JPH09205786A - 振動アクチュエータ - Google Patents
振動アクチュエータInfo
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- JPH09205786A JPH09205786A JP8012149A JP1214996A JPH09205786A JP H09205786 A JPH09205786 A JP H09205786A JP 8012149 A JP8012149 A JP 8012149A JP 1214996 A JP1214996 A JP 1214996A JP H09205786 A JPH09205786 A JP H09205786A
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- vibrator
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 異形モード縮退型の振動アクチュエータで
は、その固定形態が決定されていないため、駆動効率の
低下を引き起こすおそれがある。 【解決手段】 圧電体21〜24を装着されて縦振動及
び捩じり振動を生じる振動子2と,振動子2に生じる縦
振動及び捩じり振動により振動子2との間で相対運動を
発生する移動子13と,振動子2及び移動子13を、振
動子2の軸方向について加圧接触させた状態で保持する
固定軸17とを備え、固定軸17はその両端部がともに
支持される振動アクチュエータ1。
は、その固定形態が決定されていないため、駆動効率の
低下を引き起こすおそれがある。 【解決手段】 圧電体21〜24を装着されて縦振動及
び捩じり振動を生じる振動子2と,振動子2に生じる縦
振動及び捩じり振動により振動子2との間で相対運動を
発生する移動子13と,振動子2及び移動子13を、振
動子2の軸方向について加圧接触させた状態で保持する
固定軸17とを備え、固定軸17はその両端部がともに
支持される振動アクチュエータ1。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒状の振動発生部
材を備える振動アクチュエータに関する。
材を備える振動アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、縦−捩じり振動型の振動アクチ
ュエータの従来例を示した斜視図である。
ュエータの従来例を示した斜視図である。
【0003】従来、この種の振動アクチュエータでは、
2つの円柱型の振動子102,103間に捩じり振動用
の圧電素子104が配置される。また、振動子103の
上側に縦振動用の圧電素子105が配置される。このよ
うにして、ステータ(固定子)101が構成される。
2つの円柱型の振動子102,103間に捩じり振動用
の圧電素子104が配置される。また、振動子103の
上側に縦振動用の圧電素子105が配置される。このよ
うにして、ステータ(固定子)101が構成される。
【0004】捩じり振動用の圧電素子104は周方向に
分極される。一方、縦振動用の圧電素子105は厚み方
向に分極される。さらに、ロータ(移動子)106は、
縦振動用の圧電素子105の上側に配置される。
分極される。一方、縦振動用の圧電素子105は厚み方
向に分極される。さらに、ロータ(移動子)106は、
縦振動用の圧電素子105の上側に配置される。
【0005】ステータ101を構成する振動子102,
103及び圧電素子104,105は、シャフト107
のねじ部に螺合されて固定される。ロータ106は、ボ
ールベアリング108を介してシャフト107に回転可
能に支持される。シャフト107の先端にはばね109
を介してナット110が螺合する。これにより、ロータ
106をステータ101に所定の加圧力Fで加圧接触さ
せる。
103及び圧電素子104,105は、シャフト107
のねじ部に螺合されて固定される。ロータ106は、ボ
ールベアリング108を介してシャフト107に回転可
能に支持される。シャフト107の先端にはばね109
を介してナット110が螺合する。これにより、ロータ
106をステータ101に所定の加圧力Fで加圧接触さ
せる。
【0006】捩じり振動用の圧電素子104は、ロータ
106が回転するための機械的変位を与える。一方、縦
振動用の圧電素子105は、ステータ101とロータ1
06との間に働く摩擦力を、圧電素子104による捩じ
り振動の周期に同期させて周期的に変動させることによ
り、振動を一方向への運動として伝達するクラッチ的役
割を果たす。
106が回転するための機械的変位を与える。一方、縦
振動用の圧電素子105は、ステータ101とロータ1
06との間に働く摩擦力を、圧電素子104による捩じ
り振動の周期に同期させて周期的に変動させることによ
り、振動を一方向への運動として伝達するクラッチ的役
割を果たす。
【0007】図6は、この振動アクチュエータのステー
タを展開した状態で示す斜視図である。捩じり振動用の
環状の圧電素子104は、周方向に分極しておく必要が
ある。そこで、圧電素子104aは、図6に示すよう
に、圧電材料を6〜8個程度の扇形の小片に一端分割し
ておき、各小片を円周方向について分極した後に再度環
状に組み合わせることにより、組み立てていた。なお、
図6における符号104aは、圧電素子104に駆動電
圧を印加するための電極である。
タを展開した状態で示す斜視図である。捩じり振動用の
環状の圧電素子104は、周方向に分極しておく必要が
ある。そこで、圧電素子104aは、図6に示すよう
に、圧電材料を6〜8個程度の扇形の小片に一端分割し
ておき、各小片を円周方向について分極した後に再度環
状に組み合わせることにより、組み立てていた。なお、
図6における符号104aは、圧電素子104に駆動電
圧を印加するための電極である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図5及び図6
を参照しながら説明した従来の振動アクチュエータで
は、捩じり振動用の圧電素子104を環状に組み合わせ
る時に、形状精度を出すことが難しかった。
を参照しながら説明した従来の振動アクチュエータで
は、捩じり振動用の圧電素子104を環状に組み合わせ
る時に、形状精度を出すことが難しかった。
【0009】一方、縦振動用の圧電素子105,及び捩
じり振動用の圧電素子104それぞれの面積は、とも
に、ステータ106の断面積と略等しい程度であるか、
又は、ステータ106の断面積よりも小さくなりがちで
あった。
じり振動用の圧電素子104それぞれの面積は、とも
に、ステータ106の断面積と略等しい程度であるか、
又は、ステータ106の断面積よりも小さくなりがちで
あった。
【0010】また、シャフト107を貫通させるため、
縦振動用の圧電素子105,及び捩じり振動用の圧電素
子104それぞれの中央部に孔を開ける必要もあった。
そのため、縦振動用の圧電素子105,及び捩じり振動
用の圧電素子104それぞれの面積はさらに小さくなら
ざるを得なかった。したがって、従来の振動アクチュエ
ータでは、より一層の高トルク化,高回転化を図ること
がともに難しかった。
縦振動用の圧電素子105,及び捩じり振動用の圧電素
子104それぞれの中央部に孔を開ける必要もあった。
そのため、縦振動用の圧電素子105,及び捩じり振動
用の圧電素子104それぞれの面積はさらに小さくなら
ざるを得なかった。したがって、従来の振動アクチュエ
ータでは、より一層の高トルク化,高回転化を図ること
がともに難しかった。
【0011】このような従来の振動アクチュエータの有
する問題を解決するため、本出願人は、先に特願平6−
275022号等により、高トルク及び高回転で駆動す
ることができ、しかも、構造及び組み立てがともに容易
である新型のアクチュエータを、異形モード縮退型の振
動アクチュエータとして提案した。
する問題を解決するため、本出願人は、先に特願平6−
275022号等により、高トルク及び高回転で駆動す
ることができ、しかも、構造及び組み立てがともに容易
である新型のアクチュエータを、異形モード縮退型の振
動アクチュエータとして提案した。
【0012】図7は、新型の異形モード縮退型の振動ア
クチュエータの構造を示す縦断面図である。図7に示す
ように、この異形モード縮退型の振動アクチュエータで
は、長手方向の略中央部に環状に形成された大径部41
aを有する棒状の固定軸41の外周面に、中空円筒状の
弾性体42が、弾性体42の長手方向と直行する方向に
貫通するとともに固定軸41の大径部41aに螺合する
取付ボルト43a,43bにより、固定される。
クチュエータの構造を示す縦断面図である。図7に示す
ように、この異形モード縮退型の振動アクチュエータで
は、長手方向の略中央部に環状に形成された大径部41
aを有する棒状の固定軸41の外周面に、中空円筒状の
弾性体42が、弾性体42の長手方向と直行する方向に
貫通するとともに固定軸41の大径部41aに螺合する
取付ボルト43a,43bにより、固定される。
【0013】弾性体42は、厚肉の円管状弾性体を中心
軸を含む平面で縦に2分割することにより得られる2つ
の半円管状弾性体42a,42bを組み合わせて構成さ
れる。
軸を含む平面で縦に2分割することにより得られる2つ
の半円管状弾性体42a,42bを組み合わせて構成さ
れる。
【0014】半円管状弾性体42a,42bそれぞれの
分割面には、いずれも図示しないが、捩じり振動用の圧
電素子と,縦振動用の圧電素子とがそれぞれ2枚ずつ計
4枚挟まれた状態で保持される。
分割面には、いずれも図示しないが、捩じり振動用の圧
電素子と,縦振動用の圧電素子とがそれぞれ2枚ずつ計
4枚挟まれた状態で保持される。
【0015】弾性体42の上端面である駆動面Dには、
その中央部に装着されたベアリング46を介して固定軸
41により回動自在に支持される相対運動部材である円
柱状の移動子47が接触する。
その中央部に装着されたベアリング46を介して固定軸
41により回動自在に支持される相対運動部材である円
柱状の移動子47が接触する。
【0016】移動子47は、厚肉円管状の移動子母材4
7aと,移動子母材47aの弾性体42側の端面に貼付
されて弾性体42の駆動面Dに接触する摺動材47bと
により構成される。前述したように、移動子47は中心
部に嵌着されたベアリング46によって固定軸41に対
して回動自在に位置決めされる。
7aと,移動子母材47aの弾性体42側の端面に貼付
されて弾性体42の駆動面Dに接触する摺動材47bと
により構成される。前述したように、移動子47は中心
部に嵌着されたベアリング46によって固定軸41に対
して回動自在に位置決めされる。
【0017】さらに、移動子47は、加圧部材である皿
バネ48により、弾性体42の駆動面Dに加圧接触され
る。このように、固定軸41は、弾性体42を固定する
とともに移動子47を半径方向について回動自在に位置
決めし、振動アクチュエータとして駆動する際の軸振れ
の発生を防止する。この固定軸41は、先端にねじ部4
1bが形成されており、皿バネ48の加圧量を調整する
ための調整部材であるナット49が螺合する。
バネ48により、弾性体42の駆動面Dに加圧接触され
る。このように、固定軸41は、弾性体42を固定する
とともに移動子47を半径方向について回動自在に位置
決めし、振動アクチュエータとして駆動する際の軸振れ
の発生を防止する。この固定軸41は、先端にねじ部4
1bが形成されており、皿バネ48の加圧量を調整する
ための調整部材であるナット49が螺合する。
【0018】このように構成された振動アクチュエータ
は、圧電素子に駆動電圧発生装置(いずれも図示しな
い。)から駆動電圧を印加されることによって励振し、
弾性体2には捩じり振動及び縦振動が調和的に発生す
る。捩じり振動及び縦振動それぞれの共振周波数が略一
致すると、捩じり振動及び縦振動が同時に発生し、この
楕円運動が駆動力となって、加圧接触する移動子47が
固定軸41の回りに回転駆動される。
は、圧電素子に駆動電圧発生装置(いずれも図示しな
い。)から駆動電圧を印加されることによって励振し、
弾性体2には捩じり振動及び縦振動が調和的に発生す
る。捩じり振動及び縦振動それぞれの共振周波数が略一
致すると、捩じり振動及び縦振動が同時に発生し、この
楕円運動が駆動力となって、加圧接触する移動子47が
固定軸41の回りに回転駆動される。
【0019】このような異形モード縮退型の振動アクチ
ュエータは、現在、鋭意開発が行われており、実用化へ
の努力が払われている。しかし、現時点では、振動アク
チュエータ本体を具体的にどのように支持するのかにつ
いては余り検討されていない。
ュエータは、現在、鋭意開発が行われており、実用化へ
の努力が払われている。しかし、現時点では、振動アク
チュエータ本体を具体的にどのように支持するのかにつ
いては余り検討されていない。
【0020】振動アクチュエータ本体の支持が適切に行
われない場合には、振動アクチュエータが発生する大き
なトルクの反力によって固定軸の振れや回転が発生して
しまい、振動アクチュエータの駆動効率が低下してしま
うおそれがある。
われない場合には、振動アクチュエータが発生する大き
なトルクの反力によって固定軸の振れや回転が発生して
しまい、振動アクチュエータの駆動効率が低下してしま
うおそれがある。
【0021】振動アクチュエータ本体の固定形態として
検討されたものとしては、図7において、振動子及び移
動子47を支持する固定軸41の一端(図面上の下端部
付近)を、例えばモーターハウジング等の支持部材によ
って固定・支持することが検討されている。
検討されたものとしては、図7において、振動子及び移
動子47を支持する固定軸41の一端(図面上の下端部
付近)を、例えばモーターハウジング等の支持部材によ
って固定・支持することが検討されている。
【0022】しかし、このように固定軸41の一端を固
定・支持しても、異形モード縮退型の振動アクチュエー
タにより発生されるトルクは大きいため、駆動に伴うト
ルクの反力によって固定軸41が振れてしまうおそれは
解消できない。
定・支持しても、異形モード縮退型の振動アクチュエー
タにより発生されるトルクは大きいため、駆動に伴うト
ルクの反力によって固定軸41が振れてしまうおそれは
解消できない。
【0023】固定軸41の振れを完全に解消するには、
固定軸41の一端を固定するのではなく、両端を固定す
ればよい。しかし、これでは、振動アクチュエータを過
剰に拘束することになって、振動子に発生する振動を減
衰させてしまい、振動アクチュエータの駆動効率を低下
させてしまう。
固定軸41の一端を固定するのではなく、両端を固定す
ればよい。しかし、これでは、振動アクチュエータを過
剰に拘束することになって、振動子に発生する振動を減
衰させてしまい、振動アクチュエータの駆動効率を低下
させてしまう。
【0024】このように、図7により示す異形モード縮
退型の振動アクチュエータでは、振動アクチュエータの
固定形態が決定されていないことに起因して、振動アク
チュエータの駆動効率の低下を引き起こすおそれがある
という課題があった。
退型の振動アクチュエータでは、振動アクチュエータの
固定形態が決定されていないことに起因して、振動アク
チュエータの駆動効率の低下を引き起こすおそれがある
という課題があった。
【0025】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、複数
の電気機械変換素子を装着されて複数の振動モードを生
じる筒状の振動発生部材と,前記振動発生部材に生じる
複数の前記振動モードにより前記振動発生部材との間で
相対運動を発生する相対運動部材と,前記振動発生部材
及び前記相対運動部材を、前記振動発生部材の軸方向に
ついて加圧接触させた状態で保持する固定部材とを備え
る振動アクチュエータにおいて、前記固定部材は、その
両端部がともに支持されることを特徴とする。
の電気機械変換素子を装着されて複数の振動モードを生
じる筒状の振動発生部材と,前記振動発生部材に生じる
複数の前記振動モードにより前記振動発生部材との間で
相対運動を発生する相対運動部材と,前記振動発生部材
及び前記相対運動部材を、前記振動発生部材の軸方向に
ついて加圧接触させた状態で保持する固定部材とを備え
る振動アクチュエータにおいて、前記固定部材は、その
両端部がともに支持されることを特徴とする。
【0026】請求項2の発明は、請求項1に記載された
振動アクチュエータにおいて、前記固定部材の両端部の
支持は、一端が回転止めにより行われるとともに、他端
が振れ止めにより行われることを特徴とする。
振動アクチュエータにおいて、前記固定部材の両端部の
支持は、一端が回転止めにより行われるとともに、他端
が振れ止めにより行われることを特徴とする。
【0027】請求項3の発明は、請求項2に記載された
振動アクチュエータにおいて、前記回転止めは、ネジ固
定であるとともに、前記振れ止めは、嵌合支持であるこ
とを特徴とする。
振動アクチュエータにおいて、前記回転止めは、ネジ固
定であるとともに、前記振れ止めは、嵌合支持であるこ
とを特徴とする。
【0028】上記の本発明における「支持」は、固定,
保持だけを意味するのではなく、嵌合,係合等を含む。
保持だけを意味するのではなく、嵌合,係合等を含む。
【0029】
(第1実施形態)以下、添付図面を参照しながら本発明
の実施形態を詳細に説明する。なお、以降の実施形態の
説明は、振動アクチュエータとして超音波領域の周波数
の振動を利用する超音波アクチュエータを例にとって、
行う。
の実施形態を詳細に説明する。なお、以降の実施形態の
説明は、振動アクチュエータとして超音波領域の周波数
の振動を利用する超音波アクチュエータを例にとって、
行う。
【0030】図1は、本発明の第1実施形態にかかる超
音波アクチュエータ1及び超音波アクチュエータ本体の
固定状況を示す縦断面図である。また、図2は、本実施
形態の超音波アクチュエータ1に用いる振動子2の説明
図であって、図2(a)は振動子2の中心線より左半分
を断面で示す側面図であり、図2(b)は図2(a)に
おけるA−A断面、B−B断面、C−C断面を駆動電圧
Vt,Vlの印加状況とともに示す説明図である。
音波アクチュエータ1及び超音波アクチュエータ本体の
固定状況を示す縦断面図である。また、図2は、本実施
形態の超音波アクチュエータ1に用いる振動子2の説明
図であって、図2(a)は振動子2の中心線より左半分
を断面で示す側面図であり、図2(b)は図2(a)に
おけるA−A断面、B−B断面、C−C断面を駆動電圧
Vt,Vlの印加状況とともに示す説明図である。
【0031】図2(a)及び図2(b)に示すように、
筒状の振動発生部材である振動子2は、駆動信号により
励振されるとともに電気エネルギーを機械的変位に変換
する電気機械変換素子である3群の圧電素子21,2
2,23と、これらの圧電素子21〜23を接合して圧
電素子21〜23の励振によって、1次の超音波領域の
振動数の縦振動と2次の超音波領域の振動数の捩り振動
とを生じることにより、一方の端面である駆動面Dに駆
動力を発生する中空円柱型の弾性体3とよって構成され
る。
筒状の振動発生部材である振動子2は、駆動信号により
励振されるとともに電気エネルギーを機械的変位に変換
する電気機械変換素子である3群の圧電素子21,2
2,23と、これらの圧電素子21〜23を接合して圧
電素子21〜23の励振によって、1次の超音波領域の
振動数の縦振動と2次の超音波領域の振動数の捩り振動
とを生じることにより、一方の端面である駆動面Dに駆
動力を発生する中空円柱型の弾性体3とよって構成され
る。
【0032】図1に示すように、この円柱型の弾性体3
の外周面には、外径が大きな4つの大径部3a〜3d
と、これらの大径部3a〜3dの間に3つの小径部3e
〜3gとが形成されている。
の外周面には、外径が大きな4つの大径部3a〜3d
と、これらの大径部3a〜3dの間に3つの小径部3e
〜3gとが形成されている。
【0033】弾性体3は、高さ方向に沿って中心軸mを
含む平面により2つの半円管状弾性体3−1,3−2に
分割され、2つの半円管状弾性体3−1,3−2の二つ
の分割面それぞれに圧電体21〜23が挟まれた状態で
保持される。
含む平面により2つの半円管状弾性体3−1,3−2に
分割され、2つの半円管状弾性体3−1,3−2の二つ
の分割面それぞれに圧電体21〜23が挟まれた状態で
保持される。
【0034】図2に示すように、弾性体3の長手方向略
中心部には、圧電定数d31を用いる縦振動用の圧電体2
2(L用PZT)が2層配置される。この配置位置は、
後述するように、1次の縦振動の節付近である。一方、
圧電体22の両端側には、圧電定数d15を用いる捩じり
振動用の圧電体21,23(T用PZT)がそれぞれ2
層配置される。この配置位置は、後述するように、2次
の捩り振動の節付近である。
中心部には、圧電定数d31を用いる縦振動用の圧電体2
2(L用PZT)が2層配置される。この配置位置は、
後述するように、1次の縦振動の節付近である。一方、
圧電体22の両端側には、圧電定数d15を用いる捩じり
振動用の圧電体21,23(T用PZT)がそれぞれ2
層配置される。この配置位置は、後述するように、2次
の捩り振動の節付近である。
【0035】このように、本実施形態の超音波アクチュ
エータ1に用いる弾性体3は、中空の円柱体を中心軸を
含む平面で縦に2分割することにより得られ、2つの分
割面にそれぞれ3群からなる圧電体21〜23が2層ず
つ挟み込まれた状態で保持される。
エータ1に用いる弾性体3は、中空の円柱体を中心軸を
含む平面で縦に2分割することにより得られ、2つの分
割面にそれぞれ3群からなる圧電体21〜23が2層ず
つ挟み込まれた状態で保持される。
【0036】圧電体21,23は、弾性体3の長手方向
に対して剪断変位を発生する。図2(b)におけるA−
A断面,C−C断面それぞれにおける圧電体21,23
は、駆動電圧Vtが印加された場合に、弾性体3の円周
方向についての剪断変形が手前方向とその反対方向とが
交互になるように配置される。また、圧電体21,23
は、図2におけるA−A断面,C−C断面それぞれにお
ける捩じれ方向が逆になるように配置される。圧電体2
1,23がこのように配置されて、それぞれが剪断変形
すると、弾性体3には2次の超音波振動数域の捩じり変
位が発生する。
に対して剪断変位を発生する。図2(b)におけるA−
A断面,C−C断面それぞれにおける圧電体21,23
は、駆動電圧Vtが印加された場合に、弾性体3の円周
方向についての剪断変形が手前方向とその反対方向とが
交互になるように配置される。また、圧電体21,23
は、図2におけるA−A断面,C−C断面それぞれにお
ける捩じれ方向が逆になるように配置される。圧電体2
1,23がこのように配置されて、それぞれが剪断変形
すると、弾性体3には2次の超音波振動数域の捩じり変
位が発生する。
【0037】圧電体22は、弾性体3の長手方向に対し
て1次の超音波振動数域の伸縮変位が発生する。図2中
のB−B断面における2組の縦振動用の圧電体22は、
駆動電圧Vlが印加されると、全てが同じ方向へ変位す
るように配置する。
て1次の超音波振動数域の伸縮変位が発生する。図2中
のB−B断面における2組の縦振動用の圧電体22は、
駆動電圧Vlが印加されると、全てが同じ方向へ変位す
るように配置する。
【0038】図1及び図2において、捩じり振動用の圧
電体21、23に正弦波電圧を入力すると、振動子1に
はそれに応じて捩じり振動が発生する。一方、縦振動用
の圧電体22に正弦波電圧を入力すると、振動子1には
それに応じて縦振動が発生する。
電体21、23に正弦波電圧を入力すると、振動子1に
はそれに応じて捩じり振動が発生する。一方、縦振動用
の圧電体22に正弦波電圧を入力すると、振動子1には
それに応じて縦振動が発生する。
【0039】二つの半円管状弾性体3−1,3−2の4
つの大径部3a〜3dのうちの、弾性体3の長手方向略
中心に、弾性体3の中心軸Cと直交する方向に貫通孔3
h,3i,3j,3kが設けられており、これらの貫通
孔3h〜3kにボルト4〜7を挿入してナット8〜11
を螺着することにより、半弾性体3−1,3−2と圧電
体21〜23とが締結・固定される。
つの大径部3a〜3dのうちの、弾性体3の長手方向略
中心に、弾性体3の中心軸Cと直交する方向に貫通孔3
h,3i,3j,3kが設けられており、これらの貫通
孔3h〜3kにボルト4〜7を挿入してナット8〜11
を螺着することにより、半弾性体3−1,3−2と圧電
体21〜23とが締結・固定される。
【0040】さらに、小径部3fの弾性体3の長手方向
の略中心(1次の縦振動の節付近)には、半円管状弾性
体3−1,3−2を固定部材である棒状の固定軸17に
固定するための支持部材であるピン12が貫着される。
の略中心(1次の縦振動の節付近)には、半円管状弾性
体3−1,3−2を固定部材である棒状の固定軸17に
固定するための支持部材であるピン12が貫着される。
【0041】振動子2との間で相対運動を行う相対運動
部材である円柱状の移動子13は、弾性体3の駆動面D
に接触する摺動材14と円柱状の移動子母材15とによ
り構成される。移動子母材15の反振動子側の端面内周
部には、環状に溝部15aが形成されており、この溝部
15aに位置決め手段であるベアリング16が嵌合され
ている。このベアリング16は、固定軸17によって位
置決めされており、このベアリング16を介して移動子
13は固定軸17に対して回動自在に保持される。
部材である円柱状の移動子13は、弾性体3の駆動面D
に接触する摺動材14と円柱状の移動子母材15とによ
り構成される。移動子母材15の反振動子側の端面内周
部には、環状に溝部15aが形成されており、この溝部
15aに位置決め手段であるベアリング16が嵌合され
ている。このベアリング16は、固定軸17によって位
置決めされており、このベアリング16を介して移動子
13は固定軸17に対して回動自在に保持される。
【0042】移動子母材15の外周面のうちの反振動子
側には、歯車15bが環状に形成されており、図示しな
い被駆動部材の一部が螺合する。被駆動部材は、移動子
母材15の回転によって駆動される。
側には、歯車15bが環状に形成されており、図示しな
い被駆動部材の一部が螺合する。被駆動部材は、移動子
母材15の回転によって駆動される。
【0043】さらに、ベアリング16は、固定軸17に
装着された加圧手段である皿バネ18(スプリングバネ
や板バネ等の他の加圧力発生部材であってもよい。)に
より弾性体3の駆動面D側に向けて加圧される。この加
圧により、移動子13は振動子2に加圧接触する。
装着された加圧手段である皿バネ18(スプリングバネ
や板バネ等の他の加圧力発生部材であってもよい。)に
より弾性体3の駆動面D側に向けて加圧される。この加
圧により、移動子13は振動子2に加圧接触する。
【0044】固定軸17は、弾性体3の中心部に形成さ
れた中空部を貫通しており、弾性体3を固定するととも
に、移動子13を半径方向について位置決め・固定す
る。固定軸17の上端部側には、ネジ部17aが形成さ
れており、このネジ部17aに、皿バネ18の加圧量を
調整する調整手段であるナット19が螺合する。ナット
19の螺着位置を調整することにより、皿バネ18の加
圧量が調整される。
れた中空部を貫通しており、弾性体3を固定するととも
に、移動子13を半径方向について位置決め・固定す
る。固定軸17の上端部側には、ネジ部17aが形成さ
れており、このネジ部17aに、皿バネ18の加圧量を
調整する調整手段であるナット19が螺合する。ナット
19の螺着位置を調整することにより、皿バネ18の加
圧量が調整される。
【0045】さらに、本実施形態では、固定軸17の両
端が固定部20a,20bによりそれぞれ支持される。
すなわち、固定軸17の下端17bには円板状の取付部
が形成されており、この取付部に取付ネジ24を螺着さ
せることにより、固定軸17の下端17bが機器等の固
定部20bにネジ固定される。このネジ固定により、固
定軸17は回転止めがなされ、振動アクチュエータ1の
駆動に伴って固定軸17が回転することが抑制される。
端が固定部20a,20bによりそれぞれ支持される。
すなわち、固定軸17の下端17bには円板状の取付部
が形成されており、この取付部に取付ネジ24を螺着さ
せることにより、固定軸17の下端17bが機器等の固
定部20bにネジ固定される。このネジ固定により、固
定軸17は回転止めがなされ、振動アクチュエータ1の
駆動に伴って固定軸17が回転することが抑制される。
【0046】一方、固定軸17の上端には、棒状の突設
部25が形成されており、この突設部25を、機器等の
固定部20aに形成された取付孔に嵌め合わせることに
より、固定軸17の他端が固定部20aに嵌合支持され
る。この嵌合支持により、固定軸17は振れ止めがなさ
れ、超音波アクチュエータ1の駆動に伴って固定軸17
が振れることが抑制される。
部25が形成されており、この突設部25を、機器等の
固定部20aに形成された取付孔に嵌め合わせることに
より、固定軸17の他端が固定部20aに嵌合支持され
る。この嵌合支持により、固定軸17は振れ止めがなさ
れ、超音波アクチュエータ1の駆動に伴って固定軸17
が振れることが抑制される。
【0047】本実施形態では、固定軸17の一端をネジ
止め固定するとともに、他端を嵌合支持することによ
り、固定軸17の両端を支持するように構成したが、本
発明はこの態様のみに限定されるものではない。例え
ば、両端ともにネジ止め固定又は嵌合固定するようにし
てもよい。ただし、超音波アクチュエータ1を確実に支
持するとともに、振動子2の振動減衰をできるだけ抑制
して振動効率の低下をできるだけ抑制するためには、本
実施形態のように、固定軸17の一端を回転固定すると
ともに他端を振れ止め支持することが最も望ましい。
止め固定するとともに、他端を嵌合支持することによ
り、固定軸17の両端を支持するように構成したが、本
発明はこの態様のみに限定されるものではない。例え
ば、両端ともにネジ止め固定又は嵌合固定するようにし
てもよい。ただし、超音波アクチュエータ1を確実に支
持するとともに、振動子2の振動減衰をできるだけ抑制
して振動効率の低下をできるだけ抑制するためには、本
実施形態のように、固定軸17の一端を回転固定すると
ともに他端を振れ止め支持することが最も望ましい。
【0048】また、本実施形態によれば、超音波アクチ
ュエータ1の本体を支持するための余計な部材を必要と
せず、固定軸17を利用して超音波アクチュエータ1を
固定するため、振動アクチュエータ1の設置スペースを
できるだけ小さくすることができる。そのため、振動ア
クチュエータを狭隘部等に設置する場合にも有効であ
る。
ュエータ1の本体を支持するための余計な部材を必要と
せず、固定軸17を利用して超音波アクチュエータ1を
固定するため、振動アクチュエータ1の設置スペースを
できるだけ小さくすることができる。そのため、振動ア
クチュエータを狭隘部等に設置する場合にも有効であ
る。
【0049】図2(b)に示すように、圧電体21,2
3に駆動電圧Vtを印加するとともに圧電体22に駆動
電圧Vlを印加するための駆動回路は、駆動信号を発振
する発振部31と,発振された駆動信号を(1/4)λ
位相差を有する信号に振り分ける移相部32と,捩り振
動用圧電体21、22に入力する駆動信号を増幅するT
増幅部33と,縦振動用圧電体23に入力する駆動信号
を増幅するL増幅部34とから構成される。
3に駆動電圧Vtを印加するとともに圧電体22に駆動
電圧Vlを印加するための駆動回路は、駆動信号を発振
する発振部31と,発振された駆動信号を(1/4)λ
位相差を有する信号に振り分ける移相部32と,捩り振
動用圧電体21、22に入力する駆動信号を増幅するT
増幅部33と,縦振動用圧電体23に入力する駆動信号
を増幅するL増幅部34とから構成される。
【0050】以上のような構成によると、発振部31は
駆動信号を発振し、その駆動信号は移相部32により2
つの(1/4)λ位相差を有する信号に分割され、それ
ぞれT増幅部33及びL増幅部34により増幅される。
T増幅部33で増幅された駆動信号は捩じり振動用の圧
電体21、23に入力され、L増幅部34で増幅された
駆動信号は縦振動用の圧電体22に入力される。
駆動信号を発振し、その駆動信号は移相部32により2
つの(1/4)λ位相差を有する信号に分割され、それ
ぞれT増幅部33及びL増幅部34により増幅される。
T増幅部33で増幅された駆動信号は捩じり振動用の圧
電体21、23に入力され、L増幅部34で増幅された
駆動信号は縦振動用の圧電体22に入力される。
【0051】図3は、圧電体21〜24に駆動信号が入
力された場合の振動子2における振動発生状況を示す説
明図である。同図に示すように、駆動信号が入力された
振動子2は、圧電体21〜23の励振により、腹及び節
を有する1次の縦振動(L1モード)と2次の捩じり振
動(T2モード)とが生じ、捩じり振動用の圧電体2
1,23と縦振動用の圧電体22とに印加する周期電圧
の位相差を(1/4)λずらすことにより、これらの振
動は合成されて、図4に説明するように、弾性体3の駆
動面Dには楕円運動が発生する。
力された場合の振動子2における振動発生状況を示す説
明図である。同図に示すように、駆動信号が入力された
振動子2は、圧電体21〜23の励振により、腹及び節
を有する1次の縦振動(L1モード)と2次の捩じり振
動(T2モード)とが生じ、捩じり振動用の圧電体2
1,23と縦振動用の圧電体22とに印加する周期電圧
の位相差を(1/4)λずらすことにより、これらの振
動は合成されて、図4に説明するように、弾性体3の駆
動面Dには楕円運動が発生する。
【0052】このとき、捩じり振動(T2モード)は、
捩じり剛性の弱い小径部3e,3gに節を発生し、弾性
体3の駆動面Dは腹となる。一方、縦振動(L1モー
ド)は、小径部3fに節を発生し、弾性体3の駆動面D
は腹となる。この駆動面Dに加圧された移動子13は、
振動子2より摩擦的に駆動力を受けて駆動される。
捩じり剛性の弱い小径部3e,3gに節を発生し、弾性
体3の駆動面Dは腹となる。一方、縦振動(L1モー
ド)は、小径部3fに節を発生し、弾性体3の駆動面D
は腹となる。この駆動面Dに加圧された移動子13は、
振動子2より摩擦的に駆動力を受けて駆動される。
【0053】次に、図4を参照しながら、本実施形態の
超音波アクチュエータにおいて、振動子2に発生する縦
振動と捩じり振動とを組み合わせて駆動面Dに楕円運動
を発生することを経時的に説明する。
超音波アクチュエータにおいて、振動子2に発生する縦
振動と捩じり振動とを組み合わせて駆動面Dに楕円運動
を発生することを経時的に説明する。
【0054】図4に示すように、捩じり振動の周期と縦
振動の周期との位相差を(1/4)λ(λ:波長)ずら
すと、駆動面D上の定点には楕円運動が発生する。t=
(6/4)πの時点では、捩じり振動Tの変位は左側に
最大であり、一方、縦振動Lの変位は零である。この状
態では、移動子13は、図示しない加圧機構によって振
動子2の駆動面Dに加圧接触する。
振動の周期との位相差を(1/4)λ(λ:波長)ずら
すと、駆動面D上の定点には楕円運動が発生する。t=
(6/4)πの時点では、捩じり振動Tの変位は左側に
最大であり、一方、縦振動Lの変位は零である。この状
態では、移動子13は、図示しない加圧機構によって振
動子2の駆動面Dに加圧接触する。
【0055】この状態から、t=(7/4)π〜0〜
(2/4)πまでは、捩じり振動Tは、左側の最大から
右側の最大まで変位し、一方、縦振動Lは、零から上側
の最大に変位し、再び零に戻る。したがって、振動子2
の駆動面Dの定点は、移動子13を押しながら右方向に
回転し、移動子13は駆動される。
(2/4)πまでは、捩じり振動Tは、左側の最大から
右側の最大まで変位し、一方、縦振動Lは、零から上側
の最大に変位し、再び零に戻る。したがって、振動子2
の駆動面Dの定点は、移動子13を押しながら右方向に
回転し、移動子13は駆動される。
【0056】次に、t=(2/4)π〜(6/4)πま
では、捩じり振動Tは、右側の最大から左側の最大まで
変位し、一方、縦振動Lは、零から下側の最大に変位
し、再び零に戻る。したがって、振動子2の駆動面Dの
定点は、移動子13から離れながら左方向に回転するた
め、移動子13は駆動されない。このときに、移動子1
3は、加圧部材により加圧されていても固有振動数が異
なるため、振動子2の縮みに追従しない。
では、捩じり振動Tは、右側の最大から左側の最大まで
変位し、一方、縦振動Lは、零から下側の最大に変位
し、再び零に戻る。したがって、振動子2の駆動面Dの
定点は、移動子13から離れながら左方向に回転するた
め、移動子13は駆動されない。このときに、移動子1
3は、加圧部材により加圧されていても固有振動数が異
なるため、振動子2の縮みに追従しない。
【0057】ここで、捩じり振動Tの駆動振動数を捩じ
り振動の共振周波数に略一致させるとともに、縦振動L
の駆動振動数を縦振動の共振周波数に略一致させると、
共振して駆動面Dにおける楕円運動が拡大する。
り振動の共振周波数に略一致させるとともに、縦振動L
の駆動振動数を縦振動の共振周波数に略一致させると、
共振して駆動面Dにおける楕円運動が拡大する。
【0058】なお、本実施形態では、振動子2のみの寸
法を適宜設定することにより、捩じり振動の共振振動数
と縦振動の共振周波数とをともに決定することができる
ため、移動子13の形状を比較的自由に設定することが
できる。このためには、振動子2から移動子13への振
動の伝搬ロスをできるだけ小さくすることが有利であ
る。例えばポリフロン等の振動減衰性の大きな摺動材1
4を用いたり、移動子母材15に例えばアルミニウム材
等の振動減衰性の大きな材料を用いることにより、移動
子15自体の振動減衰を大きく確保すればよい。
法を適宜設定することにより、捩じり振動の共振振動数
と縦振動の共振周波数とをともに決定することができる
ため、移動子13の形状を比較的自由に設定することが
できる。このためには、振動子2から移動子13への振
動の伝搬ロスをできるだけ小さくすることが有利であ
る。例えばポリフロン等の振動減衰性の大きな摺動材1
4を用いたり、移動子母材15に例えばアルミニウム材
等の振動減衰性の大きな材料を用いることにより、移動
子15自体の振動減衰を大きく確保すればよい。
【0059】このように、本実施形態の超音波アクチュ
エータによれば、駆動の際に、固定軸の一端がネジ止め
固定されるために移動子の回転に伴う固定軸に回転変位
が発生することが防止されるとともに、固定軸の他端が
嵌合支持されるために移動子の回転に伴う固定軸の振れ
が防止される。
エータによれば、駆動の際に、固定軸の一端がネジ止め
固定されるために移動子の回転に伴う固定軸に回転変位
が発生することが防止されるとともに、固定軸の他端が
嵌合支持されるために移動子の回転に伴う固定軸の振れ
が防止される。
【0060】また、本実施形態の超音波アクチュエータ
によれば、固定軸を利用して超音波アクチュエータ本体
を支持するため、支持のための部品点数を必要最小限に
抑制することができる。
によれば、固定軸を利用して超音波アクチュエータ本体
を支持するため、支持のための部品点数を必要最小限に
抑制することができる。
【0061】さらに、本実施形態の超音波アクチュエー
タによれば、振動発生部材である振動子に接触すること
なく固定軸を利用して超音波アクチュエータ本体を支持
するため、振動子に発生する縦振動及び捩じり振動を減
衰させることが殆どない。そのため、支持に伴う振動ア
クチュエータの駆動効率をできるだけ抑制することがで
きる。
タによれば、振動発生部材である振動子に接触すること
なく固定軸を利用して超音波アクチュエータ本体を支持
するため、振動子に発生する縦振動及び捩じり振動を減
衰させることが殆どない。そのため、支持に伴う振動ア
クチュエータの駆動効率をできるだけ抑制することがで
きる。
【0062】(変形形態)第1実施形態では、電気機械
変換素子として圧電素子を用いたが、本発明にかかる振
動アクチュエータは第1実施態様のみに限定されるもの
ではなく、電気エネルギーを機械的変位に変換すること
ができるものであれば等しく適用することができる。例
えば、圧電素子以外に電歪素子や磁歪素子等を用いるこ
とができる。
変換素子として圧電素子を用いたが、本発明にかかる振
動アクチュエータは第1実施態様のみに限定されるもの
ではなく、電気エネルギーを機械的変位に変換すること
ができるものであれば等しく適用することができる。例
えば、圧電素子以外に電歪素子や磁歪素子等を用いるこ
とができる。
【0063】第1実施形態では、振動子に1次の縦振動
と2次の捩じり振動とが発生する超音波アクチュエータ
を例にとったが、本発明にかかる振動アクチュエータは
このような態様のみに限定されるものではなく、振動子
にm次の縦振動(m:自然数)とn次の捩じり振動
(n:自然数)とを生じて駆動力とする振動アクチュエ
ータに対しても等しく適用することができる。
と2次の捩じり振動とが発生する超音波アクチュエータ
を例にとったが、本発明にかかる振動アクチュエータは
このような態様のみに限定されるものではなく、振動子
にm次の縦振動(m:自然数)とn次の捩じり振動
(n:自然数)とを生じて駆動力とする振動アクチュエ
ータに対しても等しく適用することができる。
【0064】さらに、第1実施形態では、4つの大径部
と3つの小径部とが形成された振動子を備える振動アク
チュエータを例にとったが、本発明はこのような態様の
みに限定されるものではなく、振動子に発生する縦振動
及び捩じり振動の共振周波数を一致させるために振動子
に1又は2以上の小径部を形成された振動子を備える振
動アクチュエータに対しても等しく適用することができ
る。
と3つの小径部とが形成された振動子を備える振動アク
チュエータを例にとったが、本発明はこのような態様の
みに限定されるものではなく、振動子に発生する縦振動
及び捩じり振動の共振周波数を一致させるために振動子
に1又は2以上の小径部を形成された振動子を備える振
動アクチュエータに対しても等しく適用することができ
る。
【図1】本発明の第1実施形態にかかる超音波アクチュ
エータ及び超音波アクチュエータ本体の固定状況を示す
縦断面図である。
エータ及び超音波アクチュエータ本体の固定状況を示す
縦断面図である。
【図2】第1実施形態の超音波アクチュエータに用いる
振動子の説明図であって、図2(a)は振動子の中心線
より左半分を断面で示す側面図であり、図2(b)は図
2(a)におけるA−A断面、B−B断面、C−C断面
を駆動電圧Vt,Vlの印加状況とともに示す説明図で
ある。
振動子の説明図であって、図2(a)は振動子の中心線
より左半分を断面で示す側面図であり、図2(b)は図
2(a)におけるA−A断面、B−B断面、C−C断面
を駆動電圧Vt,Vlの印加状況とともに示す説明図で
ある。
【図3】圧電体に駆動信号が入力された場合の振動子に
おける振動発生状況を示す説明図である。
おける振動発生状況を示す説明図である。
【図4】第1実施形態の超音波アクチュエータにおい
て、振動子に発生する縦振動と捩じり振動とを組み合わ
せて駆動面に楕円運動を発生することを経時的に示す説
明図である。
て、振動子に発生する縦振動と捩じり振動とを組み合わ
せて駆動面に楕円運動を発生することを経時的に示す説
明図である。
【図5】縦−捩じり振動型の振動アクチュエータの従来
例を示した斜視図である。
例を示した斜視図である。
【図6】図5に示す振動アクチュエータのステータを展
開した状態で示す斜視図である。
開した状態で示す斜視図である。
【図7】特願平6−275022号等により提案した新
型の異形モード縮退型の振動アクチュエータの構造を示
す縦断面図である。
型の異形モード縮退型の振動アクチュエータの構造を示
す縦断面図である。
1 超音波アクチュエータ 2 振動子 3 弾性体 3a〜3d 大径部 3e〜3f 小径部 4〜7 ボルト 8〜11 ナット 12 ピン 13 移動子 14 摺動材 15 移動子母材 15a 溝部 15b 駆動力取出部 16 ベアリング 17 固定軸 18 皿バネ 19 ナット 20a,20b 固定部 21,23 捩じり振動用圧電体 22 縦振動用圧電体 24 取付ネジ 25 突設部
Claims (3)
- 【請求項1】 複数の電気機械変換素子が装着されて複
数の振動モードを生じる筒状の振動発生部材と,前記振
動発生部材に生じる複数の前記振動モードにより前記振
動発生部材との間で相対運動を行う相対運動部材と,前
記振動発生部材及び前記相対運動部材を、前記振動発生
部材の軸方向について加圧接触させた状態で保持する固
定部材とを備える振動アクチュエータにおいて、前記固
定部材は、その両端部がともに支持されることを特徴と
する振動アクチュエータ。 - 【請求項2】 請求項1に記載された振動アクチュエー
タにおいて、 前記固定部材の両端部の支持は、一端が回転止めにより
行われるとともに、他端が振れ止めにより行われること
を特徴とする振動アクチュエータ。 - 【請求項3】 請求項2に記載された振動アクチュエー
タにおいて、 前記回転止めは、ネジ固定であるとともに、前記振れ止
めは、嵌合支持であることを特徴とする振動アクチュエ
ータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8012149A JPH09205786A (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 振動アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8012149A JPH09205786A (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 振動アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09205786A true JPH09205786A (ja) | 1997-08-05 |
Family
ID=11797437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8012149A Pending JPH09205786A (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 振動アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09205786A (ja) |
-
1996
- 1996-01-26 JP JP8012149A patent/JPH09205786A/ja active Pending
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