JPS63294268A - 圧電アクチュエ−タ - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 面上の移動を可能ならしむる圧電振動子を用いた圧電ア
クチュエータに関する。

（従来の技術） 従来から圧電セラミック、電歪セラミック。

高分子圧電体またはこれらの複合材料からなる変位素子
を用いた圧電アクチュエータが知られている。例えば、
バイモルフ型やランジュバン振動子などであるが、これ
らの変位素子はその変位ωが数μｍ〜数顛程度と小さく
、大ぎな変位量を必要とする用途への使用には不適であ
った。この変位量を補うものとしてインチワームと呼ば
れるアクチュエータもあるが、駆動には少なくとも３個
の圧電素子を厳密なシーケンスによって制御する必要が
あるので、複雑な制御回路を必要とする。またアクチュ
エータの移動量は圧電素子の変位量になり、かつ機械的
動作による移動を基本とするため、駆動周波数はあまり
大きくできないので大きな移動速度は望めず数ｃｍ／分
程度である。さらに構造上高精度であることを要するの
で、数μｍオーダーの誤差が性能に大きく影響し、動作
しなかったり、動作不安定になるなどの欠点があった。

また機械的な接触が断続的に行われることから騒音の発
生も避けられない問題もあった。

また、弾性進行波型と呼ばれる超音波モータもあるが、
弾性体レール上に弾性進行波を発生せしめるものである
ため、駆動周波数と機械的寸法が厳密な関係を有してお
り、特に機械的寸法精度が厳しく調整も難しい。さらに
駆動周波数や圧電振動子の共振周波数の変化によって動
作しなかったり、動作不安定になるなどの欠点もあった
。さらに前記したように、駆動周波数と機械的寸法の間
には厳密な関係があるので、小形化するには駆動周波数
を上げる必要があるが、圧電振動子の特性や取出し得る
エネルギーの大ぎさおよび効率の点から、該弾性進行波
型超音波モータの駆動周波数は高くしても８０ＫＨｚと
まりであり小形化は非常に困難であった。

また、前記したインチワーム式アクチュエータや弾性進
行波型超音波モータは、いずれも−線上の往復運動であ
り、面上での移動、いわゆる二次元的な動作は全く不可
能であった。

（発明が解決しようとする問題点） 上記したように従来のアクチュエータは、変位量または
移動量が小さく、移動量を大きくするようにしたインチ
ワームや弾性進行波型超音波モータでは機械的寸法の許
容範囲が小さく、駆動周波数の変化や振動子の共振周波
数の変化によって安定した動作が得られなかった。さら
にインチワームにあっては機械的接触が断続的に行われ
ることによる騒音の発生や、弾性進行波型超音波モータ
においては小形化が困難などの問題を有していた。

さらにこれら従来のアクチュエータは、−線上の往復運
動だけであり、面上の移動は不可能であった。

この発明は、以上の欠点を除去するもので機械的精度を
それほど必要とせず、制御回路も簡易で大きな移動速度
と安定した動作が得られ、ざらにＸ−Ｙ平面上の移動が
可能な圧電アクチュエータを提供せんとするものである
。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明になる圧電アクチュエータは、駆動体の軸と平
行な一面に複数の圧電振動子を固定し、この圧電振動子
群と角度をなし、しかも駆動体の軸と平行な他面に別の
圧電振動子群を固定する。さらに、駆動体の軸とは平行
以外の角度をもった面に少なくとも一つの圧電振動子を
取着するとともに、これら三つの圧電振動子群が取着せ
しめられたのとは他の箇所に移動体を接触させた構成か
らなるものである。

（作用） この発明になる圧電アクチュエータは、駆動体の一面に
固定した複数の圧電振動子に電圧を印加してこの圧電振
動子に上下振動を生じさせ、またこの圧電振動子群と角
度をなし、かつ駆動体の軸と平行に配置された圧電振動
子を駆動し、前記の上下振動とは異なる方向の振動を生
じさせるとともに、駆動体の軸と角度をなすように配置
・固定された少なくとも１個の圧電振動子を駆動し、前
記２群の振動方向とは別の方向の振動を生じさせ、この
３方向の振動を合成して駆動体の質点に回転方向を変化
させることのできる円または楕円運動を得、駆動体に接
触させた移動体を前記内または楕円運動を利用してＸ−
Ｙ平面上を移動させることができるものである。

（実施例） この発明では多角柱体１曲面をもつ柱体、平板またはこ
れらの組合せ、あるいは中空体または輪状体からなる駆
動体を用いることができるが、本実施例では平角板を用
いた例について述べる。

第１図に示すように金属からなる角板を駆動体１とし、
この駆動体１の軸を矢符の如き十字方向にとる。または
上面を称呼上面とする。この角板の一方の面に複数の圧
電振動子を列状に取付は第１の圧電振動子群２とすると
ともに、前記駆動体１の側面にも複数の圧電振動子を列
状に取付は第２の圧電振動子群３とする。さらに前記駆
動体１の端面にも複数の圧電振動子を列状に取付は第３
の圧電振動子群４とする。このように駆動体の３面に取
付けられた２、３群の圧電振動子３，４は各々の面毎に
、すなわち各々の圧電振動子群毎に並列に接続されそれ
ぞれ端子５および６を得る。さらに第１群の圧電振動子
２は一列内において隔測毎に並列接続し端子７，８を得
る。また１、２．３群の圧電振動子における共通電極の
共通端子９を設ける。

つぎに駆動体１の圧電振動子が取付りられていない而１
０に金属、プラスチック、ゴムなどの高分子材料、セラ
ミックまたはそれらの組合せ、あるいは複合材料からな
り、−面にゴム、高分子、セラミックまたはそれらの複
合材料からなる摩擦材１１を貼付けまたは成形したスラ
イダー２を、該摩擦材１１の貼付は面が駆動体１に接す
るように加圧配置した圧電アクチュエータにおいて、第
１の振動子群２の 端子７にＶ　　＝Ｖ□Ｓｌｎωｔ。

端子８に■　−−Ｖｏｓｉｎωｔ、第３の振動子群の端
子６にＶ　３＝　Ｖ　ｏＣＯ３ωｔを印加し、それぞれ
位相差のある信号で圧電振動子を駆動するとこのとき駆
動体１上に生ずる一質点の動きは第２図に示すようにｖ
　１”　＋ｖ　３’　＝１およびＶ２”　＋Ｖ３’　＝
１の円運動を行う。ただし、ｖｌと■２は位相がπだけ
なのでＶｌとＶ３による質点の円運動が頂点にあるとき
、Ｖ２とＶ３による質点の運動は谷の位置にある。この
とき駆動体１は第２図のようにたわみ振動を行うことに
なるが、該駆動体１の上に前記スライダー２を加圧接触
させると、スライダー２はたわみ振動している駆動体１
の頂点１３で接触し、質点の円運動の方向に駆動体１と
スライダの摩擦材１１との間に発生する摩擦力で矢符方
向に進行する。この動作原理に基づく動きは、前記第１
の圧電振動子群２と、第２の圧電振動子群３の間でも同
様に提出する。すなわち第１の圧電振動子群２の端子７
にＶ　　＝Ｖ（、ｓｉｎ　ωｔ。

端子８にＶ　　−−Ｖ□　Ｓｉｎωｔ、第２の圧電振動
子群３の端子５にＶ　　＝Ｖｏｃｏｓωｔなる信号を印
加し駆動すると、駆動体１に接触したスライダー２は第
２図の矢符に対し直角方向に駆動体１面上を移動する。

すなわち本発明になる圧電アクチュエータは、スライダ
が駆動体面上を一方向の往復運動だけでなく、面上を縦
横自在に移動することができる特徴を有する。また第２
図の原理図ではスライダの進行方向として一方向の矢符
号しか示していないが、スライダの移動に関る圧電振動
子群を駆動する信号の位相または極性を変えれば矢符と
は反対方向に移動できることはいうまでもない。

さらに、駆動体の形状９面積により圧電振動子は各面毎
−列でも多列でもかまわない。またスライダは母体とな
る材料に摩擦材を貼り付けた複合体として説明したが、
必要な摩擦特性が得られるものであれば単一材料のもの
でも同様の効果が得られるし、被移送物そのものでもよ
く、駆動体形状も問わないし、材料としても金属以外で
もよい。

なお、本実施例では圧電振動子群を駆動する信号につい
て群間の位相差が９０’の場合について説明したが、９
０°以外の位相差であっても質点の運動する軌跡の形状
が変化するだけで同様の結果が得られる。

そして、第１群の圧電振動子について隔測毎に並列接続
した例を示したが、実用上ずべての圧電素子を並列接続
しても同様の効果が得られた。

［発明の効果］ この発明になる圧電アクチュエータでは、３群の圧電振
動子を駆動体に取付け、これら圧電振動子に加える駆動
電圧の位相や振幅２周波数を変えることによってこの駆
動体に加圧接触させたスライダを容易に、かつ高速で移
動させるとともに、移動方向も縦横自在に面上の移動が
可能である。

また構造的にも機械的精度をそれほど必要とせず、しか
も安定した動作が得られる信頼性の高いものである。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を示し、第１図は圧電ア
クチュエータの構成を示す斜視図、第２図および第３図
は圧電アクチュエータの動作を示す説明図である。 １・・・駆動体、　　　２・・・第１の圧電振動子群３
・・・第２の圧電振動子群。 ４・・・第３の圧電振動子群。 ５・６・７・８・・・端子　　　　９・・・共通端子１
１・・・摩擦材　　　　　　　　１２・・・スライダ１
３・・・頂点 特　　許　　出　　願　　人 マルコン電子株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　多角柱体，曲面をもつ柱体，平板またはこれら
   の組合せ，あるいは中空体または輪状体などからなる駆
   動体と、この駆動体の軸または面と平行な駆動体外周の
   一面に固定した第１の圧電振動子群と、駆動体の軸また
   は面と平行で、かつ前記第１の圧電振動子群とは角度を
   なして駆動体の外面に固定された第２の圧電振動子群と
   、前記駆動体の軸または面と角度をなす該駆動体の端面
   に固定された少なくとも一つ以上の圧電振動子を含む第
   ３の圧電振動子群と、これら三つの圧電振動子群が固定
   されていない駆動体の他の部分に接触したスライダとを
   具備した圧電アクチュエータ。
2. （２）　前記圧電振動子が圧電セラミック，電歪セラミ
   ック，高分子圧電体またはこれらの組合せからなる特許
   請求の範囲第（１）項記載の圧電アクチュエータ。
3. （３）　前記圧電振動子が圧電セラミック，電歪セラミ
   ック，高分子圧電体の積層体であることを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の圧電ア
   クチュエータ。