JPH01298964A - Vibrator type actuator - Google Patents
Vibrator type actuatorInfo
- Publication number
- JPH01298964A JPH01298964A JP63129122A JP12912288A JPH01298964A JP H01298964 A JPH01298964 A JP H01298964A JP 63129122 A JP63129122 A JP 63129122A JP 12912288 A JP12912288 A JP 12912288A JP H01298964 A JPH01298964 A JP H01298964A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- type actuator
- rotor
- piezoelectric
- vibrators
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、自動焦点カメラ等の精密機械装置に用いて好
適なアクチュエータに関し、特に電気機械変換素子とし
て圧電振動子を用いる振動子型アクチュエータに関する
。Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an actuator suitable for use in precision mechanical devices such as autofocus cameras, and particularly to a vibrator-type actuator that uses a piezoelectric vibrator as an electromechanical transducer. .
(従来の技術とその課題)
電気エネルギを機械エネルギに変換する電気機械変換手
段として圧電振動子を用いる振動子型アクチュエータと
しては超音波モータが実用化されている。(Prior Art and its Problems) Ultrasonic motors have been put into practical use as vibrator-type actuators that use piezoelectric vibrators as electromechanical conversion means for converting electrical energy into mechanical energy.
超音波モータには大きく分けて3種類の方式がある。第
1の方式は進行波型またはモード回転型と呼ばれるもの
であり、第2の方式は定在波を利用する定在波型であり
、第3の方式が複合共振型と呼ばれるものである。There are roughly three types of ultrasonic motors. The first method is called a traveling wave type or mode rotation type, the second method is a standing wave type that uses standing waves, and the third method is called a complex resonance type.
ところが、従来から知られている超音波モータは、圧電
振動子等の機械構造や圧電振動子を駆動する回路が複雑
であり、従って小型化が難しく、また高価であった。However, conventionally known ultrasonic motors have complicated mechanical structures such as piezoelectric vibrators and circuits for driving the piezoelectric vibrators, and are therefore difficult to miniaturize and are expensive.
そこで、本発明の目的は、圧電振動子等の機械構造が単
純で、圧電振動子を駆動する回路も簡単になる振動子型
アクチュエータの提供にある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a vibrator type actuator that has a simple mechanical structure such as a piezoelectric vibrator and a simple circuit for driving the piezoelectric vibrator.
(課題を解決するための手段)
前述の課題を解決するために本発明が提供する手段は、
圧動振動子により電気エネルギを機械エネルギーに変換
して移動子に変位を与える振動子型アクチュエータであ
って、前記圧電振動子が、円柱状に成形されたセラミッ
ク圧電体と、この圧電体の長手軸に垂直な両端面に固着
されている一対の電極とからなり、前記移動子は前記圧
電振動子の円柱状側面に接触していることを特徴とする
。(Means for Solving the Problems) Means provided by the present invention to solve the above-mentioned problems are as follows:
A vibrator-type actuator that uses a piezoelectric vibrator to convert electrical energy into mechanical energy to displace a moving element, wherein the piezoelectric vibrator includes a ceramic piezoelectric body formed in a cylindrical shape, and a longitudinal axis of the piezoelectric body. The piezoelectric vibrator includes a pair of electrodes fixed to both end surfaces perpendicular to the axis, and the moving element is in contact with a cylindrical side surface of the piezoelectric vibrator.
(作用)
本発明の振動子型アクチュエータは、前に述べた3つの
方式のうちの複合共振型に属し、このアクチュエータで
用いる圧電振動子は円柱型のセラミック製である。(Function) The vibrator type actuator of the present invention belongs to the complex resonance type of the three types mentioned above, and the piezoelectric vibrator used in this actuator is made of cylindrical ceramic.
円柱型振動子の振動は、長さ方向の振動と断面の拡がり
振動の二次元結合と考えてよいことが既に報告されてい
る。円柱型振動子の長さをρ、密度をP、ヤング率をE
とすると、その方向の縦振動の共振角周波数ω、は
−πE
ωj−ρp(1)
円柱型振動子の半径をr、ポアソン比をδとすると、径
方向の共振角周波数ω、は、
ω、−−7侍トtワ+ (2)
で与えられる。ただしζは次のベッセル関数Jの根であ
る。It has already been reported that the vibration of a cylindrical vibrator can be considered as a two-dimensional combination of longitudinal vibration and cross-sectional spreading vibration. The length of the cylindrical oscillator is ρ, the density is P, and the Young's modulus is E.
Then, the resonant angular frequency ω of longitudinal vibration in that direction is −πE ωj−ρp (1) If the radius of the cylindrical oscillator is r and Poisson's ratio is δ, the resonant angular frequency ω in the radial direction is, ω , −−7 Samurai Towa+ (2) is given by. However, ζ is the root of the following Bessel function J.
ζJ、(ζ)−(1−δ)Jl (ζ) −〇 (3)
一般に等方性の振動体の場合における共振角周波数を与
える式は次式で与えられる。ζJ, (ζ) − (1 − δ) Jl (ζ) −〇 (3)
Generally, the equation giving the resonance angular frequency in the case of an isotropic vibrating body is given by the following equation.
ω’ (1−3μ2−2μ3 )
−ω 4 (1−μ 2 ) (ω 、 ′
−ト ω 、 ′ 十 ω 2)+ω2 (ω、
2 ωb 2 +ω、2 ωe2十ωC′ω、′)−ω
2ωb26)e2= O(4)
円柱の3次元結合振動の基本式は(4)式において
ωa:ωJ1 ωb:ωrl
ω・−ω・ (5)とお
いて得られる。ω' (1-3μ2-2μ3) -ω4 (1-μ2) (ω,'
−t ω, ′ ω 2) + ω2 (ω,
2 ωb 2 +ω, 2 ωe20ωC′ω,′)−ω
2ωb26) e2=O(4) The basic formula for the three-dimensional coupled vibration of the cylinder is obtained as ωa: ωJ1 ωb: ωrl ω・−ω・ (5) in equation (4).
(ω2−」二」Lω、2)
1+σ
一ω2 (ωJ2+ω、2)土ω、2ωr2)= O(
6)
(6)式において第二項は、
なる関係式を用いると、
ω 4 (1−η 2 ) −ω 2 (ω
オ 2 + ω ・ 2 )十ω、′ω、’=
O(7)
となり、見かけ上結合係数がηであるようなω。(ω2-"2"Lω, 2) 1+σ 1ω2 (ωJ2+ω, 2)Satω, 2ωr2)=O(
6) In equation (6), the second term becomes ω 4 (1−η 2 ) −ω 2 (ω
O 2 + ω ・ 2 ) 10 ω, ′ω, ′=
O(7), and ω such that the apparent coupling coefficient is η.
とω、の2次元結合の式と一致する。長さ方向に分極し
た圧電磁器を駆動する時には第一項から得られる
ω1=−ヒ(a1% (a)1−σ
なる振動は観測されない。It matches the expression of the two-dimensional combination of and ω. When driving a piezoelectric ceramic polarized in the length direction, the vibration ω1=−hi(a1% (a)1−σ obtained from the first term) is not observed.
(7)式を用いて、同一材料でρを変えた場合、および
定数の違う材料を用いて第一共振周波数fl、第二共振
角周波数f2を算出した結果が第4図である0本図から
れかるように、円柱型振動子の結合共振角周波数につい
ては実験値と理論値が、多少の誤差を含むのめ比較的よ
く一致する。Figure 4 shows the results of calculating the first resonant frequency fl and the second resonant angular frequency f2 using equation (7) when changing ρ for the same material and using materials with different constants. As can be seen, the experimental value and the theoretical value of the coupled resonant angular frequency of the cylindrical resonator are in relatively good agreement, although they contain some errors.
長さ方向に分極された円柱型振動子に上述の結合共振角
周波数の交流電圧を印加すると、その振動子の円柱状側
面に振動変位が生ずる。第5図は、直径D(D=2r>
が1011で、長さgが10111の円柱型セラミック
圧電体(TDK製91C材)laに電極1b、1cを取
り付けてなる円柱型圧電振動子1と、この振動子に第一
共振周波数flの交流電圧を印加したときに該振動子1
の円柱状側面で観測される変位の状況を示す図である。When an alternating current voltage having the above-mentioned coupled resonance angular frequency is applied to a cylindrical vibrator polarized in the length direction, vibrational displacement occurs on the cylindrical side surface of the vibrator. Figure 5 shows the diameter D (D=2r>
is 1011, and the length g is 10111. A cylindrical piezoelectric vibrator 1 is formed by attaching electrodes 1b and 1c to a cylindrical ceramic piezoelectric body (91C material manufactured by TDK) la having a length g of 10111, and an alternating current having a first resonance frequency fl to this vibrator. When a voltage is applied, the vibrator 1
FIG. 2 is a diagram showing the state of displacement observed on the cylindrical side surface of.
(但し、図では電極1b、ICはある程度の厚みに描い
であるが、実際には電極は圧電体の長さに比べて無視し
得る程に薄い。他の図においても同様である。) 第5
図(a)は円柱型振動子1の側面図、第5図(b)はそ
の振動子1の斜視図、第5図(C)は同図(a)の矢印
Aの方向から振動子1を見た時における変位を示す図、
第5図(d)は同図(a)の矢印Bの方向から振動子1
を見たときにおける変位を示す図である。(However, in the figure, the electrode 1b and IC are drawn to have a certain thickness, but in reality, the electrodes are so thin that they can be ignored compared to the length of the piezoelectric body. The same is true in other figures.) 5
Figure 5(a) is a side view of the cylindrical vibrator 1, Figure 5(b) is a perspective view of the vibrator 1, and Figure 5(C) is the vibrator 1 viewed from the direction of arrow A in Figure 5(a). A diagram showing the displacement when looking at
FIG. 5(d) shows the vibrator 1 from the direction of arrow B in FIG. 5(a).
It is a figure which shows the displacement when looking.
これら図において圧電体1aの表面またはその近傍に記
された矢印の方向は第4図の周波数f1で励振されたと
きの変位の方向を示し、矢印の長さはそのときの変位の
強さを示す(第6図、第7図、第8図においても同様で
ある。)
第6図(a)はD = 10+m、ρ=7.31mmの
円柱型圧電体21aに電極21b、21cを付けた円柱
型圧電振動子21の側面図、同図(b)はその振動子2
1の斜視図、同図(C)はその振動子21の円柱状側面
における変位を示す図である。また、第7図(a)はD
= 10+m、ρ=5關の円柱型圧電体22aに電極
22b、22cを付けてなる円柱型振動子22の側面図
、同図(b)はその振動子22の斜視図、同図(C)は
その振動子22の円柱状側面における変位を示す図であ
る。第6図、第7図の圧電体21a、22aの材料は第
5図の1aと同じである。In these figures, the direction of the arrow marked on or near the surface of the piezoelectric body 1a indicates the direction of displacement when excited at the frequency f1 in Figure 4, and the length of the arrow indicates the strength of the displacement at that time. (The same applies to FIGS. 6, 7, and 8.) In FIG. 6(a), electrodes 21b and 21c are attached to a cylindrical piezoelectric body 21a with D = 10+m and ρ = 7.31mm. A side view of the cylindrical piezoelectric vibrator 21, (b) is the vibrator 2.
FIG. 1 is a perspective view of FIG. 1, and FIG. Also, Fig. 7(a) shows D
A side view of a cylindrical vibrator 22 formed by attaching electrodes 22b and 22c to a cylindrical piezoelectric body 22a with = 10+m and ρ = 5. Figure (b) is a perspective view of the vibrator 22, and figure (c) 2 is a diagram showing the displacement on the cylindrical side surface of the vibrator 22. FIG. The material of the piezoelectric bodies 21a and 22a in FIGS. 6 and 7 is the same as that of 1a in FIG. 5.
第5図から分かるように、直径りと長さρが等しい振動
子では強い一方向変位が生じている。また、長さ方向の
変位が大きい部分では周方向の変位が小さく、逆に長さ
方向の変位が小さい部分では周方向の変位が大きい。As can be seen from FIG. 5, a strong unidirectional displacement occurs in the vibrator whose diameter and length ρ are equal. Further, in a portion where the displacement in the longitudinal direction is large, the displacement in the circumferential direction is small, and conversely, in a portion where the displacement in the longitudinal direction is small, the displacement in the circumferential direction is large.
本発明では、円柱型圧電振動子において長さ方向(軸方
向)の変位が大きい円柱状側面を移動子に接触させ、長
さ方向の変位が小さい円柱状側面を固定部で支持するこ
とにより、効率のよいアクチュエータを実現している。In the present invention, in a cylindrical piezoelectric vibrator, the cylindrical side surface with a large displacement in the longitudinal direction (axial direction) is brought into contact with the mover, and the cylindrical side surface with a small displacement in the longitudinal direction is supported by the fixed part. A highly efficient actuator has been realized.
第8図(a)は、円柱状側面の一部が長手軸に平行な平
面で切り取られて平担面をなしている円柱型振動子23
を示す側面図、同図(b)はその振動子23の斜視図で
ある。また、第8図(c) 、 (d)及び(e)は同
図(a)における矢印A、B及びCの方向から見た振動
子23の変位を示す図である。FIG. 8(a) shows a cylindrical vibrator 23 in which a part of the cylindrical side surface is cut off by a plane parallel to the longitudinal axis to form a flat surface.
FIG. 2B is a side view showing the vibrator 23. FIG. Moreover, FIGS. 8(c), 8(d), and 8(e) are diagrams showing the displacement of the vibrator 23 viewed from the directions of arrows A, B, and C in FIG. 8(a).
振動子23は、第5図の振動子1の円柱状側面の一部を
切り欠いたものであり、その他の寸法および材料は第5
図の振動子1と同じである。第8図(e)から明らかな
ように、円柱型振動子の円柱状側面の一部を平担面にす
ると、その平担図では長手方向の変位は小さい、そこで
、振動子型アクチュエータにおいて振動子を筐体に保持
するには、振動子の円柱状側面に平担面を形成し、その
平担面を筐体接触させればよい。The vibrator 23 is obtained by cutting out a part of the cylindrical side surface of the vibrator 1 shown in FIG.
This is the same as vibrator 1 in the figure. As is clear from FIG. 8(e), when a part of the cylindrical side surface of the cylindrical vibrator is made into a flat surface, the displacement in the longitudinal direction is small in the flat view. In order to hold the child in the housing, a flat surface may be formed on the cylindrical side surface of the vibrator, and the flat surface may be brought into contact with the housing.
第8図には平担面が1箇所に形成された振動子を示した
が長手軸に対称に2箇所に平担面が形成された振動子で
も同様な変位が観測される。Although FIG. 8 shows a vibrator in which a flat surface is formed at one location, a similar displacement is observed in a vibrator in which flat surfaces are formed at two locations symmetrically about the longitudinal axis.
なお、第5図から第8図に示した振動子の分極方向は各
振動子の長さ方向に一致している。Note that the polarization direction of the vibrators shown in FIGS. 5 to 8 coincides with the length direction of each vibrator.
(実施例) 次に実施例を挙げ本発明を一層詳しく説明する。(Example) Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.
第1図(a)は本発明の第1の実施例を示す断面図、同
図(b)はその平面図である。この実施例の振動子型ア
クチュエータは超音波モータであり、ステータとして作
用する振動子1.2.ロータ3゜ロータ3を回転自在に
支える円柱状の軸体4.ロータ3を振動子1および2に
所定圧力で押し付けるスプリング5.スポンジ状ゴム板
8を介して振動子1及び2をそれぞれ保持する振動子保
持枠6及び7.筺体20(前述の固定部材に相当)、振
動子保持枠6及び7を筺体20にネジ止めする雄ネジ9
及び10.軸体4を筺体20に固定するナツト15゜1
6からなっている。ロータ3は、前述の移動子に相当し
、振動子1.2に駆動されて軸体4の回りを回転する。FIG. 1(a) is a sectional view showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) is a plan view thereof. The transducer type actuator in this embodiment is an ultrasonic motor, and the transducers 1, 2, . . . act as stators. Rotor 3゜Cylindrical shaft body 4 that rotatably supports the rotor 3. A spring 5 that presses the rotor 3 against the vibrators 1 and 2 with a predetermined pressure. Vibrator holding frames 6 and 7 that hold the vibrators 1 and 2, respectively, via a sponge-like rubber plate 8. External screws 9 for screwing the housing 20 (corresponding to the aforementioned fixing member) and the vibrator holding frames 6 and 7 to the housing 20
and 10. Nut 15°1 that fixes the shaft body 4 to the housing 20
It consists of 6. The rotor 3 corresponds to the aforementioned moving element, and is driven by the vibrator 1.2 to rotate around the shaft body 4.
振動子1は第5図に示した円柱型セラミック圧電振動子
であり、振動子2も振動子lと同じものである。振動子
1及び2はロータ3の回転中心、即ち軸体4の軸心から
等距離に配置しである。The vibrator 1 is a cylindrical ceramic piezoelectric vibrator shown in FIG. 5, and the vibrator 2 is also the same as the vibrator l. The vibrators 1 and 2 are arranged at equal distances from the rotation center of the rotor 3, that is, from the axis of the shaft body 4.
これらFA動子1,2は、交流電圧を印加したときに長
さ方向の変位が最も大きい部分の円柱状側面でロータ3
に接触し、長さ方向の変位が最も小さい部分でゴム板8
に接触している
そして、振動子1.2におけるロータ3に接する面の変
位の向きが第1図(b)に示す如くになるように、振動
子1.2をロータ3に接触させる。These FA movers 1 and 2 are connected to the rotor 3 at the cylindrical side surface of the part where the displacement in the length direction is greatest when an AC voltage is applied.
The rubber plate 8
Then, the vibrator 1.2 is brought into contact with the rotor 3 such that the direction of displacement of the surface of the vibrator 1.2 in contact with the rotor 3 is as shown in FIG. 1(b).
例えば、第5図に矢印Aで示す振動子1の側面をロータ
3に接触させた場合には、振動子2では第5図(a)に
矢印A又はCで示す面をロータ3に接触させ、第1図(
b)に示す如くに振動子1.2の変位方向を揃える。ス
プリング5は軸体4の頭部4aを支点としてロータ3を
振動子2に押し付けている。そのスプリング5による押
し付ける力(圧接力)は、ナツト15.16を緩めて軸
体4を上又は下に動かし、ナツト15.16を再び締め
付けることにより任意に調節できる。For example, if the side surface of the vibrator 1 shown by arrow A in FIG. 5 is brought into contact with the rotor 3, the side surface of the vibrator 2 shown by arrow A or C in FIG. , Figure 1 (
As shown in b), align the displacement directions of the vibrators 1 and 2. The spring 5 presses the rotor 3 against the vibrator 2 using the head 4a of the shaft body 4 as a fulcrum. The pressing force (pressing force) by the spring 5 can be arbitrarily adjusted by loosening the nut 15.16, moving the shaft body 4 up or down, and then tightening the nut 15.16 again.
第9図は第1図実施例における入力電圧とロータ回転速
度の関係を示す特性図である。本図では、ロータ3を2
38g及び627gの力で振動子1.2に押し付け、振
動子1.2には132.4にH2の交流を印加したとき
の特性が示しである0本図から明らかなように、第1図
実施例ではロータ3は滑らかに高速に回転する。FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between input voltage and rotor rotational speed in the embodiment of FIG. 1. In this figure, the rotor 3 is
As is clear from this figure, the characteristics are shown when the vibrator 1.2 is pressed against the vibrator 1.2 with a force of 38 g and 627 g, and an alternating current of H2 is applied to the vibrator 1.2 at 132.4. In the embodiment, the rotor 3 rotates smoothly and at high speed.
第10図は、第1図実施例について、ロータ3の押し付
は力をパラメータとして、入力電圧と停動トルクとの関
係を示す特性図である。ロータ3を振動子1.2に1.
3にQで押し付けておき、入力電圧を35V p−pに
すると、停動トルクは300g−■であり、比較的多き
な値となる。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the input voltage and the stall torque in the embodiment shown in FIG. 1, using the pressing force of the rotor 3 as a parameter. Rotor 3 to vibrator 1.2 1.
3 with Q and the input voltage is set to 35V pp, the stall torque is 300g-■, which is a relatively large value.
第1図実施例において、振動子1.2に周波数fの交流
電圧を連続して加えればロータ3は連続的に回転する。In the embodiment shown in FIG. 1, if an alternating current voltage of frequency f is continuously applied to the vibrator 1.2, the rotor 3 rotates continuously.
これに対し、その周波数fの交流電圧が第11図で示す
ように、時間T1だけバースト的に加えられ、次の時間
1゛2には電圧0になればロータ3はバーストの都度ス
テップ状に回転する。即ち、第1図実施例はステッピン
グモータとしても作動さ・せることができる、1バース
ト当りにロータ3が回転する角度は、1バースト内にお
ける交流電圧の波数に比例し、従って1バーストの時間
TIに比例する。バースト当りの波数と回転角度は正確
に比例することが実験的に確認され゛た。On the other hand, as shown in FIG. 11, if the AC voltage with the frequency f is applied in a burst manner for a time T1, and the voltage becomes 0 in the next time 1゛2, the rotor 3 will step in each burst. Rotate. That is, the embodiment of FIG. 1 can also be operated as a stepping motor. The angle at which the rotor 3 rotates per burst is proportional to the wave number of the AC voltage within one burst, and therefore the time TI of one burst is is proportional to. It was experimentally confirmed that the wave number per burst and the rotation angle are exactly proportional.
なお、第1図実施例では、ロータ3は軸体4に回転自在
に支持されているが、ロータ3が軸体4に固着されてい
て、軸体4が筐体20に回転自在に支持される構造でも
この発明は実施できる。軸体4がロータ3と一体に回転
する!R造では、軸体4は軸受を介して筐体20に支持
されるのが好ましい。In the embodiment shown in FIG. 1, the rotor 3 is rotatably supported by the shaft 4, but the rotor 3 is fixed to the shaft 4, and the shaft 4 is rotatably supported by the housing 20. The present invention can also be implemented with a structure such as that shown in FIG. The shaft body 4 rotates together with the rotor 3! In the case of R construction, it is preferable that the shaft body 4 is supported by the housing 20 via a bearing.
また、第1図実施例ではロータ3はスプリング5で振動
子1.2に押し付けであるが、このスプリング5は必須
ではない0本発明では振動子の円柱状側面と移動子(ロ
ータ3)とが互いに圧接してあれば、振動子の長さ方向
の変位で移動子を動かすことができるのであるから、ス
プリング5に代えで、ロータ3の上に同心の円板状重り
を乗せてもよいし、振動子1.2の下側に別のスプリン
グを設けて該スプリングで振動子1,2を下から上に向
けて圧してロータ3と振動子1.2とを圧接させてもよ
い。In addition, in the embodiment shown in FIG. 1, the rotor 3 is pressed against the vibrator 1.2 by a spring 5, but this spring 5 is not essential. If they are in pressure contact with each other, the moving element can be moved by displacement in the longitudinal direction of the vibrator, so instead of the spring 5, a concentric disk-shaped weight may be placed on the rotor 3. However, another spring may be provided below the vibrator 1.2, and the spring may press the vibrators 1 and 2 from bottom to top to bring the rotor 3 and the vibrator 1.2 into pressure contact.
第2図(a)、 (b)及び(C)はそれぞれ本発明の
第2の実施例の平面図、正面図および側面図である。FIGS. 2(a), 2(b), and 2(C) are a plan view, a front view, and a side view, respectively, of a second embodiment of the present invention.
この実施例の振動子型アクチュエータは、第1図実施例
と同じ振動子1及び2で移動子13を挟持してなる。本
図の振動子型アクチュエータでは移動子13は同図(b
)に矢印を付して示すように上下に並行に移動する。振
動子1,2を移動子13に押し付けるには、第1図の実
施例のようにスプリング等の弾性体を用いればよい。The vibrator type actuator of this embodiment has a movable element 13 sandwiched between vibrators 1 and 2, which are the same as in the embodiment of FIG. In the vibrator type actuator shown in this figure, the mover 13 is
) move up and down in parallel as shown with arrows. In order to press the vibrators 1 and 2 against the movable element 13, an elastic body such as a spring may be used as in the embodiment shown in FIG.
第3図は本発明の第3の実施例を示す概念図である。こ
の実施例の振動子型アクチュエータは超音波モータであ
る0本図の実施例に用いている振動子11では、柱状圧
電体1aの片方の端面に固着しである電極が電気的に互
いに分離された電極1bAと1b、とからなっている、
このように−対の電極のうちの片方の電極が2つに分割
されていること以外の点では、振動子11は第5図の振
動子1と同じ構造である。第3図実施例にはスイッチ1
8が備えてあり、交流電源12の出力電圧を端子P又は
Qに切り替える。端子Pから電極1b^にに交流電圧を
加える場合と、端子Qから電極lbeに交流電圧を加え
る場合とでは振動子11における変位の向きが逆になる
。ロータ14は、振動子11の円柱状側面に圧接されて
おり、振動子11との接触面における振動子11の変位
の向きに回転する。したがって、ロータ14の回転方向
はスイッチ18の切替えにより任意に選択できる。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a third embodiment of the present invention. The vibrator type actuator of this embodiment is an ultrasonic motor.In the vibrator 11 used in the embodiment shown in the figure, the electrodes fixed to one end surface of the columnar piezoelectric body 1a are electrically separated from each other. consisting of electrodes 1bA and 1b,
The vibrator 11 has the same structure as the vibrator 1 shown in FIG. 5, except that one of the electrodes of the -pair is divided into two. In the embodiment shown in FIG.
8 is provided to switch the output voltage of the AC power supply 12 to the terminal P or Q. The direction of displacement in the vibrator 11 is opposite between when applying an AC voltage from the terminal P to the electrode 1b^ and when applying an AC voltage from the terminal Q to the electrode lbe. The rotor 14 is pressed against the cylindrical side surface of the vibrator 11, and rotates in the direction of displacement of the vibrator 11 at the contact surface with the vibrator 11. Therefore, the rotation direction of the rotor 14 can be arbitrarily selected by switching the switch 18.
(発明の効果)
以上詳しく説明したように、本発明によれば、圧電振動
子等の機械構造が簡単であり、また圧電振動子に加える
交流電圧も単相でよく、従って圧電振動子の駆動回路も
簡単な振動子型アクチュエータを提供できる。また、円
柱型圧電振動子の一対の電極のうちの片方だけを2つに
分割して、分割されている2つの電極のうちのいずれか
一方に任意に交流電圧を切替えて印加することにより、
移動子の移動方向を任意に選ぶことができる0本発明の
振動子型アクチュエータは、構造が単純であるから、信
頼性に優れ、安価に容易に製作できる。′:&た低電力
で高速に高トルクで作動させることができることも本発
明のアクチュエータの利点である。(Effects of the Invention) As explained above in detail, according to the present invention, the mechanical structure of the piezoelectric vibrator etc. is simple, and the AC voltage applied to the piezoelectric vibrator can be applied to a single phase, so that the piezoelectric vibrator can be driven. A vibrator type actuator with a simple circuit can be provided. In addition, by dividing only one of the pair of electrodes of the cylindrical piezoelectric vibrator into two, and arbitrarily switching and applying the alternating current voltage to either one of the two divided electrodes,
The vibrator type actuator of the present invention, in which the moving direction of the movable element can be arbitrarily selected, has a simple structure, has excellent reliability, and can be easily manufactured at low cost. Another advantage of the actuator of the present invention is that it can be operated at high speed and high torque with low power.
第1図(a)は本発明の第1の実施例を示す断面図、第
1図(b)はその第1の実施例の平面図、第2図(a)
、 (b)及び(C)は本発明の第2の実施例を示す
平面図、正面図および側面図、第3図は本発明の第3の
実施例を示す概念図、第4図は円柱型振動子の結合共振
周波数を示す図、第5図〜第8図は円柱型振動子の例と
これら円柱型振動子の円柱状側面における変位の状況を
示す図、第9図は第1図実施例における入力電圧とロー
タ回転速度との関係を示す特性図、第10図は第1図実
施例における入力電圧と停動トルクとの関係を示す特性
図、第11図はバースト交流電圧の例を示す波形図であ
る。
1 、2 、11.21.22.23・・・円柱型圧電
振動子、3.14.・・・ロータ、4・・・軸体、5・
・・スプリング、6.7・・・振動子保持枠、8・・・
スポンジ状ゴム板、9.10・・・雄ネジ、12・・・
交流電源、13・・・移動子、15、16・・・ナツト
、18・・・スイッチ。FIG. 1(a) is a sectional view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 1(b) is a plan view of the first embodiment, and FIG. 2(a)
, (b) and (C) are a plan view, front view, and side view showing the second embodiment of the present invention, FIG. 3 is a conceptual diagram showing the third embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cylinder. 5 to 8 are diagrams showing examples of cylindrical oscillators and displacement situations on the cylindrical side surfaces of these cylindrical oscillators. A characteristic diagram showing the relationship between input voltage and rotor rotational speed in the embodiment, FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between input voltage and stall torque in the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 11 is an example of burst AC voltage. FIG. 1, 2, 11.21.22.23... Cylindrical piezoelectric vibrator, 3.14. ...Rotor, 4...Shaft body, 5.
...Spring, 6.7... Vibrator holding frame, 8...
Sponge-like rubber plate, 9.10... male screw, 12...
AC power supply, 13... mover, 15, 16... nut, 18... switch.
Claims (7)
変換して移動子に変位を与える 振動子型アクチュエータにおいて、前記圧電振動子が、
円柱状に成形されたセラミック圧電体と、この圧電体の
長手軸に垂直な両端面に固着されている一対の電極とか
らなり、前記移動子は前記圧電振動子の円柱状側面に接
触していることを特徴とする振動子型アクチュエータ。1. In a vibrator type actuator that uses a piezoelectric vibrator to convert electrical energy into mechanical energy and displace a moving element, the piezoelectric vibrator comprises:
It consists of a ceramic piezoelectric body formed into a cylindrical shape and a pair of electrodes fixed to both end faces perpendicular to the longitudinal axis of the piezoelectric body. A vibrator type actuator characterized by:
に圧接する手段が備えてあることを特徴とする請求項1
記載の振動子型アクチュエータ。2. Claim 1, further comprising means for pressing the cylindrical side surface of the piezoelectric vibrator and the moving element into pressure contact with each other.
The vibrator type actuator described.
軸に軸体が固着してあり、この軸体は軸受により回転自
在に固定部材に支持されていることを特徴とする請求項
1又は2記載の振動子型アクチュエータ。3. A claim characterized in that the mover has a disk shape, a shaft is coaxially fixed to the disk-shaped mover, and the shaft is rotatably supported by a fixed member by a bearing. The vibrator type actuator according to item 1 or 2.
された電極A及び電極Bからなり、前記電気エネルギを
前記電極A又は電極Bのうちのいずれか一方に切替えて
供給するスイッチが備えてあることを特徴とする請求項
1,2又は3記載の振動子型アクチュエータ。4. One of the pair of electrodes is composed of an electrode A and an electrode B that are electrically separated from each other, and a switch is provided to switch and supply the electrical energy to either the electrode A or the electrode B. The vibrator type actuator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that:
る請求項1,2,3又は4記載の振動子型アクチュエー
タ5. The vibrator type actuator according to claim 1, characterized in that a plurality of said piezoelectric vibrators are provided.
平行な平面で切り取られて平担面をなしており、該平担
面が固定部材に接触することにより前記圧電振動子は該
固定部材に支持されており、前記長手軸に関して周方向
に約90度の位置において前記圧電振動子は前記移動子
に接触していることを特徴とする振動子型アクチュエー
タ。6. A part of the cylindrical side surface of the piezoelectric vibrator is cut off by a plane parallel to the longitudinal axis to form a flat surface, and when the flat surface contacts the fixing member, the piezoelectric vibrator is fixed. A vibrator-type actuator, characterized in that the piezoelectric vibrator is supported by a member, and the piezoelectric vibrator is in contact with the movable element at a position of about 90 degrees in a circumferential direction with respect to the longitudinal axis.
けられていることを特徴とする請求項6記載の振動子型
アクチュエータ。7. 7. The vibrator type actuator according to claim 6, wherein the flat surface is provided at two locations symmetrical with respect to the longitudinal axis.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63129122A JP2650122B2 (en) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | Vibrator type actuator |
EP89305351A EP0344008B1 (en) | 1988-05-26 | 1989-05-26 | Vibrator-type actuator |
US07/357,733 US4999536A (en) | 1988-05-26 | 1989-05-26 | Vibrator-type actuator |
DE68917525T DE68917525T2 (en) | 1988-05-26 | 1989-05-26 | Vibration type drive arrangement. |
US07/655,102 US5130599A (en) | 1988-05-26 | 1991-02-14 | Vibrator-type actuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63129122A JP2650122B2 (en) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | Vibrator type actuator |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1151374A Division JPH0236773A (en) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | Piezoelectric vibrator and vibrator type actuator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01298964A true JPH01298964A (en) | 1989-12-01 |
JP2650122B2 JP2650122B2 (en) | 1997-09-03 |
Family
ID=15001623
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63129122A Expired - Fee Related JP2650122B2 (en) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | Vibrator type actuator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2650122B2 (en) |
-
1988
- 1988-05-26 JP JP63129122A patent/JP2650122B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2650122B2 (en) | 1997-09-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3118251B2 (en) | Ultrasonic driving device and method | |
JPH0117354B2 (en) | ||
JPH07163162A (en) | Ultrasonic oscillator | |
JPH08103089A (en) | Vibration motor | |
US6952072B2 (en) | Ultrasonic motor and electronic apparatus utilizing ultrasonic motor | |
JP4119903B2 (en) | Flat plate piezoelectric ultrasonic motor | |
JPH0667221B2 (en) | Ultrasonic motor | |
JP2650122B2 (en) | Vibrator type actuator | |
JPS62126874A (en) | Ultrasonic vibrator and drive controlling method thereof | |
JPS63262069A (en) | Piezoelectric vibration motor | |
JPH02188169A (en) | Ultrasonic motor | |
JP2759804B2 (en) | Vibrator type actuator | |
JP2994023B2 (en) | Ultrasonic motor | |
JPH07107756A (en) | Ultrasonic motor | |
JP2694157B2 (en) | Vibrator type actuator | |
JP3805240B2 (en) | Ultrasonic motor | |
JP2971971B2 (en) | Ultrasonic actuator | |
JP2759805B2 (en) | Vibrator type actuator | |
JPH055838Y2 (en) | ||
JP2538033B2 (en) | Planar ultrasonic actuator | |
JPH0491677A (en) | ultrasonic motor | |
JPS5989583A (en) | Driving device using piezoelectric vibrator | |
JPH08163879A (en) | Ultrasonic oscillator and ultrasonic motor | |
JPH07178370A (en) | Vibrator and vibrating actuator | |
JP2995665B2 (en) | Ultrasonic motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |