でセラミック材の圧
電素子が破損して歩止まりが悪くなったり、均一な接着
ができなくて最終的にできあがった超音波振動子の特性
が不安定となったり、振動士同士の特性のバラツキも大
きくなってしまう。したがって、アクチュエータのコス
トが増大したり、性能が不安定となるという問題が生ず
るのである。
な構成および動作はつぎのようになっている。このアク
チュエータは、例えば、圧電素子のような電圧の印加に
より機械的ひずみを生ずる素子と弾性体を組合わせた超
音波振動子を備えているとともに弾性体の表面に接触す
る可動体を備えている。そして、超音波振動子の振動に
伴って弾性体の表面に生ずる進行波によって可動体を動
かすようになっている。この種のアクチュエータは、電
磁力を用いたアクチュエータに比べると、小型・軽量化
をはかりやすく、可動体の微小変位駆動もでき、また、
不用磁界が発生しないなどの特徴があるけれども、つぎ
のような問題があった弾性体に組合わされる圧電素子が
、セラミック材で形成されていて、しかも、この圧電素
子は接着剤を使って弾性体と結合されるようになってい
る。そのため、弾性体に圧電素子を接着するという工程
が必要となるけれども、接着の過程でセラミック材の圧
電素子が破損して歩止まりが悪くなったり、均一な接着
ができなくて最終的にできあがった超音波振動子の特性
が不安定となったり、振動士同士の特性のバラツキも大
きくなってしまう。したがって、アクチュエータのコス
トが増大したり、性能が不安定となるという問題が生ず
るのである。
この発明は、前記の問題点に鑑み、弾性体と電圧を印加
したときに機械的ひずみを生ずる素子を組合わせるに際
して接着剤を使う工程を必要とせず、性能が一定してい
て、かつ、製造時の歩止まりがよくなるようなアクチュ
エータを提供することを目的とする。
したときに機械的ひずみを生ずる素子を組合わせるに際
して接着剤を使う工程を必要とせず、性能が一定してい
て、かつ、製造時の歩止まりがよくなるようなアクチュ
エータを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、この発明は、電圧の印加によ
り機械的ひずみを生ずる素子と弾性体を組合わせた超音
波振動子を備えているとともに前記弾性体の表面に接触
する可動体を備えていて、この表面に発生する進行波に
よって前記可動体を動かすようにしたアクチュエータに
おいて、前記素子が薄膜形成法により前記弾性体の表面
に直接堆積形成されたものであることを特徴とするアク
チュエータを要旨とする。
り機械的ひずみを生ずる素子と弾性体を組合わせた超音
波振動子を備えているとともに前記弾性体の表面に接触
する可動体を備えていて、この表面に発生する進行波に
よって前記可動体を動かすようにしたアクチュエータに
おいて、前記素子が薄膜形成法により前記弾性体の表面
に直接堆積形成されたものであることを特徴とするアク
チュエータを要旨とする。
以下、この発明を、その一実施例をあられした図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
第１図はこの発明にかかるアクチュエータの一実施例の
外観をあられしたものであり、図（ａ）は正面からみた
状態をあられしていて、図（ｂ）は底面からみた状態を
あられしている。第２図は、このアクチュエータにおけ
る可動体の動きを説明したものである。このアクチュエ
ータ１では、超音波振動子は、金属板２、薄膜圧電素子
３、および、電極４とより構成されている。金属板２に
おける薄膜圧電素子３が形成されていない面２ａには可
動体５が載置されている。薄膜圧電素子３は、比較的薄
い金属板２の表面に圧電素材を直接堆積することによっ
て形成されている。堆積は、各種のスパッタリングやＣ
ＶＤ （ケミカル・ベイパー・デボシソジョン）などの
薄膜形成法によってなされる。電極４も薄膜圧電素子３
上に金属材を直接堆積することによって形成されている
。堆積は、蒸着などの薄膜形成法によってなされる。
外観をあられしたものであり、図（ａ）は正面からみた
状態をあられしていて、図（ｂ）は底面からみた状態を
あられしている。第２図は、このアクチュエータにおけ
る可動体の動きを説明したものである。このアクチュエ
ータ１では、超音波振動子は、金属板２、薄膜圧電素子
３、および、電極４とより構成されている。金属板２に
おける薄膜圧電素子３が形成されていない面２ａには可
動体５が載置されている。薄膜圧電素子３は、比較的薄
い金属板２の表面に圧電素材を直接堆積することによっ
て形成されている。堆積は、各種のスパッタリングやＣ
ＶＤ （ケミカル・ベイパー・デボシソジョン）などの
薄膜形成法によってなされる。電極４も薄膜圧電素子３
上に金属材を直接堆積することによって形成されている
。堆積は、蒸着などの薄膜形成法によってなされる。
このように、圧電素子が薄膜形成法によって弾性体の表
面に直接堆積形成されているので、圧電素子が接着剤が
使われることなく弾性体２に結合されることとなる。ま
た、弾性体２の表面に直接堆積されているため、結合個
所における接着力も非常に強固なものとなっている。し
たがって、超音波振動子の製造過程における歩止まりが
向上すルトトもに、超音波振動子としての特性のバラツ
キも小さくなる。
面に直接堆積形成されているので、圧電素子が接着剤が
使われることなく弾性体２に結合されることとなる。ま
た、弾性体２の表面に直接堆積されているため、結合個
所における接着力も非常に強固なものとなっている。し
たがって、超音波振動子の製造過程における歩止まりが
向上すルトトもに、超音波振動子としての特性のバラツ
キも小さくなる。
つぎに、以上ようにして構成されているアクチュエータ
１の可動体５の動きについて説明する。
１の可動体５の動きについて説明する。
薄膜圧電素子３に高周波電圧を印加すると、弾性体３の
表面に、縦波と横波の両方の弾性波が合成されて、第２
図にみるように、矢印Ｈ方向に示す向きに進む進行波が
生ずることとなる。弾性体３の表面における質点Ｂに着
目すると、上下方向の振幅ａと左右方向の振幅すとが合
成されて、一点ｕＬ線で示されている楕円Ｑ上を質点Ｂ
が移動することとなる。そして、弾性体２表面上のどの
質点をとってもこのような運動がおこなわれるので、進
行波が生ずるのである。つまり、波の頂部Ａ。
表面に、縦波と横波の両方の弾性波が合成されて、第２
図にみるように、矢印Ｈ方向に示す向きに進む進行波が
生ずることとなる。弾性体３の表面における質点Ｂに着
目すると、上下方向の振幅ａと左右方向の振幅すとが合
成されて、一点ｕＬ線で示されている楕円Ｑ上を質点Ｂ
が移動することとなる。そして、弾性体２表面上のどの
質点をとってもこのような運動がおこなわれるので、進
行波が生ずるのである。つまり、波の頂部Ａ。
Ｃが、矢印Ｈに示す向きに進んでいくのである。
したがって、可動体５を、ある程度のまさつ力をもつよ
うにして弾性体２の表面に接触するようにしておくと、
アクチュエータ１の動作中は、波の頂部Ａ、 Ｃのみ
で接触することになるので、頂部Ａ、Ｃの移動につれて
可動体５も移動することになる。アクチュエータにおけ
る可動体５の動きは、以上のようにしてなされるのであ
る。
うにして弾性体２の表面に接触するようにしておくと、
アクチュエータ１の動作中は、波の頂部Ａ、 Ｃのみ
で接触することになるので、頂部Ａ、Ｃの移動につれて
可動体５も移動することになる。アクチュエータにおけ
る可動体５の動きは、以上のようにしてなされるのであ
る。
なお、以上の説明から明らかなように、この明 ゛細書
における「弾性体」という語句は、アクチュエータ１の
動作中は、弾性限度内の機械的ひずみが生じていて弾性
体となる物体を意味しており、通常よく使われているよ
うな、ゴム等の高弾性物質のみを意味しているのではな
い。
における「弾性体」という語句は、アクチュエータ１の
動作中は、弾性限度内の機械的ひずみが生じていて弾性
体となる物体を意味しており、通常よく使われているよ
うな、ゴム等の高弾性物質のみを意味しているのではな
い。
続いて、いくつかの具体的製造例について説明する。
（製造例１）
弾性体２として、直径３８１．厚さ０．５ ｖｍのアル
ミニウム板を用いた。このアルミニウム板の表面に、マ
グネトロンスパッタリング法により、薄膜圧電素子３と
してＺｎＯを厚みが約８μｍとなるように堆積した。そ
のあと、このＺｎＯ膜の表面上に、アルミニウムを蒸着
堆積することによって、第１図（ｂ）にみるような形の
電極４を形成した。このようにして作られた超音波振動
子の上にアルミニウムで形成されている可動体５を載置
し、電極４に高周波電圧を印加して、可動体５が弾性体
２上を移動することを確認した。
ミニウム板を用いた。このアルミニウム板の表面に、マ
グネトロンスパッタリング法により、薄膜圧電素子３と
してＺｎＯを厚みが約８μｍとなるように堆積した。そ
のあと、このＺｎＯ膜の表面上に、アルミニウムを蒸着
堆積することによって、第１図（ｂ）にみるような形の
電極４を形成した。このようにして作られた超音波振動
子の上にアルミニウムで形成されている可動体５を載置
し、電極４に高周波電圧を印加して、可動体５が弾性体
２上を移動することを確認した。
（製造例２）
弾性体２として、外径４０ｍ、内径２８ｆｉ、厚さ１１
ｍのアルミニウム板を用いた。このアルミニウム板の表
面にマグネトロンスパッタリング法により、薄膜圧電素
子３として、ＺｎＯを厚みが約１０μｍとなるように堆
積した。そのあと、このＺｎＯ膜の表面上に、アルミニ
ウムを蒸着堆積することによって、第３図にみるような
形の電極４′を形成した。このようにして作られた超音
波振動子の上にアルミニウムで形成されている可動体５
を載置し、電極４′に高周波電圧を印加して、可動体５
が弾性体２上を移動することを確認した（製造例３） 弾性体２として、直径３８Ｎ、厚さ０．５１ｍのしんち
ゅう板を用いた。このしんちゅう板の表面に、マグネト
ロンスパッタリング法により、薄膜圧電素子３としてＰ
ｂ （Ｚ ｒｏ、ｓ Ｔ ｉ ｏ、ｓ ） Ｏｓを厚
みが約８μｍとなるように堆積した。そのあと、このＰ
ｂ （Ｔ ｉ ｏ、ｓ Ｚ ｒ ｏ、ｓ ） ０３膜
の表面上に、アルミニウムを蒸着堆積することによって
、第１図（ｔ］）にみるような形の電極４を形成した。
ｍのアルミニウム板を用いた。このアルミニウム板の表
面にマグネトロンスパッタリング法により、薄膜圧電素
子３として、ＺｎＯを厚みが約１０μｍとなるように堆
積した。そのあと、このＺｎＯ膜の表面上に、アルミニ
ウムを蒸着堆積することによって、第３図にみるような
形の電極４′を形成した。このようにして作られた超音
波振動子の上にアルミニウムで形成されている可動体５
を載置し、電極４′に高周波電圧を印加して、可動体５
が弾性体２上を移動することを確認した（製造例３） 弾性体２として、直径３８Ｎ、厚さ０．５１ｍのしんち
ゅう板を用いた。このしんちゅう板の表面に、マグネト
ロンスパッタリング法により、薄膜圧電素子３としてＰ
ｂ （Ｚ ｒｏ、ｓ Ｔ ｉ ｏ、ｓ ） Ｏｓを厚
みが約８μｍとなるように堆積した。そのあと、このＰ
ｂ （Ｔ ｉ ｏ、ｓ Ｚ ｒ ｏ、ｓ ） ０３膜
の表面上に、アルミニウムを蒸着堆積することによって
、第１図（ｔ］）にみるような形の電極４を形成した。
そのあと、この電極４としんちゅう板の間に３ ｋＶ／
鰭の電界を印加して、Ｐ ｂ （Ｚ ｒ ｏ、ｓ Ｔ
１ ｏ、ｓ ）０３膜の分極をおこなった。このように
して作られた超音波振動子の上にアルミニウムで形成さ
れている可動体５を載置し、電極４に高周波電圧を印加
して、可動体５が弾性体２上を移動することを確認した
。
鰭の電界を印加して、Ｐ ｂ （Ｚ ｒ ｏ、ｓ Ｔ
１ ｏ、ｓ ）０３膜の分極をおこなった。このように
して作られた超音波振動子の上にアルミニウムで形成さ
れている可動体５を載置し、電極４に高周波電圧を印加
して、可動体５が弾性体２上を移動することを確認した
。
薄膜圧電素子３にＺｎＯのように、堆積されるときに弾
性体２の表面に垂直な方向に自発分極が揃うような場合
には、全く分極工程が不要となるという利点がある。薄
膜圧電素子３に用いられる材料も、例示されたＺｎＯや
ｐ ｂ （Ｚ ｒ （１−Ｘ） ＴｉＸ）Ｏｘ（０≦Ｘ
≦１）以外に、ＰＺＴなどのような他の圧電材料が使わ
れてもよいことはいうまでもない。薄膜圧電素子３のか
わりに、薄膜電歪素子が使われていてもよい。
性体２の表面に垂直な方向に自発分極が揃うような場合
には、全く分極工程が不要となるという利点がある。薄
膜圧電素子３に用いられる材料も、例示されたＺｎＯや
ｐ ｂ （Ｚ ｒ （１−Ｘ） ＴｉＸ）Ｏｘ（０≦Ｘ
≦１）以外に、ＰＺＴなどのような他の圧電材料が使わ
れてもよいことはいうまでもない。薄膜圧電素子３のか
わりに、薄膜電歪素子が使われていてもよい。
以上詳述したように、この発明にかかるアクチュエータ
では、超音波振動子における電圧の印加により機械的ひ
ずみを生ずる素子が薄膜形成法により弾性体の表面に直
接堆積形成された構成となっている。この構成によって
、弾性体に素子を結合する際、接着剤を全く使わずに高
い密着力の結合をおこなうことができるので、アクチュ
エータの性能が安定するとともに製造９歩止まりも向上
することとなる。
では、超音波振動子における電圧の印加により機械的ひ
ずみを生ずる素子が薄膜形成法により弾性体の表面に直
接堆積形成された構成となっている。この構成によって
、弾性体に素子を結合する際、接着剤を全く使わずに高
い密着力の結合をおこなうことができるので、アクチュ
エータの性能が安定するとともに製造９歩止まりも向上
することとなる。
第１図は、この発明にかかるアクチュエータの一実施例
の外観をあられした図であって、図（ａ）は正面図であ
り、図（ｂ）は底面図である。第２図は、この発明にか
かるアクチュエータにおける可動体の動きを説明するた
めの部分斜視図、第３図は、この発明にかかるアクチュ
エータの他の実施例の超音波振動子における電極まわり
の外観をあられした平面図である。 １・・・アクチュエータ ２・・・弾性体 ３・・・薄
膜圧電素子 ４，４′・・・電極 ５・・・可動体代理
人 弁理士 松 本 武 彦 （ｂ） 第２図 第３図
の外観をあられした図であって、図（ａ）は正面図であ
り、図（ｂ）は底面図である。第２図は、この発明にか
かるアクチュエータにおける可動体の動きを説明するた
めの部分斜視図、第３図は、この発明にかかるアクチュ
エータの他の実施例の超音波振動子における電極まわり
の外観をあられした平面図である。 １・・・アクチュエータ ２・・・弾性体 ３・・・薄
膜圧電素子 ４，４′・・・電極 ５・・・可動体代理
人 弁理士 松 本 武 彦 （ｂ） 第２図 第３図
Claims (4)
- （１）電圧の印加により機械的ひずみを生ずる素子と弾
性体を組合わせた超音波振動子を備えているとともに前
記弾性体の表面に接触する可動体を備えていて、この表
面に発生する進行波によって前記可動体を動かすように
したアクチュエータにおいて、前記素子が薄膜形成法に
より前記弾性体の表面に直接堆積形成されたものである
ことを特徴とするアクチュエータ。 - （２）弾性体が金属板であって、この金属板の片面に素
子となる薄膜が形成されているとともにこの薄膜上にさ
らに電極が形成されている特許請求の範囲第１項記載の
アクチュエータ。 - （３）素子の組成がＺｎＯを主体としたものである特許
請求の範囲第１項または第２項記載のアクチュエータ。 - （４）素子の組成がＰｂ（Ｚｒ＿（＿１＿−＿ｘ＿）Ｔ
ｉ＿ｘ）Ｏ＿３（０≦ｘ≦１）を主体としたものである
特許請求の範囲第１項または第２項記載のアクチュエー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60160658A JPS6223380A (ja) | 1985-07-20 | 1985-07-20 | アクチユエ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60160658A JPS6223380A (ja) | 1985-07-20 | 1985-07-20 | アクチユエ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6223380A true JPS6223380A (ja) | 1987-01-31 |
Family
ID=15719691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60160658A Pending JPS6223380A (ja) | 1985-07-20 | 1985-07-20 | アクチユエ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6223380A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5293094A (en) * | 1989-09-08 | 1994-03-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Miniature actuator |
| US5345137A (en) * | 1991-04-08 | 1994-09-06 | Olympus Optical Co., Ltd. | Two-dimensionally driving ultrasonic motor |
| US5592042A (en) * | 1989-07-11 | 1997-01-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive actuator |
-
1985
- 1985-07-20 JP JP60160658A patent/JPS6223380A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5592042A (en) * | 1989-07-11 | 1997-01-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive actuator |
| US5631040A (en) * | 1989-07-11 | 1997-05-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of fabricating a piezoelectric/electrostrictive actuator |
| US5293094A (en) * | 1989-09-08 | 1994-03-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Miniature actuator |
| US5345137A (en) * | 1991-04-08 | 1994-09-06 | Olympus Optical Co., Ltd. | Two-dimensionally driving ultrasonic motor |
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