JPS63287376A - Oscillatory wave motor - Google Patents

Oscillatory wave motor

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Publication number
JPS63287376A
JPS63287376A JP62120535A JP12053587A JPS63287376A JP S63287376 A JPS63287376 A JP S63287376A JP 62120535 A JP62120535 A JP 62120535A JP 12053587 A JP12053587 A JP 12053587A JP S63287376 A JPS63287376 A JP S63287376A
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JP
Japan
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wave motor
grooves
oscillating
hall element
permanent magnet
Prior art date
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Pending
Application number
JP62120535A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takuo Okuno
奥野 卓夫
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To diminish the space and reduce the cost, by using a plurality of grooves arranged in the diameter direction, for an oscillating unit, and by forming a position detector. CONSTITUTION:An oscillatory wave motor is composed of a movable unit 1, an oscillating unit 2 having an electrostriction element, and a luminous diode photo-transistor 3 as a position detector fixed at a part of the movable unit 1. The oscillating unit 2 is provided with a plurality of oscillating pieces 2a and grooves 2b arranged in the diameter direction. As a result, when the movable unit 1 is rotated, then a case that light from said luminous diode enters the photo-transistor through the grooves 2b, and a case that the light is interrupted by the oscillating pieces 2a are alternately found, and so the output voltage signal of the photo-transistor is pulsated, and a positional detection can be performed by counting this pulse.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、進行性振動波により駆動する振動波モータに
関するもので、とくに、エンコーダを用いずに、振動体
の溝を利用した位置検出装置を設けたものに関するもの
である。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a vibration wave motor driven by progressive vibration waves, and in particular to a position detection device that uses grooves in a vibrating body without using an encoder. This is related to those that have the following.

[従来の技術]    “ はじめに、曲げ振動の進行波を利用した振動波モータの
原”理を検゛出第7図およびその下面を示した第8図に
より説明する。同図に示すように、たとえば、金属製の
弾性体からなるリング板状の振動板12の下面に第1群
の電気−機械エネルギー変換素子11aおよび第2群の
電気−m械エネルギー変換素子ttbが配列固着されて
いる。これら電気−機械エネルギー変換素子としては、
圧電素子、1歪素子、または磁歪素子などを用いること
ができるが、以下では、単に変換素子ということにする
[Prior Art] “First, the principle of a vibration wave motor that utilizes the traveling wave of bending vibration will be explained with reference to FIG. 7 showing the detection state and FIG. 8 showing the bottom side thereof. As shown in the figure, for example, a first group of electro-mechanical energy conversion elements 11a and a second group of electro-mechanical energy conversion elements ttb are arranged on the lower surface of a ring plate-shaped diaphragm 12 made of a metal elastic body. The array is fixed. These electrical-mechanical energy conversion elements include:
A piezoelectric element, a strain element, a magnetostrictive element, or the like can be used, but in the following, it will simply be referred to as a conversion element.

まず、第1群変換素子11aについて述べると、その全
ての変換素子11aの上下面に、図示されていない電極
膜が設けられており、これら電極は図示されていない電
気接続手段で上面電極どうしおよび下面電極どうしが電
気的に並列接続されていて、各変換素子11aに同時に
電圧が印加されるようになっており、この電圧印加によ
り各変換素子は周方向に伸縮するように構成されている
。そして各変換素子11aは、隣り合うものが互いに逆
の極性であるように、すなわち、一方のものが伸びるど
き、他方のものが縮むように、かつ、λ/2のピッチを
以って周方向に配列されている。
First, regarding the first group conversion elements 11a, electrode films (not shown) are provided on the upper and lower surfaces of all conversion elements 11a, and these electrodes are connected to each other by electrical connection means (not shown). The lower surface electrodes are electrically connected in parallel, and a voltage is simultaneously applied to each conversion element 11a, and each conversion element is configured to expand and contract in the circumferential direction by applying this voltage. Each conversion element 11a is arranged in the circumferential direction so that adjacent ones have opposite polarities, that is, as one expands, the other contracts, and with a pitch of λ/2. Arranged.

第2群変換素子11bの構成および配列についても同様
である。
The same applies to the configuration and arrangement of the second group conversion element 11b.

第1群変換素子11aと第2群変換素子11bとはλ/
4の奇数倍だけずらせて配置されている。また振動板1
2の全長の長さは前記入の整数倍とする。なお第1群変
換素子11aと第2群変換素子flbとの間の部分11
′は電圧の印加がなく、積極的に伸縮作用をしない領域
である。このように、振動板12、変換素子11a。
The first group conversion element 11a and the second group conversion element 11b are λ/
They are arranged offset by an odd multiple of 4. Also, diaphragm 1
The total length of 2 is an integral multiple of the above entry. Note that the portion 11 between the first group conversion element 11a and the second group conversion element flb
' is a region where no voltage is applied and no active expansion or contraction occurs. In this way, the diaphragm 12 and the conversion element 11a.

11b、および部分11′で振動体を形成している。11b and portion 11' form a vibrating body.

上述のような構成および配列において、第1群変換素子
11aのみに交流電圧を印加すると、振動体は伸びる変
換素子11aの部分では下方に凸に、縮む変換素子11
aの部分では上方に凸になるような曲げ変形をする結果
、振動体の全周にわたり、曲げ振動の定在波、つまり、
波長λの定在波が発生する。この場合、各変換素子11
aの間の中間位置およびそこからλ/2おきの各位置が
節になる。第2群変換素子11bのみに交流電圧を印加
したときも同様に波長λの定在波が発生するが、その節
の位置は前記定在波のそれに比べてλ八だけずれたもの
となる。
In the above-described configuration and arrangement, when an AC voltage is applied only to the first group converting element 11a, the vibrating body convexes downward in the extending converting element 11a, and the converting element 11 contracts.
As a result of the upwardly convex bending deformation in the part a, a standing wave of bending vibration occurs over the entire circumference of the vibrating body, that is,
A standing wave of wavelength λ is generated. In this case, each conversion element 11
The intermediate position between a and each position every λ/2 from there becomes a node. When an AC voltage is applied only to the second group conversion element 11b, a standing wave of wavelength λ is similarly generated, but the position of the node is shifted by λ8 compared to that of the standing wave.

第1群変換素子11aに交流電圧を印加すると同時に、
それとは電気的にπ/2の位相差を持つ交流電圧を第2
群変換素子flbに印加すれば、両者による定在波の合
成の結果、振動体には周方向に進む曲げ振動の進行波が
発生し、その進行方向は上記印加電圧の位相差の正負に
よって決まる。この曲げ振動の進行波においては、振動
板12の厚さの中立面上の点は上下方向振動をするだけ
であるが、振動板12の上面および下面上の点は上下方
向振動および周方向振動の合成された一種の楕円運動を
する。したがって、振動板12を回転しないように適宜
支持しておぎ、その上面にリング板の移動体13を加圧
接触させておけば、該移動体13は振動板12の上記楕
円運動による摩擦力により駆動されて回転し、その回転
方向は変換素子群11a、11bの印加電圧の位相差の
正負によって選択できる。以上が曲げ振動進行波を利用
した振動波モータの原理である。
At the same time as applying an AC voltage to the first group conversion element 11a,
This means that an AC voltage with a phase difference of π/2 is electrically applied to a second
When applied to the group conversion element flb, as a result of the synthesis of the standing waves of both, a traveling wave of bending vibration that travels in the circumferential direction is generated in the vibrating body, and its traveling direction is determined by the sign or negative of the phase difference of the applied voltage. . In this traveling wave of bending vibration, points on the neutral plane of the thickness of the diaphragm 12 only vibrate in the vertical direction, but points on the top and bottom surfaces of the diaphragm 12 vibrate in the vertical direction and in the circumferential direction. It performs a type of elliptical motion that is a combination of vibrations. Therefore, if the diaphragm 12 is appropriately supported so as not to rotate, and the movable body 13 of the ring plate is brought into pressure contact with the upper surface of the diaphragm 12, the movable body 13 will be moved by the frictional force caused by the elliptical motion of the diaphragm 12. It is driven to rotate, and the direction of rotation can be selected depending on the positive or negative phase difference of the voltages applied to the conversion element groups 11a and 11b. The above is the principle of a vibration wave motor that uses traveling waves of bending vibration.

また振動波12には、前記厚さの中立面を下げて振動効
果を得るために、径方向に多数の溝12aと振動片12
bとを設けている。
In addition, the vibration wave 12 has a large number of grooves 12a in the radial direction and a vibrating piece 12 in order to obtain a vibration effect by lowering the neutral plane of the thickness.
b.

そして、このような振動波モータにおいては従来は、そ
の振動波モータの位置検出を行う場合には、外付けのエ
ンコーダを用いていた。
Conventionally, in such a vibration wave motor, an external encoder has been used to detect the position of the vibration wave motor.

[発明が解決しようとする問題点コ 前述のように、従来は、振動波モータの位置検出のため
に、外付けのエンコーダを必要としたので、空間的に大
きなスペースが必要であり、コストも高くつくという問
題点があった。
[Problems to be solved by the invention] As mentioned above, in the past, an external encoder was required to detect the position of the vibration wave motor, which required a large amount of space and was costly. The problem was that it was expensive.

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
ある。すなわち、本発明は、従来の外付は工〉コーグを
装着した場合に比べ、空間的に小さなスーベースで、低
コスト化することが可能な位置検出装置を備えた振動波
モータを提供することを目的とするものである。
The present invention attempts to solve these problems. That is, the present invention aims to provide a vibration wave motor equipped with a position detection device that can be used in a smaller base space and at a lower cost than when a conventional external motor is installed. This is the purpose.

[問題点を解決するための手段] 振動体に径方向に設けられた多数の溝を利用して位置検
出をする位置検出装置を設けた。
[Means for Solving the Problems] A position detection device is provided that detects the position by using a large number of grooves provided in the radial direction of the vibrating body.

[作用] 振動体には径方向に設けられた多数の溝と振動片とを有
するので、移動体の回転により、発光ダイオードからの
光または磁石からの磁気の作用がその溝と振動片とでは
変化し、これにより、フォトトランジスタまたはホール
素子の出力電圧信号がパルス状に変化するので、そのパ
ルスをカウントすることにより、移動体の位置を検出す
ることができる。
[Function] Since the vibrating body has a large number of grooves and vibrating pieces provided in the radial direction, the rotation of the moving body causes the action of light from the light emitting diode or magnetism from the magnet to be caused by the grooves and the vibrating pieces. As a result, the output voltage signal of the phototransistor or Hall element changes in a pulsed manner, and by counting the pulses, the position of the moving object can be detected.

[実施例] 第1図は本発明の第1実施例を示している。[Example] FIG. 1 shows a first embodiment of the invention.

第1図において、1は移動体、2は電歪素子を有する振
動体、2aは該振動体2に径方向に多数設けられた振動
片、2bは同じく溝、3は位置検出装置として移動体1
の一部に固定された発光ダイオード・フォトトランジス
タである。
In FIG. 1, 1 is a moving body, 2 is a vibrating body having an electrostrictive element, 2a is a large number of vibrating pieces provided in the radial direction of the vibrating body 2, 2b is also a groove, and 3 is a moving body as a position detection device. 1
A light emitting diode/phototransistor is fixed to a part of the

第2図は、横軸に移動体10回転角ωt(ωは角速度、
tは時間)をとり、縦軸にフォトトランジスタの出力電
圧Vをとったものである。
In Figure 2, the horizontal axis represents the 10 rotation angle ωt of the moving body (ω is the angular velocity,
t is time), and the vertical axis is the output voltage V of the phototransistor.

第1図に示すように構成された振動波モーター  にお
いては、モータが回転した場合、つまり、移動体1が回
転した場合、発光ダイオード・フォトトランジスタ3の
発光ダイオードの発光部からの光は、溝2bを通って発
光ダイオード・フォトトランジスタ3のフォトトランジ
スタに入る場合と、振動片2aにさえぎられる場合が、
交互に現れるので、そのフォトトランジスタの出力電圧
信号は第2図のようにパルス状1になり、このパルスを
カウントすることで、位置検出ができる。
In the vibration wave motor configured as shown in FIG. When the light enters the phototransistor of the light emitting diode/phototransistor 3 through 2b, and when it is blocked by the vibrating piece 2a,
Since they appear alternately, the output voltage signal of the phototransistor becomes a pulse 1 as shown in FIG. 2, and by counting these pulses, the position can be detected.

第3図は本発明の第2実施例を示している。FIG. 3 shows a second embodiment of the invention.

第3図において、4は前記移動体1に固定された非磁性
体、5は該非磁性体4に接着された永久る1石、6は該
永久磁石5に対向させて前記移動体1に固定されたホー
ル素子である。なお永久磁石5の幅は?g 2 bの幅
に等しいかまたはそれ以下にしである。すなわち、第3
図の実施例は第1図の実施例の発光ダイオード・フォト
トランジスタ3の代りに、ホール素子6を用いた場合に
相当する。
In FIG. 3, 4 is a non-magnetic body fixed to the moving body 1, 5 is a permanent stone bonded to the non-magnetic body 4, and 6 is fixed to the moving body 1 facing the permanent magnet 5. It is a Hall element that has been Also, what is the width of the permanent magnet 5? g 2 be equal to or less than the width of b. That is, the third
The illustrated embodiment corresponds to the case where a Hall element 6 is used in place of the light emitting diode/phototransistor 3 of the embodiment shown in FIG.

第3図に示すように構成された振動波モータにおいては
、モータが回転した場合、つまり、移動体1が回転した
場合、ホール素子6と永久磁石5は、振動体2の振動片
2a(図示せず)と構2bとを交互に通過することにな
る。ホール素子6が永久磁石5と振動片2aにはさまれ
たときは、−ル素子6と鎖交する永久磁石5の発生磁束
が最大となり、ホール素子6の出力電圧が最大となる。
In the vibration wave motor configured as shown in FIG. 3, when the motor rotates, that is, when the moving body 1 rotates, the Hall element 6 and permanent magnet 5 (not shown) and structure 2b alternately. When the Hall element 6 is sandwiched between the permanent magnet 5 and the vibrating piece 2a, the magnetic flux generated by the permanent magnet 5 interlinking with the -L element 6 becomes the maximum, and the output voltage of the Hall element 6 becomes the maximum.

またホール素子6が横2bと対向したときは、ホール素
子6と鎖交する永久磁石5の発生磁束が最小となり、ホ
ール素子6の出力電圧も最小となる。したがって、モー
タ回転時のホール素子6の出力電圧信号も、第2図に示
すようになるので、そのパルスをカウントすることで、
位置検出ができる。
Further, when the Hall element 6 faces the side 2b, the magnetic flux generated by the permanent magnet 5 interlinking with the Hall element 6 becomes the minimum, and the output voltage of the Hall element 6 also becomes the minimum. Therefore, the output voltage signal of the Hall element 6 when the motor rotates is as shown in FIG. 2, so by counting the pulses,
Position detection is possible.

第4図は本発明の第3実施例を示している。FIG. 4 shows a third embodiment of the invention.

第4図において、7は前記移動体1に固定された円環状
の非磁性体、8は該非磁性体フに接着された円環状の磁
性体である。そして、磁性体8の1か所に、溝2bの幅
と同じか、またはそれ以下の幅の永久磁石5が固定され
、該永久磁石5と振動体20間にホール素子6が取りつ
けられている。
In FIG. 4, 7 is an annular non-magnetic body fixed to the movable body 1, and 8 is an annular magnetic body bonded to the non-magnetic body. A permanent magnet 5 having a width equal to or less than the width of the groove 2b is fixed at one location on the magnetic body 8, and a Hall element 6 is attached between the permanent magnet 5 and the vibrating body 20. .

第4図に示すように構成された振動波モータにおいては
、モータが回転している場合、つまり、移動体1が回転
している場合、永久磁石5と振動片2aが重なる位置に
きたときは、第5図(a)の矢印で示すような磁気バス
が構成され、永久磁石5の発生磁束がホール素子6と鎖
交してそれに応じた電圧信号を出力する。逆に第5図(
b)のように永久磁石5がfi2bと重なるような位置
になったときは永久磁石5はほとんど磁束を発生しない
から、ホール素子6との鎖交磁束も少なく、出力電圧も
小さくなる。また1回転に1度、永久磁石5とホール素
子6が重なる位置にきたときは、第5図(C)のように
、ホール素子6と鎖交する永久磁石5の発生磁束は逆向
きになり、ホール素子6の出力電圧は逆極性となる。し
たがって、この第3実施例におけるホール素子6の出力
電圧は6図に示すようになり、インデックス信号の検出
も可能となる。そのうえ、前記第1実施例および第2実
施例に比較して、ホール素子6が振動体2のほうにある
ので、給電方法が容易である。
In the vibration wave motor configured as shown in FIG. 4, when the motor is rotating, that is, when the moving body 1 is rotating, when the permanent magnet 5 and the vibrating piece 2a come to a position where they overlap, , a magnetic bus as shown by the arrow in FIG. 5(a) is constructed, and the magnetic flux generated by the permanent magnet 5 interlinks with the Hall element 6 and outputs a corresponding voltage signal. On the contrary, Figure 5 (
When the permanent magnet 5 is in a position where it overlaps fi2b as shown in b), the permanent magnet 5 generates almost no magnetic flux, so the flux linkage with the Hall element 6 is also small, and the output voltage is also small. Also, once per rotation, when the permanent magnet 5 and the Hall element 6 come to a position where they overlap, the magnetic flux generated by the permanent magnet 5 interlinking with the Hall element 6 is in the opposite direction, as shown in Fig. 5(C). , the output voltage of the Hall element 6 has opposite polarity. Therefore, the output voltage of the Hall element 6 in this third embodiment becomes as shown in FIG. 6, and the index signal can also be detected. Moreover, compared to the first and second embodiments, since the Hall element 6 is located closer to the vibrating body 2, the power feeding method is easier.

[発明の効果] 本発明は、外付けのエンコーダを用いないで、振動体に
設けられている多数の溝をエンコーダとして利用する位
置検出装置を備えているから、空間的には小さなスペー
スで、コスト的にも安くすることができる。
[Effects of the Invention] Since the present invention is equipped with a position detection device that uses a large number of grooves provided in a vibrating body as an encoder without using an external encoder, it can be carried out in a small space. The cost can also be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例を示した一部断面側面図、
第2図は第1図の構成および第3図の構成における出力
電圧波形の説明図、第3図は本発明の第2実施例を示し
た一部切欠断面側面図、第4図は本発明の第3実施例を
示した一部切欠断面側面図、第5図(a)は第4図の構
成における1つの作用の説明図、第5図(b)は同じく
もう1つの作用の説明図、第5図(c)は同じくさらに
もう1つの作用の説明図、第6図は第4図の構成におけ
る出力電圧波形の説明図、第7図は振動波モータの原理
を説明するための斜視図、第8図は同じくもう1つの斜
視図である。 1・・・移動体      2・・・振動体2a・・・
振動片     2b・・・溝3・・・発光ダイオード
・フォトトランジスタ4・・・非磁性体     5・
・・永久磁石6・・・ホール素子    7・・・非磁
性体8・・・磁性体 第2図    第4凶 第5図
FIG. 1 is a partially sectional side view showing a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is an explanatory diagram of the output voltage waveform in the configuration of FIG. 1 and the configuration of FIG. 3, FIG. 3 is a partially cutaway side view showing the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram of the present invention. FIG. 5(a) is an explanatory diagram of one action in the configuration of FIG. 4, and FIG. 5(b) is an explanatory diagram of another action in the same manner. , FIG. 5(c) is an explanatory diagram of yet another operation, FIG. 6 is an explanatory diagram of the output voltage waveform in the configuration of FIG. 4, and FIG. 7 is a perspective view for explaining the principle of the vibration wave motor. FIG. 8 is another perspective view. 1... Moving body 2... Vibrating body 2a...
Vibration piece 2b...Groove 3...Light emitting diode/phototransistor 4...Nonmagnetic material 5.
...Permanent magnet 6...Hall element 7...Non-magnetic material 8...Magnetic material Fig. 2 Fig. 4 Fig. 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)電気−機械エネルギー変換素子に周波電圧を印加
し、該変換素子に接合されて径方向に多数の溝を有する
振動体に生ずる進行性振動波によって、該振動体に接触
している移動体を駆動する振動波モータにおいて、該振
動体の前記溝をエンコーダとして利用する位置検出装置
を備えていることを特徴とする振動波モータ。
(1) A frequency voltage is applied to an electric-mechanical energy conversion element, and a progressive vibration wave is generated in a vibrating body that is joined to the conversion element and has a large number of grooves in the radial direction. A vibration wave motor for driving a body, characterized in that the vibration wave motor is equipped with a position detection device that uses the groove of the vibrating body as an encoder.
JP62120535A 1987-05-18 1987-05-18 Oscillatory wave motor Pending JPS63287376A (en)

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