JPH03117381A - 圧電振動子の取付構造 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、振動子型アクチュエータなどの装置に駆動源
として用いられている圧電振動子の取付構造に関する。

（従来の技術） 一般に、分極軸に垂直な両端面に電極が形成されている
柱状の圧電磁器および該圧電磁器の側面の少なくとも一
部分に形成されている被覆を有する圧電振動子を駆動源
とする振動子型アクチュエータには、前記圧電振動子を
支持する支持具が用いられている。

従来の支持具として互いに間隔をおいて前記振動子型ア
クチュエータに取り付けられている１対の支持部材と、
それぞれが対応する前記支持部材に接着され、互いに対
向する１対のゴム部材とを有するものがある。前記圧電
振動子は一方の支持部材と他方の支持部材との間に挟み
込まれ、前記圧電振動子の側面はゴム部材に当接されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） 前記圧電振動子の共振周波数に等しい周波数を有する交
流信号が前記圧電振動子に印加されると、前記圧電振動
子は励振され、前記圧電振動子の側面には振動変位が生
じる。前記振動変位は前記振動子型のアクチュエータの
駆動力として用いられる。

しかし、前記圧電振動子の側面の前記ゴム部材との接触
部位には、振動変位が生じることにより、該振動変位は
前記ゴム部材に伝達されるから、前記圧電振動子は前記
ゴム部材に対して相対移動されることがある。その結果
、前記圧電振動子の励振時の振動変位が効率良く利用さ
れず、振動子型アクチュエータの出力は変動され易くな
る。

本発明の目的は、圧電振動子を駆動源として用いる振動
子型アクチュエータなどの装置において、その装置の出
力を安定に維持することができる圧電振動子の取付構造
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、袖に垂直な平面に両端面がありかつ該軸に平
行な方向に分極軸がある圧電磁器と、該圧電磁器の両端
面にそれぞれ形成されている電極と、前記圧電磁器の側
面の少なくとも一部分に形成されている被覆とを有し、
振動子型アクチュエータなどの装置に駆動源として用い
られている圧電振動子の取付構造であって、前記圧電振
動子の被覆における振動変位の小さい部位が前記装置に
設けられている支持部に固着されている。

前記圧電振動子の被覆および前記支持部は金属材料から
なり、前記被覆は前記支持部に溶接されていることが好
ましい。

前記被覆の一部分が前記圧電磁器の側面から他の部分に
比べて張り出して突起をなしており、前記支持部は前記
突起に固着してあることが好ましい。

他の発明は、軸に垂直な平面に両端面がありかつ該軸に
平行な方向に分極軸がある圧電磁器と、該圧電磁器の両
端面にそれぞれ形成されている電極と、前記圧電磁器の
側面の少なくとも一部分に形成されている被覆とを有し
、振動子型アクチュエータなどの装置に駆動源として用
いられている圧−電極動子の取付構造であって、前記被
覆の一部分が前記圧電磁器の側面から他の部分に比べて
張り出して突起をなしており、該突起が前記被覆におけ
る振動変位の小さい部位に設けてあり、前記圧電振動子
に直接に接触して該圧電振動子から駆動力を受ける被駆
動部材と前記圧電振動子とを互いに圧接させる手段が設
けてあり、該圧接手段は前記被駆動部材に向かう力を前
記突起に常時加える弾性体を備えて成る。

（作用） 前記圧電振動子の共振周波数に等しい周波数を有する交
流信号が前記圧電振動子に印加されると、前記圧電振動
子は励振され、前記圧電磁器の側面には振動変位が生じ
る。前記圧電磁器の振動変位は前記被覆に伝達され、前
記被覆の外面には振動変位が生じる。

前記被覆の前記支持部材との接触部位に振動変位が生じ
ているとき、前記被覆は前記支持部材に固着されている
ことにより、前記被覆は前記支持部材に対して相対移動
されないから、前記圧電振ｉ子の振動変位は効率を低下
させることな（利用される。

前記被覆および前記支持部は金属材料からなることによ
り、前記被覆および前記支持部の熱伝導率は前記圧電磁
器の熱伝導率に比して大きくなり、また前記被覆と前記
支持部との間には溶着金属が存在するから、駆動時に前
記圧電磁器に発生する熱は、前記被覆および支持部を介
して外部に放散され易くなり、前記圧電振動子の温度上
昇は抑えられる。

前記被覆の前記支持部に固定されている部位に突起が設
けられていることにより、前記被覆と前記支持部との固
定が容易になる。また、溶接するときには、作業性が向
上され、かつ、圧電磁器への溶接熱の影響を少なくする
ことができる。

突起が設けられている被覆を有する圧電振動子の取付構
造においては、前記突起が前記圧接手段によって前記被
駆動部材に向けて押圧されていることにより、前記圧電
振動子の側面は前記被駆動部材に圧着されるから、前記
圧電振動子の振動変位は前記被駆動部材に伝達され、前
記被駆動部材は駆動される。

（実施例） 第１図は本発明の振動子型アクチュエータにおける圧電
振動子の取付構造の一実施例を示す側面図、第２図は第
１図の振動子型アクチュエータに用いられている圧電振
動子を示す斜視図、第３図は第１図の振動子型アクチュ
エータの駆動時間に対する回転数の変化を示す図、第４
図は第１図の振動子型アクチュエータの駆動時間に対す
る温度の変化を示す図である。

圧電振動子１０は、第２図に示すように、柱状の圧電磁
器１２を有する。本実施例においては、圧電磁器１２は
円柱形状であり、圧電磁器１２の軸線は分極軸に一致す
る。圧電磁器１２の一方の端面の一部には、電極１４が
形成され、他方の端面には、その全面に広がる電極１６
が形成されている。圧電磁器１２の外周面には、その全
面に広がる電極１８が形成されている。被覆１８は燐青
銅からなり、その厚さは０．０５閣である。

圧電振動子１０は、第１図に示すように、振動子型アク
チュエータ２０に駆動源として用いられている。振動子
型アクチュエータ２０は超音波モータである。

振動子型アクチュエータ２０は支持面２２に置かれてい
る支持台２４を備える。支持台２４は円板部と、該円板
部の縁部に一体的に連らなり、支持面２２に向けて突出
する突部とを有する。前記突部は支持面２２に固定され
ている。

支持台２４には、２つの支持部２６．２８が取り付けら
れている。一方の支持部２６は、支持台２４の円板部に
置かれる矩形の平板２８を有する。

平板３０の一方の縁部には、その縁部から垂直に立ち上
る支持板３２が設けられている。平板３０の一方の縁部
に対向する縁部には、その縁部から垂直に立ち上る支持
板３４が設けられている。支持板３４は支持板３２に平
行である。支持板３２および支持板３４は黄銅からなる
。支持部２６はその平板３０の一方の縁部に沿う方向が
支持台２４の円板部の接線方向に一致するように前記円
板部に配置されている。支持部２６の平板３０はボルト
３６およびボルト３６に螺合されているナツト３８によ
って前記円板部に固定されている。

支持部２８は、支持部２６と同様に、平板４０と、１対
の支持板４２とを有する。支持部２８は、それが支持部
２６と支持台２４の円板部の直径方向に対向するように
前記円板部に配置されて・いる。

支持部２８の平板４２はボルト４４およびナツト４６に
よつて前記円板部に固定されている。

支持部２６には、圧電振動子１０が支持されている。圧
電振動子１０はその軸線の方向が支持台２４の円板部の
接線方向に一致するように支持板３２と支持板３４との
間に配置されている。圧電振動子１０の外周面は、支持
板３２よりも上方に突出している。圧電振動子１０の被
覆１８の支持板３２に対向する部位は、支持板３２には
んだ付されている。同様に被覆１８の支持板３４に対向
する部位は、支持板３４にはんだ付されている。

支持部２８には、ベアリング４８が支持されている。ベ
アリング４８は水平軸５０にその軸線周りに−一転可能
に取り付けられている。ベアリング４８の外周面の支持
台２４からの高さ寸法は、圧電振動子１０の被覆１８の
外面の支持台２４からの高さ寸法に等しい。

圧電振動子１０の被覆１８の外面およびベアリング４８
の外周面には、回転子５２が圧着されている。回転子５
２は円板からなり、その中心および支持台２４の円板部
の中心を貫通して伸びるボルト５４および支持面２２の
側に配置されているナツト５６によって支持されている
。

ボルト５４の頭部と回転子５２との間にはばね部材５８
が配置されている。ボルト５４にナツト５６を螺合する
ことにより、ばね部材５８は変形されるから、ばね部材
５８のばね力は決定され、回転子５２の圧電振動子１０
の被覆１８に対する圧着力は決定される。

振動子型アクチュエータ２０の駆動時、圧電振動子１０
には電極１４を介して圧電振動子１０の共振周波数に等
しい周波数を有する交流信号が印加される。圧電振動子
１０は励振され、圧電磁器の外周多面には、振動変位が
生じる。前記振動変位は被覆１８に伝達され、被覆１８
の外面には、振動変位が生じる。被覆１８の回転子５２
との接触部位に生じている振動変位の大きさは、他の被
覆の外面の部位の振動変位の大きさに比して大きく、接
触部位の振動変位の向きは、圧電振動子１０の軸線方向
に電極１４への向きとなる。

被覆１８のはんだ付されている部位では、振動変位がき
わめて小さいことから被覆１８は各支持部材３２．３４
のそれぞれにはんだ付によって固定されても振動分布状
況への影響がきわめて小さい。また、圧電振動子１０は
各支持部材３２．３４に対して相対移動されないから、
回転子５２に対する被覆１８の接触部位が所定の部位か
ら他の部位に変わることがなく、回転子５２が被覆１８
から受ける振動変位の強さおよび方向は一定となる。そ
の結果、振動子型アクチュエータ２０の出力回転数は一
定に維持される。

第３図を参照するに、振動子型アクチュエータ２０の駆
動時間とその回転数の変動との関係が明らかになる。第
３図の縦軸に示す回転数はベアリング４８の回転数であ
る。本図によれば、駆動時間約７５分間に対する回転数
の変動率は±０．６４％となり、回転数の変動率が非常
に小さな値に抑えられていることがわかる。

また、圧電振動子１０の駆動時、圧電磁器１２には、信
号印加による熱が発生する。被覆１８の熱伝導率は圧電
磁器１２の熱伝導率より大きいことにより、圧電磁器１
２に発生する熱は被覆１８および支持板３２．３４を介
して外部に放散され易くなるから、圧電磁器１２の温度
上昇は低く抑えられ、温度上昇に起因する圧電振動子１
０の共振周波数の変化は抑制される。その結果、共振周
波数の変動を少なくすることが振動子型アクチュエータ
２０の出力回転数の安定化に寄与している。

第４図を参照するに、振動子型アクチュエータ２０の駆
動時間と圧電振動子１０の温度変化との関係が明らかに
なる。第４図のＱ印は、圧電振動子１０から被覆１８を
取り除いた従来の圧電振動子の温度を示し、・印は圧電
振動子１０の温度を示すシシ本図によれば、圧電振動子
１０の温度変化はごくわずかであり、圧電振動子１０の
放熱性は従来のの圧電振動子に比して十分向上されてい
ることが明らかである。

振動子型アクチュエータ２０には、他の圧電振動子が用
いられている。第１０図は第１図の振動子型アクチュエ
ータに用いられている他の圧電振動子を示す斜視図、第
１１図は第１図の振動子型アクチュエータに用いられて
いるさらに他の圧電振動子を示す斜視図である。

圧電振動子１１０は、第１０図に示すように、円柱状の
圧電磁器１２を有する。圧電磁器１２の一方の端面には
、電極１４が形成され、他方の端面には、電極１６が形
成されている。圧電磁器１２の外周面には、その外周面
の半分を覆う燐青銅製の被覆１１２が形成されている。

被覆１１２の圧電磁器１２の軸線方向に沿う一方の縁部
は、支持板３２にはんだ付によって固定され、同様に、
他方の縁部は支持板３４にはんだ付によって固定されて
いる。

圧電振動子１１４は、第１１図に示すように、柱状の圧
電磁器１１６を有する。圧電磁器１１６の外周面には、
互いに対向しかつ平行な１対の平坦面１１８．１２０が
形成されている。圧電磁器１１６の一方の端面には、電
極１４が形成され、他方の面には、電極１６が形成され
ている。

圧電磁器１１６の平坦面１１８には、隣青銅からなる被
覆１２２が形成され、平坦面１２０には、隣青銅からな
る被覆１２４が形成されている。被覆１２２は、支持板
３２（第１図に示す）にはんだ付され、同様に、被覆１
２４は、支持板３４（第１図に示す）にはんだ付されて
いる。

他の振動子型アクチュエータを第５図〜第９図に示す。

第５図は他の振動子型アクチュエータの平面図、第６図
は第５図の振動子型アクチュエータの正面図、第７図は
第５図の振動子型アクチュエータの側面図、第８図は第
５図のＡ−Ａ線に沿って得られた断面図、第９図は第５
図の振動子型アクチュエータに用いられている圧電振動
子の斜視図である。

他の振動子型アクチュエータ６０には、第５図〜第９図
に示すように、１対の圧電振動子６２が用いられている
。圧電振動子６２は、第９図に示すように、円柱状の圧
電磁器６４を有する。圧電磁器６４の一方の端面には、
互いに絶縁されている１対の電極６６．６８が形成され
、他方の端面には、その全面に広がる電極７０が形成さ
れている。圧電磁器６４の外周面には、その全面を覆う
被覆７２が形成されている。被覆７２は金属材料からな
る。被覆７２の圧電磁器６４の直径方向に対向するそれ
ぞれの部位には、一体向連らなり、断面形状が矩形であ
る突部７４が設けられている。

１対の突部７４は被覆７２の材料と同じ材料からなる。

各圧電振動子６２はハウジング７６に収容されている。

ハウジング７６は支持面に固定される基部７８を有する
。基部７８は長方形状の板材からなり、固定具を受は入
れることができる１対の穴８０が設けられている。

基部７８には、それぞれが互いに間隔をおいて基部′７
８から垂直に立ち上る１対の支持部８２゜８４が一体的
に連らなる。各支持部８２．８４は長方形状の板からな
り、互いに対向しかつ平行に配置されている。支持部８
２の中央部には厚さ方向に貫通する穴８６が設けられて
いる。支持部８２の支持部８４に対向する面には、１対
の凹部８８が設けられている。各凹部８８は基部７８に
平行に伸びる。一方の凹部８８は、支持部８２の穴８６
の上方の位置に配置され、他方の凹部８８は、支持部８
２の穴８６の下方の位置に配置されている。

支持部８４には、支持部８２と同様に、穴９゜および１
対の凹部９２が設けられている。

支持部８２の上端と支持部８４の上端とは、連結部９４
によって連結されている。

支持部８２と支持部８４との間には、鉛直方向に互い間
隔をおいて１対の圧電振動子６２が配置されている。一
方の圧電振動子６２の一方の突部７４は支持部８２の上
方に凹部８８に差し込まれ、他方の突部７４は支持部８
４の上方の凹部９２に差し、込まれている。前記一方の
突部７４は、上方の凹部８８内に配置されているばね部
材９６によって他方の圧電振動子６２に向けて押圧され
ていることより、前記一方の突部７４は上方の凹部８８
内に固定されている。ばね部材９６は板ばねがらなり、
その両端は支持部８２に固定されている。

前記他方の突部７４は、前記一方の突部７４と同様に上
方の凹部９２内に配置されているばね部材９６によって
他方の圧電振動子６２に向けて押圧されていることより
、前記他方の突部７４は上方の凹部９２内に固定されて
いる。

他方の圧電振動子６２は、一方の圧電振動子と同様に、
１対のばね部材９６、支持部８２の下方の凹部８８およ
び支持部８４の下方の凹部９２によって支持部８２およ
び支持部８４に固定されている。他方の圧電振動子６２
は各ばね部材９６によって一方の圧電振動子６２に向け
て押圧されている。

一方の圧電振動子６２と他方の圧電振動子６２との間に
は、出力軸９８が配置されている。出ヵ軸９８は、支持
部８２の側から穴８６および穴９０を経て伸びる。出力
軸９８は支持部８２に取り付けられている軸受１００お
よび支持部８４に取り付けられている軸受１００によっ
て支持されている。出力軸９８は、圧電振動子６２のそ
れぞれの被覆７２の外面に圧着されている。出力軸９８
の一端は駆動側に接続可能であり、出力軸９８の他端に
は、ロータリエンコーダなどの回転数を検知する装置を
取り付けることができる。

振動子型アクチュエータ６０の駆動時、各圧電振動子６
２には、交流信号が電極６６を介して印加される。各圧
電振動子６２は励振され、被覆７２には振動変位が生じ
るが、被覆７２に一体的に連らなる突部７４には振動変
位がほとんど生じない。被覆７２の出力軸９８に接触す
る部位の振動変位は出力軸９８に伝達され、出力軸９８
は回転される。

各突部７４の振動変位は無視しうる程度のものであるが
、各突部７４は対応するばね部材９６によって押圧され
ていることにより、各支持部材８２．８４に対して相対
移動されないから、被覆７２の出力軸９８に接触する部
位は出力軸９８に対してずれず、一定の振動変位を出力
軸９８に与えることができる。その結果、振動子型アク
チュエータ６０からは回転数が安定している出力を得る
ことができる。

（発明の効果） 本発明によれば、前記圧電振動子の表面の変位が無視し
つる部分での被覆が前記支持部に固定されていることに
より、前記圧電振動子はその駆動時における振動変位に
よって前記支持部に対して相対移動されないから、前記
圧電振動子の振動変位は駆動側に一定の効率で伝達され
、出力が安定している振動子型アクチュエータなどの装
置を得ることができる。

また、圧電振動子の被覆および支持部を金属製にするこ
とにより、駆動時の圧電磁器に発生する熱は放熱され易
くなるから、圧電振動子の温度上昇に起因する圧電振動
子の共振周波数の変動がなくなり、出力がより安定して
いる振動子型アクチュヘ：導−夕などの装置を得ること
ができる。

被覆に突出部位が設けられている圧電振動子の場合、前
記突出部位を前記支持部に固定することにより、固定作
業が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の振動子型アクチュエータにおける圧電
振動子の取付構造の一実施例を示す図、第２図は第１図
の振動子型アクチュエータに用いられている圧電振動子
を示す斜視図、第３図は第１図の振動子型アクチュエー
タの駆動時間に対する回転数の変化を示す図、第４図は
第１図の振動子型アクチュエータの駆動時間に対する温
度の変化を示す図、第５図は他の振動子型アクチュエー
タにおける圧電振動子の取付構造の他の実施例を示す図
、第６図は第５図の振動子型アクチュエータの正面図、
第７図は第５図の振動子型アクチュエータの側面図、第
８図は第５図のＡ−Ａ線に沿って得られた断面図、第９
図は第５図の振動子型アクチュエータに用いられている
圧電振動子を示す斜視図、第１０図は第１図の振動子型
アクチュエータに用いられている他の圧電振動子を示す
斜視図、第１１図は第１図の振動子型アクチュエータに
用いられているさらに他の圧電振動子を示す斜視図であ
る。 １０．６２，１１０．１１４・・・圧電振動子、１２．
６４，１１６・・・圧電磁器、１４．１６．６６゜６８
．７０・・・電極、１８．７２，１１２，１２２゜１２
４・・・被覆、２０．６０・・・振動子型アクチュエー
タ、２６．８２．８４・・・支持部、７４・・・突部、
９８・・・出力軸（被駆動部材）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸の垂直な平面に両端面がありかつ該軸に平行な
   方向に分極軸がある圧電磁器と、該圧電磁器の両端面に
   それぞれ形成されている電極と、前記圧電磁器の側面の
   少なくとも一部分に形成されている被覆とを有し、振動
   子型アクチュエータなどの装置に駆動源として用いられ
   ている圧電振動子の取付構造であって、前記圧電振動子
   の被覆における振動変位の小さい部位が前記装置に設け
   られている支持部に固着されている圧電振動子の取付構
   造。
2. （２）前記圧電振動子の被覆および前記支持部は金属材
   料からなり，前記被覆は前記支持部に溶接されている請
   求項１に記載の圧電振動子の取付構造。
3. （３）前記被覆の一部分が前記圧電磁器の側面から他の
   部分に比べて張り出して突起をなしており、前記支持部
   は前記突起に固着してある請求項１または２に記載の圧
   電振動子の取付構造。
4. （４）軸に垂直な平面の両端面がありかつ該軸に平行な
   方向に分極軸がある圧電磁器と，該圧電磁器の両端面に
   それぞれ形成されている電極と、前記圧電磁器の側面の
   少なくとも一部分に形成されている被覆とを有し、振動
   子型アクチュエータなどの装置に駆動源として用いられ
   ている圧電振動子の取付構造であって、前記被覆の一部
   分が前記圧電磁器の側面から他の部分に比べて張り出し
   て突起をなしており、該突起が前記被覆における振動変
   位の小さい部位に設けてあり、前記圧電振動子に直接に
   接触して該圧電振動子から駆動力を受ける被駆動部材と
   前記圧電振動子とを互いに圧接させる手段が設けてあり
   、該圧接手段は前記被駆動部材に向かう力を前記突起に
   常時加える弾性体を備えて成る圧電振動子の取付構造。