JPH05121790A - 圧電駆動装置 - Google Patents
圧電駆動装置Info
- Publication number
- JPH05121790A JPH05121790A JP3282683A JP28268391A JPH05121790A JP H05121790 A JPH05121790 A JP H05121790A JP 3282683 A JP3282683 A JP 3282683A JP 28268391 A JP28268391 A JP 28268391A JP H05121790 A JPH05121790 A JP H05121790A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- driving
- piezoelectric
- drive device
- driving action
- driven
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は圧電素子の微小な振動を効率よ
く拡大して楕円運動に合成することにより、駆動体を連
続的に駆動する圧電駆動装置を提供することにある。 【構成】弾性ヒンジ１の両端に球面圧接子４と５を介し
て位相をπ／２だけシフトした正弦波電圧で駆動される
圧電素子２と３を作用させる。これによって弾性ヒンジ
１の駆動作用点ＡとＢで内角θに対応した拡大率で長軸
が拡大された楕円運動を発生し、ガイドローラ７にガイ
ドされた移動体６を駆動する。 【効果】構造が簡単で小型化が容易であり、圧電素子の
微小な振動を効率よく拡大して楕円運動に合成できるた
め、駆動力と駆動速度の制御範囲が大きくなる。
く拡大して楕円運動に合成することにより、駆動体を連
続的に駆動する圧電駆動装置を提供することにある。 【構成】弾性ヒンジ１の両端に球面圧接子４と５を介し
て位相をπ／２だけシフトした正弦波電圧で駆動される
圧電素子２と３を作用させる。これによって弾性ヒンジ
１の駆動作用点ＡとＢで内角θに対応した拡大率で長軸
が拡大された楕円運動を発生し、ガイドローラ７にガイ
ドされた移動体６を駆動する。 【効果】構造が簡単で小型化が容易であり、圧電素子の
微小な振動を効率よく拡大して楕円運動に合成できるた
め、駆動力と駆動速度の制御範囲が大きくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学機器，表面分析機器
などの測定評価装置に用いられるサブミクロンオーダの
精度を要する精密な駆動装置に関する。
などの測定評価装置に用いられるサブミクロンオーダの
精度を要する精密な駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電駆動装置の駆動原理は、駆動作用点
が次のような四つの基本動作を順次繰り返すことによっ
て移動体を連続的に駆動するものである。 (a) 駆動作用点の移動体表面に対する押しつけ動作。 (b) 駆動作用点を移動体表面に対し押しつけた状態での
摩擦力を利用した送り動作。 (c）駆動作用点の移動体表面からの離れ動作。 (d）駆動作用点が移動体表面から離れた状態での戻り動
作。 上記四つの動作を確実に行うためには、押しつけ動作ａ
と離れ動作ｃに相当する変位量を、少なくとも移動体自
身の表面粗さや弾性変形量等の変位損失分よりも大きく
取らなければならない。また、大きな駆動力を発生させ
るためにも押しつけ動作ａの変位量を大きく与え、大き
な摩擦力を発生させることが必要になる。一方、移動体
の移動速度を大きくするには、楕円運動の周波数を圧電
素子を含む駆動体全体の共振周波数にまで高めること
と、送り動作ｂと戻り動作ｄの変位量をできるだけ大き
く与えることが必要である。
が次のような四つの基本動作を順次繰り返すことによっ
て移動体を連続的に駆動するものである。 (a) 駆動作用点の移動体表面に対する押しつけ動作。 (b) 駆動作用点を移動体表面に対し押しつけた状態での
摩擦力を利用した送り動作。 (c）駆動作用点の移動体表面からの離れ動作。 (d）駆動作用点が移動体表面から離れた状態での戻り動
作。 上記四つの動作を確実に行うためには、押しつけ動作ａ
と離れ動作ｃに相当する変位量を、少なくとも移動体自
身の表面粗さや弾性変形量等の変位損失分よりも大きく
取らなければならない。また、大きな駆動力を発生させ
るためにも押しつけ動作ａの変位量を大きく与え、大き
な摩擦力を発生させることが必要になる。一方、移動体
の移動速度を大きくするには、楕円運動の周波数を圧電
素子を含む駆動体全体の共振周波数にまで高めること
と、送り動作ｂと戻り動作ｄの変位量をできるだけ大き
く与えることが必要である。
【０００３】この四つの動作を高速かつ効率的に行うに
は、駆動作用点が移動体表面に対して楕円運動をするよ
うに、圧電素子の振動を伝達する方法が取られる。そし
て、この駆動作用点の楕円運動を発生させる手段には、
図１又は図２に示すような変形方向の異なる複数の圧電
素子の振動を組み合わせ、駆動作用点の楕円運動に合成
して移動体を駆動する振動合成方式（例えば、特開昭57
−78378 号公報，同59-230473号公報）、或いは図３で
示すような複数の圧電素子の超音波振動を、弾性体の表
面弾性波（レーリー波）に変換して移動体を駆動する表
面弾性波方式（例えば、特開昭59−122385号公報）があ
る。
は、駆動作用点が移動体表面に対して楕円運動をするよ
うに、圧電素子の振動を伝達する方法が取られる。そし
て、この駆動作用点の楕円運動を発生させる手段には、
図１又は図２に示すような変形方向の異なる複数の圧電
素子の振動を組み合わせ、駆動作用点の楕円運動に合成
して移動体を駆動する振動合成方式（例えば、特開昭57
−78378 号公報，同59-230473号公報）、或いは図３で
示すような複数の圧電素子の超音波振動を、弾性体の表
面弾性波（レーリー波）に変換して移動体を駆動する表
面弾性波方式（例えば、特開昭59−122385号公報）があ
る。
【０００４】この振動合成方式は複数の圧電素子の変形
をそれぞれ独立して操作することで、駆動作用点の楕円
運動の形状や方向を任意に変換できるという特徴を持っ
ている。しかし、駆動作用点の楕円運動の長軸又は短軸
の大きさは圧電素子の変形量に相当しており、かつ、圧
電素子の歪は積層型の圧電素子でも高々１／１０００程
度であるため、これら四つの動作の変位量を大きく取る
には圧電素子の歪方向の長さを大きく取る必要がある。
例えば１０mm程度の積層型の圧電素子では最大１０μｍ
の変位量を得るにすぎない。従って、大きな変位量を得
ようとすれば、圧電素子の寸法が大きくなるばかりでな
く、圧電素子自身の共振周波数が低下するため駆動速度
の上限も低下する。
をそれぞれ独立して操作することで、駆動作用点の楕円
運動の形状や方向を任意に変換できるという特徴を持っ
ている。しかし、駆動作用点の楕円運動の長軸又は短軸
の大きさは圧電素子の変形量に相当しており、かつ、圧
電素子の歪は積層型の圧電素子でも高々１／１０００程
度であるため、これら四つの動作の変位量を大きく取る
には圧電素子の歪方向の長さを大きく取る必要がある。
例えば１０mm程度の積層型の圧電素子では最大１０μｍ
の変位量を得るにすぎない。従って、大きな変位量を得
ようとすれば、圧電素子の寸法が大きくなるばかりでな
く、圧電素子自身の共振周波数が低下するため駆動速度
の上限も低下する。
【０００５】また表面弾性波方式は四つの基本動作を弾
性共振体の表面弾性波による駆動作用点の楕円運動によ
って行うものである。この方式によれば接触面の領域で
の表面弾性波の数だけ駆動作用点が得られるため、高い
押し付け力を与えれば大きな駆動力を発生させることが
できるという特徴を持っている。しかし、実際にはこの
高い押し付け力を接触面の全ての領域で均一に与えるに
は、精密な加工表面同士を均一な圧力で合わせる必要が
ある。さらに、長時間の摩擦駆動を行えば接触面の摩耗
による表面粗さの劣化が起こり、初期の押し付け力の均
一性が失われ駆動力が低下する。また、表面弾性波の周
波数は弾性共振体の形状のほかに、材料の縦弾性率と密
度及びポアソン比の三つの物性値に律速されているた
め、材料の選定においては大きな制約条件となる。
性共振体の表面弾性波による駆動作用点の楕円運動によ
って行うものである。この方式によれば接触面の領域で
の表面弾性波の数だけ駆動作用点が得られるため、高い
押し付け力を与えれば大きな駆動力を発生させることが
できるという特徴を持っている。しかし、実際にはこの
高い押し付け力を接触面の全ての領域で均一に与えるに
は、精密な加工表面同士を均一な圧力で合わせる必要が
ある。さらに、長時間の摩擦駆動を行えば接触面の摩耗
による表面粗さの劣化が起こり、初期の押し付け力の均
一性が失われ駆動力が低下する。また、表面弾性波の周
波数は弾性共振体の形状のほかに、材料の縦弾性率と密
度及びポアソン比の三つの物性値に律速されているた
め、材料の選定においては大きな制約条件となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた問
題点を解決するには、高い周波数で、より振幅の大きい
楕円運動を駆動作用点において発生させる必要がある。
即ち、従来の技術で述べた四つの動作のうち送り動作と
戻り動作を確実に行うためには、押しつけ動作と離れ動
作に相当する変位量を、少なくとも移動体自身の表面粗
さや弾性変形量等の変位損失分よりも大きく取らなけれ
ばならない。また、大きな駆動力を発生させるためにも
押しつけ動作の変位量を大きく与え、大きな摩擦力を発
生させることが必要になる。一方、移動体の移動速度を
大きくするには、楕円運動の周波数を圧電素子を含む駆
動体全体の共振周波数を高めることと、送り動作と戻り
動作の変位量をできるだけ大きく与えることが必要であ
る。従って本発明では、駆動体全体が高い共振周波数を
維持した状態で、圧電素子の変位を効率よく拡大して駆
動作用点の楕円運動に変換できる弾性体の構造を提供す
るとともに、その制御方法の提供を目的とする。
題点を解決するには、高い周波数で、より振幅の大きい
楕円運動を駆動作用点において発生させる必要がある。
即ち、従来の技術で述べた四つの動作のうち送り動作と
戻り動作を確実に行うためには、押しつけ動作と離れ動
作に相当する変位量を、少なくとも移動体自身の表面粗
さや弾性変形量等の変位損失分よりも大きく取らなけれ
ばならない。また、大きな駆動力を発生させるためにも
押しつけ動作の変位量を大きく与え、大きな摩擦力を発
生させることが必要になる。一方、移動体の移動速度を
大きくするには、楕円運動の周波数を圧電素子を含む駆
動体全体の共振周波数を高めることと、送り動作と戻り
動作の変位量をできるだけ大きく与えることが必要であ
る。従って本発明では、駆動体全体が高い共振周波数を
維持した状態で、圧電素子の変位を効率よく拡大して駆
動作用点の楕円運動に変換できる弾性体の構造を提供す
るとともに、その制御方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はこの目的を達成
するために、位相をシフトした周期的な駆動電圧が印加
される複数の圧電素子の振動を合成し移動体に伝達する
ための弾性体の形状を、各頂点に切欠きをもつ多角形の
ばね構造とし、内角が９０°以上の頂点を移動体と接触
する駆動作用点とした。そして、特に好ましい形態は、
弾性体の形状を各頂点に切欠きをもつ四角形又は五角形
又は六角形のばね構造とすることである。
するために、位相をシフトした周期的な駆動電圧が印加
される複数の圧電素子の振動を合成し移動体に伝達する
ための弾性体の形状を、各頂点に切欠きをもつ多角形の
ばね構造とし、内角が９０°以上の頂点を移動体と接触
する駆動作用点とした。そして、特に好ましい形態は、
弾性体の形状を各頂点に切欠きをもつ四角形又は五角形
又は六角形のばね構造とすることである。
【０００８】
【作用】上記の手段によって、駆動作用点の内角の大き
さに対応した変位拡大率で複数の圧電素子の振動を合成
することができるため、圧電素子の変形量より数倍大き
な振幅の駆動作用点の周回運動が、極めてシンプルな構
造によって得られることになる。また、圧電素子の駆動
電圧の波形や周波数又は位相をシフトする量を変化させ
ることによって、駆動作用点の周回運動の形状や周期を
制御することができる。従って、移動体に作用する推進
力や移動速度の広範囲な制御が可能となる。
さに対応した変位拡大率で複数の圧電素子の振動を合成
することができるため、圧電素子の変形量より数倍大き
な振幅の駆動作用点の周回運動が、極めてシンプルな構
造によって得られることになる。また、圧電素子の駆動
電圧の波形や周波数又は位相をシフトする量を変化させ
ることによって、駆動作用点の周回運動の形状や周期を
制御することができる。従って、移動体に作用する推進
力や移動速度の広範囲な制御が可能となる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。図１は本発明による菱形の弾性ヒンジを用いた圧電
駆動装置の一実施例を示したものである。図１において
各頂点に切欠きをもつ菱形の弾性ヒンジ１の力点Ｃ，Ｄ
に球面圧接子４，５を介して圧電素子２，３を作用さ
せ、圧電素子２，３の他の端面は固定面に固定する。一
方、移動体６は弾性ヒンジ１を挾んで平行に対向する二
つの被駆動面Ｅ，Ｆを備え、弾性ヒンジ１の駆動作用点
Ａ，Ｂとの空隙Ｓを有する位置にあり、ガイドローラ７
によって移動方向以外の自由度は拘束されている。
る。図１は本発明による菱形の弾性ヒンジを用いた圧電
駆動装置の一実施例を示したものである。図１において
各頂点に切欠きをもつ菱形の弾性ヒンジ１の力点Ｃ，Ｄ
に球面圧接子４，５を介して圧電素子２，３を作用さ
せ、圧電素子２，３の他の端面は固定面に固定する。一
方、移動体６は弾性ヒンジ１を挾んで平行に対向する二
つの被駆動面Ｅ，Ｆを備え、弾性ヒンジ１の駆動作用点
Ａ，Ｂとの空隙Ｓを有する位置にあり、ガイドローラ７
によって移動方向以外の自由度は拘束されている。
【００１０】次に、位相をずらせた一定の波形の電圧で
圧電素子２，３を駆動することにより、弾性ヒンジ１の
駆動作用点Ａ，Ｂに周回運動を発生させ、移動体６を駆
動する方法について図を用いて説明する。図２は弾性ヒ
ンジ１の構造をモデル化して、圧電素子２，３によって
力点Ｃ，Ｄに与えられる変位がどのように駆動作用点
Ａ，Ｂへ伝達されるかを示した図である。図２（ａ）に
おいて停止状態の弾性ヒンジ１の形状をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
とする。圧電素子２，３にそれぞれ電圧Ｖ0 を印加した
際の変位量をδとすると、力点Ｃ，ＤはＣ′，Ｄ′の位
置に移動し、駆動作用点Ａ，Ｂはδの方向と垂直にλだ
け変位してＡ′，Ｂ′の位置に移動する。ここで、変位
量δが弾性ヒンジ１の一辺の長さ（例えばＡ，Ｃ間の距
離）に比べ１／１００程度であれば、駆動作用点Ａ，Ｂ
の内角Θと変形後の内角Θ′は近似的に同じとみなせる
ため、δとλの関係は近似的に数１で表される。
圧電素子２，３を駆動することにより、弾性ヒンジ１の
駆動作用点Ａ，Ｂに周回運動を発生させ、移動体６を駆
動する方法について図を用いて説明する。図２は弾性ヒ
ンジ１の構造をモデル化して、圧電素子２，３によって
力点Ｃ，Ｄに与えられる変位がどのように駆動作用点
Ａ，Ｂへ伝達されるかを示した図である。図２（ａ）に
おいて停止状態の弾性ヒンジ１の形状をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
とする。圧電素子２，３にそれぞれ電圧Ｖ0 を印加した
際の変位量をδとすると、力点Ｃ，ＤはＣ′，Ｄ′の位
置に移動し、駆動作用点Ａ，Ｂはδの方向と垂直にλだ
け変位してＡ′，Ｂ′の位置に移動する。ここで、変位
量δが弾性ヒンジ１の一辺の長さ（例えばＡ，Ｃ間の距
離）に比べ１／１００程度であれば、駆動作用点Ａ，Ｂ
の内角Θと変形後の内角Θ′は近似的に同じとみなせる
ため、δとλの関係は近似的に数１で表される。
【００１１】
【数１】 λ＝−δ×tan(θ／２) …(1) 数１によって示されるように、内角θが９０°以上であ
ればλ＞δとなり変位が拡大されるようになり、内角θ
が更に大きくなるに従って変位拡大率は急増していく特
性を持つ。
ればλ＞δとなり変位が拡大されるようになり、内角θ
が更に大きくなるに従って変位拡大率は急増していく特
性を持つ。
【００１２】また図２（ｂ）に示すように、圧電素子２
には電圧を印加せず圧電素子３に電圧Ｖ0 を印加し、そ
の変位量をδとすると、力点Ｄは固定され力点Ｃがδだ
け移動しＣ′の位置に移動する。この場合、駆動作用点
Ａ，Ｂはδの方向にδ／２と垂直方向にλ／２だけ変位
してＡ′，Ｂ′の位置に移動する。
には電圧を印加せず圧電素子３に電圧Ｖ0 を印加し、そ
の変位量をδとすると、力点Ｄは固定され力点Ｃがδだ
け移動しＣ′の位置に移動する。この場合、駆動作用点
Ａ，Ｂはδの方向にδ／２と垂直方向にλ／２だけ変位
してＡ′，Ｂ′の位置に移動する。
【００１３】次に図３又は図４によって図１の実施例に
おいて圧電素子２，３に正弦波電圧を印加して駆動作用
点Ａ，Ｂに楕円運動を発生させる方法を説明する。図３
は圧電素子２にバイアスを加えた正弦波電圧Ｖ＝（Ｖ0
／２）｛sinωｔ＋１｝を、圧電素子３には圧電素子２
の印加電圧をπ／２だけ位相をシフトした正弦波電圧Ｖ
＝（Ｖ0／２）｛sin（ωｔ＋π／２）＋１｝を印加する
ことによって、駆動作用点Ａ，Ｂに楕円運動を発生させ
る方法を説明したものである。ここで図３（ａ）は圧電
素子２，３の印加電圧とそれに伴う力点Ｃ，Ｄの変位量
の波形を示したものであり、図３（ｂ）は弾性ヒンジ１
の変形過程を１／４周期ごとに示したものである。
おいて圧電素子２，３に正弦波電圧を印加して駆動作用
点Ａ，Ｂに楕円運動を発生させる方法を説明する。図３
は圧電素子２にバイアスを加えた正弦波電圧Ｖ＝（Ｖ0
／２）｛sinωｔ＋１｝を、圧電素子３には圧電素子２
の印加電圧をπ／２だけ位相をシフトした正弦波電圧Ｖ
＝（Ｖ0／２）｛sin（ωｔ＋π／２）＋１｝を印加する
ことによって、駆動作用点Ａ，Ｂに楕円運動を発生させ
る方法を説明したものである。ここで図３（ａ）は圧電
素子２，３の印加電圧とそれに伴う力点Ｃ，Ｄの変位量
の波形を示したものであり、図３（ｂ）は弾性ヒンジ１
の変形過程を１／４周期ごとに示したものである。
【００１４】図３（ａ）において０〜１の過程は圧電素
子２がδ／２だけ伸びて圧電素子３がδ／２だけ縮むた
め、駆動作用点Ａ，Ｂは同図面上で左の方向にδ／２だ
け移動する。この過程は図３（ｂ）でＡ4Ｂ4Ｃ4Ｄ4の状
態からＡ1Ｂ1Ｃ1Ｄ1への状態であり、駆動作用点Ａ，Ｂ
が移動体表面から離れた状態での戻り動作の過程であ
る。次に図３（ａ）において１〜２の過程は圧電素子２
がさらにδ／２だけ伸びて圧電素子３もδ／２だけ伸び
るため、駆動作用点Ａ，Ｂは数１に示す関係から同図面
上でλ／２だけ上下方向に移動する。この過程は図３
（ｂ）においてＡ1Ｂ1Ｃ1Ｄ1の状態からＡ2Ｂ2Ｃ2Ｄ2へ
の状態であり、駆動作用点Ａ，Ｂの移動体表面に対する
押しつけ動作の過程である。
子２がδ／２だけ伸びて圧電素子３がδ／２だけ縮むた
め、駆動作用点Ａ，Ｂは同図面上で左の方向にδ／２だ
け移動する。この過程は図３（ｂ）でＡ4Ｂ4Ｃ4Ｄ4の状
態からＡ1Ｂ1Ｃ1Ｄ1への状態であり、駆動作用点Ａ，Ｂ
が移動体表面から離れた状態での戻り動作の過程であ
る。次に図３（ａ）において１〜２の過程は圧電素子２
がさらにδ／２だけ伸びて圧電素子３もδ／２だけ伸び
るため、駆動作用点Ａ，Ｂは数１に示す関係から同図面
上でλ／２だけ上下方向に移動する。この過程は図３
（ｂ）においてＡ1Ｂ1Ｃ1Ｄ1の状態からＡ2Ｂ2Ｃ2Ｄ2へ
の状態であり、駆動作用点Ａ，Ｂの移動体表面に対する
押しつけ動作の過程である。
【００１５】次に図３（ａ）において２〜３の過程は圧
電素子２がδ／２だけ縮み圧電素子３がさらにδ／２だ
け伸びるため、駆動作用点Ａ，Ｂは同図面上で右の方向
にδ／２だけ移動する。この過程は図３（ｂ）において
Ａ2Ｂ2Ｃ2Ｄ2の状態からＡ3Ｂ3Ｃ3Ｄ3への状態であり、
駆動作用点Ａ，Ｂを移動体表面に対し押しつけた状態で
の摩擦力を利用した送り動作の過程である。
電素子２がδ／２だけ縮み圧電素子３がさらにδ／２だ
け伸びるため、駆動作用点Ａ，Ｂは同図面上で右の方向
にδ／２だけ移動する。この過程は図３（ｂ）において
Ａ2Ｂ2Ｃ2Ｄ2の状態からＡ3Ｂ3Ｃ3Ｄ3への状態であり、
駆動作用点Ａ，Ｂを移動体表面に対し押しつけた状態で
の摩擦力を利用した送り動作の過程である。
【００１６】次に、図３（ａ）において３〜４の過程は
圧電素子２がδ／２だけさらに縮み圧電素子３もδ／２
だけ縮むため、駆動作用点Ａ，Ｂは同図面上で上下方向
にλ／２だけ移動する。この過程は図３（ｂ）において
Ａ3Ｂ3Ｃ3Ｄ3の状態からＡ4Ｂ4Ｃ4Ｄ4への状態であり、
駆動作用点Ａ，Ｂの移動体表面からの離れ動作の過程で
ある。
圧電素子２がδ／２だけさらに縮み圧電素子３もδ／２
だけ縮むため、駆動作用点Ａ，Ｂは同図面上で上下方向
にλ／２だけ移動する。この過程は図３（ｂ）において
Ａ3Ｂ3Ｃ3Ｄ3の状態からＡ4Ｂ4Ｃ4Ｄ4への状態であり、
駆動作用点Ａ，Ｂの移動体表面からの離れ動作の過程で
ある。
【００１７】以上の四つの動作を繰り返すことにより、
駆動作用点Ａ，Ｂは長軸がλ／２、短軸がδ／２の楕円
運動を行い移動体を同図面上で右の方向に駆動する。こ
の楕円運動の方向を逆にして、移動体を同図面上で左の
方向に駆動するには、圧電素子３に圧電素子２の印加電
圧を−π／２だけ位相をシフトした正弦波電圧Ｖ＝（Ｖ
0／２）｛sin（ωｔ−π／２）＋１｝を印加する。
駆動作用点Ａ，Ｂは長軸がλ／２、短軸がδ／２の楕円
運動を行い移動体を同図面上で右の方向に駆動する。こ
の楕円運動の方向を逆にして、移動体を同図面上で左の
方向に駆動するには、圧電素子３に圧電素子２の印加電
圧を−π／２だけ位相をシフトした正弦波電圧Ｖ＝（Ｖ
0／２）｛sin（ωｔ−π／２）＋１｝を印加する。
【００１８】図４は圧電素子２に対し、バイアスを加え
た正弦波電圧Ｖ＝（Ｖ0／２)〔｛２−sin（π／４）｝s
inωｔ＋１〕を基本波形とし、下限は０［Ｖ］、上限は
Ｖ0［Ｖ］にクランプした電圧を印加し、圧電素子３に
は圧電素子２の印加電圧をπ／２だけ位相をシフトした
電圧を印加する。ここで図４（ａ）は圧電素子２，３の
印加電圧とそれに伴う力点Ｃ，Ｄの変位量の波形を示し
たものであり、図４（ｂ）は弾性ヒンジ１の変形過程を
１／４周期ごとに示したものである。このような波形の
電圧を印加すると図２（ｂ）で示したような変形を交互
に繰り返すようになり、駆動作用点Ａ，Ｂは長軸がλ、
短軸がδの楕円運動を行うようになり、図３で示した実
施例の二倍の大きさの楕円運動となる。また、図３と図
４の実施例で示したような正弦波電圧による駆動方法の
他に、山形波電圧を用いてもよい。この場合、駆動作用
点Ａ，Ｂは矩形運動となる。
た正弦波電圧Ｖ＝（Ｖ0／２)〔｛２−sin（π／４）｝s
inωｔ＋１〕を基本波形とし、下限は０［Ｖ］、上限は
Ｖ0［Ｖ］にクランプした電圧を印加し、圧電素子３に
は圧電素子２の印加電圧をπ／２だけ位相をシフトした
電圧を印加する。ここで図４（ａ）は圧電素子２，３の
印加電圧とそれに伴う力点Ｃ，Ｄの変位量の波形を示し
たものであり、図４（ｂ）は弾性ヒンジ１の変形過程を
１／４周期ごとに示したものである。このような波形の
電圧を印加すると図２（ｂ）で示したような変形を交互
に繰り返すようになり、駆動作用点Ａ，Ｂは長軸がλ、
短軸がδの楕円運動を行うようになり、図３で示した実
施例の二倍の大きさの楕円運動となる。また、図３と図
４の実施例で示したような正弦波電圧による駆動方法の
他に、山形波電圧を用いてもよい。この場合、駆動作用
点Ａ，Ｂは矩形運動となる。
【００１９】図５は図１で示した実施例の弾性ヒンジの
駆動作用点Ｂを回転可能な状態で固定し、力点Ｃ，Ｄと
駆動作用点Ａの垂直方向の距離を増加させるという変形
を施したものである。図５（ａ）はこの変形を施した弾
性ヒンジ８の実形状、図５（ｂ）は弾性ヒンジ８の形状
をモデル化し、図４に示した形態の駆動電圧で圧電素子
２，３を駆動した場合の変形過程を示したものである。
ここで固定点Ｂと力点Ｃ，Ｄの垂直方向の距離をＨ、力
点Ｃ，Ｄと駆動作用点Ａの垂直方向の距離をｎＨ、固定
点Ｂの内角をθ1、駆動作用点Ａの内角をθ2とすると、
数１より長軸がδ｛tan（θ1／２）＋tan（θ2／
２）｝、短軸がｎδの略楕円運動となる。図５で示した
実施例の利点は図１で示した実施例よりも更に大きな楕
円運動を駆動作用点Ａに発生させることができる。
駆動作用点Ｂを回転可能な状態で固定し、力点Ｃ，Ｄと
駆動作用点Ａの垂直方向の距離を増加させるという変形
を施したものである。図５（ａ）はこの変形を施した弾
性ヒンジ８の実形状、図５（ｂ）は弾性ヒンジ８の形状
をモデル化し、図４に示した形態の駆動電圧で圧電素子
２，３を駆動した場合の変形過程を示したものである。
ここで固定点Ｂと力点Ｃ，Ｄの垂直方向の距離をＨ、力
点Ｃ，Ｄと駆動作用点Ａの垂直方向の距離をｎＨ、固定
点Ｂの内角をθ1、駆動作用点Ａの内角をθ2とすると、
数１より長軸がδ｛tan（θ1／２）＋tan（θ2／
２）｝、短軸がｎδの略楕円運動となる。図５で示した
実施例の利点は図１で示した実施例よりも更に大きな楕
円運動を駆動作用点Ａに発生させることができる。
【００２０】図６は図１で示した実施例の弾性ヒンジの
力点Ｃ，Ｄにあたる頂点をそれぞれ辺に変形した六角形
弾性ヒンジによる実施例である。図６（ａ）はこの変形
を施した弾性ヒンジ９の実形状、図６（ｂ）は弾性ヒン
ジ９の形状をモデル化し、図４に示した形態の駆動電圧
で圧電素子２，３を駆動した場合の変形過程を示したも
のである。ここで駆動作用点Ａ，Ｂの運動は図１で示し
た実施例と同じものとなるが、圧電素子２，３と弾性ヒ
ンジ９を面で接合できるようになるため、弾性ヒンジ９
を圧電素子２，３により確実に保持できるようになる。
力点Ｃ，Ｄにあたる頂点をそれぞれ辺に変形した六角形
弾性ヒンジによる実施例である。図６（ａ）はこの変形
を施した弾性ヒンジ９の実形状、図６（ｂ）は弾性ヒン
ジ９の形状をモデル化し、図４に示した形態の駆動電圧
で圧電素子２，３を駆動した場合の変形過程を示したも
のである。ここで駆動作用点Ａ，Ｂの運動は図１で示し
た実施例と同じものとなるが、圧電素子２，３と弾性ヒ
ンジ９を面で接合できるようになるため、弾性ヒンジ９
を圧電素子２，３により確実に保持できるようになる。
【００２１】図７は底辺を固定した五角形弾性ヒンジに
よる実施例である。ここで圧電素子２，３は五角形弾性
ヒンジの平行な辺に対しレバー比１：ｎの位置で作用さ
せるものとする。図７（ａ）はその弾性ヒンジ１０の実
形状、図７（ｂ）は弾性ヒンジ１０の形状をモデル化
し、図４に示した形態の駆動電圧で圧電素子２，３を駆
動した場合の変形過程を示したものである。この様にす
ると駆動作用点Ａの楕円運動はレバー比に対応した倍率
で拡大される。
よる実施例である。ここで圧電素子２，３は五角形弾性
ヒンジの平行な辺に対しレバー比１：ｎの位置で作用さ
せるものとする。図７（ａ）はその弾性ヒンジ１０の実
形状、図７（ｂ）は弾性ヒンジ１０の形状をモデル化
し、図４に示した形態の駆動電圧で圧電素子２，３を駆
動した場合の変形過程を示したものである。この様にす
ると駆動作用点Ａの楕円運動はレバー比に対応した倍率
で拡大される。
【００２２】以上、四種類の弾性ヒンジによる楕円運動
の発生方法について述べてきたが、次に駆動装置として
の基本的な適用方法について述べる。図８は図１で示し
た実施例と同様の構成の圧電駆動装置の斜視図である。
図８において各頂点に切欠きをもつ菱形の弾性ヒンジ１
１の力点Ｃ，Ｄに球面圧接子１４，１５を介して圧電素
子１２，１３を作用させ、圧電素子１２，１３の他の端
面は駆動部保持部材１６に固定する。一方、移動体１７
は弾性ヒンジ１１を挾んで平行に対向する二つの被駆動
面を備え、弾性ヒンジ１１の駆動作用点Ａ，Ｂとの空隙
をもつ位置にあり、ガイドローラ１８によって移動方向
以外の自由度は拘束されている。ここで図３または図４
で示したような駆動電圧により圧電素子１２，１３に振
動を与え、弾性ヒンジ１１の駆動作用点Ａ，Ｂにおいて
楕円運動を発生することにより移動体１７を駆動する。
の発生方法について述べてきたが、次に駆動装置として
の基本的な適用方法について述べる。図８は図１で示し
た実施例と同様の構成の圧電駆動装置の斜視図である。
図８において各頂点に切欠きをもつ菱形の弾性ヒンジ１
１の力点Ｃ，Ｄに球面圧接子１４，１５を介して圧電素
子１２，１３を作用させ、圧電素子１２，１３の他の端
面は駆動部保持部材１６に固定する。一方、移動体１７
は弾性ヒンジ１１を挾んで平行に対向する二つの被駆動
面を備え、弾性ヒンジ１１の駆動作用点Ａ，Ｂとの空隙
をもつ位置にあり、ガイドローラ１８によって移動方向
以外の自由度は拘束されている。ここで図３または図４
で示したような駆動電圧により圧電素子１２，１３に振
動を与え、弾性ヒンジ１１の駆動作用点Ａ，Ｂにおいて
楕円運動を発生することにより移動体１７を駆動する。
【００２３】図９は図８で示した実施例の弾性ヒンジ１
１と圧電素子１２，１３からなる駆動部を二組備え、そ
れぞれの駆動作用点の楕円運動を半周期シフトして移動
体１７に作用させて駆動する圧電駆動装置の斜視図であ
る。この様な構成にすることにより、移動体１７にはい
ずれかの弾性ヒンジ１１の駆動作用点が常に作用するよ
うになるため、理論的には駆動力及び駆動速度が二倍に
なる。
１と圧電素子１２，１３からなる駆動部を二組備え、そ
れぞれの駆動作用点の楕円運動を半周期シフトして移動
体１７に作用させて駆動する圧電駆動装置の斜視図であ
る。この様な構成にすることにより、移動体１７にはい
ずれかの弾性ヒンジ１１の駆動作用点が常に作用するよ
うになるため、理論的には駆動力及び駆動速度が二倍に
なる。
【００２４】図１０は図９で示した実施例と同様の駆動
方法により、固定されたガイドレールに沿って駆動部が
移動する方式の圧電駆動装置の斜視図である。図１０に
おいてガイドローラ１９を設置した駆動部保持部材１６
に、一または二組の弾性ヒンジ１１と圧電素子１２，１
３から成る駆動部を固定する。ガイドレール２０にはガ
イドローラ１９の案内面及び弾性ヒンジ１１を挾んで平
行に対向する二つの被駆動面を備える。この様な構成に
することにより大きなストロークの移動に適したものと
なり、またガイドレールの軌道に沿った移動となるため
曲線軌道の移動も可能になる。
方法により、固定されたガイドレールに沿って駆動部が
移動する方式の圧電駆動装置の斜視図である。図１０に
おいてガイドローラ１９を設置した駆動部保持部材１６
に、一または二組の弾性ヒンジ１１と圧電素子１２，１
３から成る駆動部を固定する。ガイドレール２０にはガ
イドローラ１９の案内面及び弾性ヒンジ１１を挾んで平
行に対向する二つの被駆動面を備える。この様な構成に
することにより大きなストロークの移動に適したものと
なり、またガイドレールの軌道に沿った移動となるため
曲線軌道の移動も可能になる。
【００２５】図９と図１０で説明したような駆動部の複
数化と駆動部を可動側にするような構造上の変形は、図
５，図６，図７で示した実施例についても同様に行うこ
とができ、同じ効果を得ることができる。
数化と駆動部を可動側にするような構造上の変形は、図
５，図６，図７で示した実施例についても同様に行うこ
とができ、同じ効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の圧電駆動装置は、構造が簡単で
小型化が容易であり、複数の圧電素子の振動を楕円運動
に効率良く拡大し合成できるため、駆動力及び駆動速度
の制御範囲が大きくなる。
小型化が容易であり、複数の圧電素子の振動を楕円運動
に効率良く拡大し合成できるため、駆動力及び駆動速度
の制御範囲が大きくなる。
【図１】本発明による菱形の弾性ヒンジを用いた圧電駆
動装置の実施例の説明図。
動装置の実施例の説明図。
【図２】図１に示した菱形の弾性ヒンジの変形状態の説
明図。
明図。
【図３】図１に示した圧電駆動装置の駆動電圧波形と弾
性ヒンジの変形過程の説明図。
性ヒンジの変形過程の説明図。
【図４】図１に示した圧電駆動装置の駆動電圧波形と弾
性ヒンジの変形過程の説明図。
性ヒンジの変形過程の説明図。
【図５】本発明による一つの駆動作用点を固定した菱形
弾性ヒンジを用いた圧電駆動装置の実施例の構成図及び
その変形過程の説明図。
弾性ヒンジを用いた圧電駆動装置の実施例の構成図及び
その変形過程の説明図。
【図６】本発明による六角形の弾性ヒンジを用いた圧電
駆動装置の実施例の変形過程の説明図。
駆動装置の実施例の変形過程の説明図。
【図７】本発明による一つの辺を固定した五角形の弾性
ヒンジを用いた圧電駆動装置の実施例の構成図及びその
変形過程の説明図。
ヒンジを用いた圧電駆動装置の実施例の構成図及びその
変形過程の説明図。
【図８】図１に示した圧電駆動装置の適応例の斜視図。
【図９】図１に示した圧電駆動装置において駆動部を二
組備えた適応例の斜視図。
組備えた適応例の斜視図。
【図１０】図１に示した圧電駆動装置において駆動部を
可動側にした適応例の斜視図。
可動側にした適応例の斜視図。
１…弾性ヒンジ、２，３…圧電素子、４，５…球面圧接
子、６…移動体、７…ガイドローラ。
子、６…移動体、７…ガイドローラ。
Claims (6)
- 【請求項１】１又は複数の弾性体と複数の圧電素子から
駆動体が構成され、前記圧電素子にそれぞれ個別の周期
電圧を印加することによって得られる振動を、前記弾性
体を介して被駆動体に伝達する圧電駆動装置において、 前記弾性体の構造がパンタグラフ式の変位拡大機能をも
ち、前記被駆動体と接触する駆動作用点において、複数
の前記圧電素子の振動を変位の拡大を伴う周回運動に合
成し、前記駆動作用点の周回運動の一部を前記被駆動体
に伝達して駆動することを特徴とする圧電駆動装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記弾性体の構造が各
頂点に切欠きをもち四角形，五角形又は六角形のばね構
造であり、前記弾性体の頂点の内角が９０°以上の部分
を駆動作用点とする圧電駆動装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、複数の前記圧
電素子に対し位相がシフトした正弦波電圧又は三角波電
圧を印加し、前記圧電素子の振動を前記弾性体によって
変位拡大を伴う楕円又は矩形の周回運動に合成して前記
駆動作用点に伝達し、前記駆動作用点を前記被駆動面に
作用させて駆動する圧電駆動装置。 - 【請求項４】請求項１，２または３において、前記駆動
体を偶数組備え、かつその半数の前記駆動体における弾
性体の前記駆動作用点の周回運動周期を半周期分シフト
させ、それぞれを交互に前記被駆動体に作用させて駆動
する圧電駆動装置。 - 【請求項５】請求項１，２，３または４において、前記
圧電駆動装置が固定され、前記被駆動体が可動であり、
前記圧電駆動装置が前記被駆動体を駆動する圧電駆動装
置。 - 【請求項６】請求項１，２，３または４において、前記
被駆動体が固定された案内レールであり、前記圧電駆動
装置が前記案内レールに沿った移動経路で移動する圧電
駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3282683A JPH05121790A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 圧電駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3282683A JPH05121790A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 圧電駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05121790A true JPH05121790A (ja) | 1993-05-18 |
Family
ID=17655701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3282683A Pending JPH05121790A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 圧電駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05121790A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6967430B2 (en) * | 2003-10-01 | 2005-11-22 | Piezomotor Uppsala Ab | Flat resonating electromechanical drive unit |
| JP2009025693A (ja) * | 2007-07-23 | 2009-02-05 | Konica Minolta Opto Inc | 駆動機構、駆動装置およびレンズ駆動装置 |
| CN110912444A (zh) * | 2019-04-08 | 2020-03-24 | 浙江师范大学 | 一种仿生爬行式压电驱动器 |
| JP2023538907A (ja) * | 2020-08-17 | 2023-09-12 | 華為技術有限公司 | 駆動アセンブリ、モータ、および端末 |
-
1991
- 1991-10-29 JP JP3282683A patent/JPH05121790A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6967430B2 (en) * | 2003-10-01 | 2005-11-22 | Piezomotor Uppsala Ab | Flat resonating electromechanical drive unit |
| JP2007507997A (ja) * | 2003-10-01 | 2007-03-29 | ピエゾモーター ウプサラ エイビー | 平らに共振する電気機械的駆動ユニット |
| JP2009025693A (ja) * | 2007-07-23 | 2009-02-05 | Konica Minolta Opto Inc | 駆動機構、駆動装置およびレンズ駆動装置 |
| CN110912444A (zh) * | 2019-04-08 | 2020-03-24 | 浙江师范大学 | 一种仿生爬行式压电驱动器 |
| CN110912444B (zh) * | 2019-04-08 | 2022-09-27 | 浙江师范大学 | 一种仿生爬行式压电驱动器 |
| JP2023538907A (ja) * | 2020-08-17 | 2023-09-12 | 華為技術有限公司 | 駆動アセンブリ、モータ、および端末 |
| US12401297B2 (en) | 2020-08-17 | 2025-08-26 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Drive assembly, motor, and terminal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2839543B2 (ja) | 変位発生装置 | |
| US5134334A (en) | Ultrasonic linear motor | |
| JPH07274552A (ja) | リニアモータ | |
| KR20060097723A (ko) | 플랫 공명 전기-기계적 구동 장치 | |
| JPH08280185A (ja) | 超音波アクチュエータ | |
| JPH05219764A (ja) | アーマチュアが超音波振動により駆動される回転又は線形電動機 | |
| JPS59188381A (ja) | 超音波モータ | |
| WO2000077553A1 (en) | A device for micropositioning of an object | |
| JPS62259485A (ja) | 圧電駆動装置 | |
| JP4623547B2 (ja) | 無反動型変位拡大位置決め装置 | |
| JPS63316676A (ja) | 圧電リニアモ−タ | |
| Simu et al. | Evaluation of a monolithic piezoelectric drive unit for a miniature robot | |
| JPH05191988A (ja) | 超音波振動子 | |
| JPH02159982A (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JPH08182351A (ja) | 超音波アクチュエータ | |
| JPH06178564A (ja) | 歪素子アクチュエータ | |
| JPH0315278A (ja) | 超音波モータ | |
| JPH01321875A (ja) | 超音波アクチュエータ及びその制御方法 | |
| JPH05252767A (ja) | 超音波モータ | |
| JP2531582B2 (ja) | 圧電形アクチユエ−タ | |
| JPH02188168A (ja) | 超音波リニアモータ | |
| JPH0552137B2 (ja) | ||
| JPH0638559A (ja) | 超音波アクチュエータ及びその駆動方法 | |
| JPS63294268A (ja) | 圧電アクチュエ−タ | |
| US20260039227A1 (en) | Single resonance mode ultrasonic motor |