JPH05191988A - 超音波振動子 - Google Patents
超音波振動子Info
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- JPH05191988A JPH05191988A JP4021805A JP2180592A JPH05191988A JP H05191988 A JPH05191988 A JP H05191988A JP 4021805 A JP4021805 A JP 4021805A JP 2180592 A JP2180592 A JP 2180592A JP H05191988 A JPH05191988 A JP H05191988A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超音波リニアモータあるいは超音波２次元ア
クチュエータを得る。また、トンネル走査顕微鏡や原子
間力顕微鏡等の探触針の駆動に応用する。 【構成】 ４つの積層圧電素子１ａ〜１ｄを互いに９０
°異なる方向に基台２へ固定し、十字型に切り込んだド
ーム状の弾性体３を積層圧電素子１ａ〜１ｄに固定し、
弾性体３の頂点部分に摺動部４を固定する。
クチュエータを得る。また、トンネル走査顕微鏡や原子
間力顕微鏡等の探触針の駆動に応用する。 【構成】 ４つの積層圧電素子１ａ〜１ｄを互いに９０
°異なる方向に基台２へ固定し、十字型に切り込んだド
ーム状の弾性体３を積層圧電素子１ａ〜１ｄに固定し、
弾性体３の頂点部分に摺動部４を固定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動を動力源と
する超音波振動子に関する。
する超音波振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波振動を動力源とする超音波モータ
は近年さかんに研究され、一部実用化されている。これ
ら超音波モータは、振動子のこれに接する可動体との接
触部が楕円運動し、この楕円運動により、可動体と振動
子を相対運動させていることが一般に知られている。こ
の例としては、先に本出願人が提案した特開平２−７８
７５号公報記載の振動子がある。
は近年さかんに研究され、一部実用化されている。これ
ら超音波モータは、振動子のこれに接する可動体との接
触部が楕円運動し、この楕円運動により、可動体と振動
子を相対運動させていることが一般に知られている。こ
の例としては、先に本出願人が提案した特開平２−７８
７５号公報記載の振動子がある。
【０００３】上記発明は図１５および図１６に示す様
に、弾性体７２のまわりに固定された圧電素子７１ａ〜
７１ｄの伸縮により図１７の様に振動子７５を屈曲させ
水平方向の動きを得ている。また、積層圧電素子７３の
伸縮により図１８の様に上下方向の動きを得ている。こ
れらを図７〜図９に示す様に振幅を制御して楕円運動を
構成している。また、屈曲を圧電素子７１ａと７１ｃ，
７１ｂと７１ｄの互いに９０°異なる方向で制御し、合
成することにより楕円の方向を３６０°任意方向に向
け、突起部７４を図１９に示す様に可動体７６と接触す
ることにより、可動体７６をＸＹの任意方向に移動させ
ている。
に、弾性体７２のまわりに固定された圧電素子７１ａ〜
７１ｄの伸縮により図１７の様に振動子７５を屈曲させ
水平方向の動きを得ている。また、積層圧電素子７３の
伸縮により図１８の様に上下方向の動きを得ている。こ
れらを図７〜図９に示す様に振幅を制御して楕円運動を
構成している。また、屈曲を圧電素子７１ａと７１ｃ，
７１ｂと７１ｄの互いに９０°異なる方向で制御し、合
成することにより楕円の方向を３６０°任意方向に向
け、突起部７４を図１９に示す様に可動体７６と接触す
ることにより、可動体７６をＸＹの任意方向に移動させ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記特開平
２−７８７５号公報記載の発明においては、振動子の屈
曲振動を単層の圧電素子で励起している為に、アクチュ
エータ駆動に必要な振幅を得るのに数１００Ｖの高電圧
を印加しなくてはならず、高電圧増幅器またはトランス
等の昇圧手段を用いなければならなかった。また、屈曲
の振動効率を高める為に振動子の共振周波数を使用する
が、振動子と可動部の押圧条件により共振周波数が変化
し、駆動周波数を決定しにくいという問題があった。
２−７８７５号公報記載の発明においては、振動子の屈
曲振動を単層の圧電素子で励起している為に、アクチュ
エータ駆動に必要な振幅を得るのに数１００Ｖの高電圧
を印加しなくてはならず、高電圧増幅器またはトランス
等の昇圧手段を用いなければならなかった。また、屈曲
の振動効率を高める為に振動子の共振周波数を使用する
が、振動子と可動部の押圧条件により共振周波数が変化
し、駆動周波数を決定しにくいという問題があった。
【０００５】因って、本発明は前記従来技術における問
題点に鑑みて開発されもので、低電圧駆動で振動子の共
振周波数以外でも使用可能な超音波振動子を提供するこ
とを目的とする。
題点に鑑みて開発されもので、低電圧駆動で振動子の共
振周波数以外でも使用可能な超音波振動子を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、伸縮方向が同
一平面となる様に配置した複数の圧電素子と、該圧電素
子を固定する基台と、圧電素子の伸縮端に固定したドー
ム状の弾性体とを具備したものである。
一平面となる様に配置した複数の圧電素子と、該圧電素
子を固定する基台と、圧電素子の伸縮端に固定したドー
ム状の弾性体とを具備したものである。
【０００７】
【作用】本発明では、積層圧電素子の伸縮による水平方
向の動きと、同伸縮により励起される弾性体の撓みによ
る上下方向の動きを合成することにより、楕円運動を弾
性体の頂点部に構成できる。また、数１０Ｖの電圧で超
音波アクチュエータの駆動に必要な楕円運動の径（１μ
ｍ以下）に比較して十分な伸縮（数μｍ）が得られる積
層圧電素子を用いることにより、比較的低電圧で、更に
必ずしも振動子の共振を使わなくてもアクチュエータの
駆動が可能となる。
向の動きと、同伸縮により励起される弾性体の撓みによ
る上下方向の動きを合成することにより、楕円運動を弾
性体の頂点部に構成できる。また、数１０Ｖの電圧で超
音波アクチュエータの駆動に必要な楕円運動の径（１μ
ｍ以下）に比較して十分な伸縮（数μｍ）が得られる積
層圧電素子を用いることにより、比較的低電圧で、更に
必ずしも振動子の共振を使わなくてもアクチュエータの
駆動が可能となる。
【０００８】
【実施例１】図１および図２は本実施例を示し、図１は
縦断面図、図２は平面図である。４つの積層圧電素子１
ａ〜１ｄを互いに９０°異なる方向に基台２へ接着等の
方法で固定し、さらに十字型に切り込んだドーム状のス
テンレス等で形成した弾性体３を上記積層圧電素子１ａ
〜１ｄに固定し、弾性体３の頂点部分にセラミック等の
磨耗に強い摺動部４を固定してある。各積層圧電素子１
ａ〜１ｄの電極をそれぞれＡ1 −Ａ2 ，Ｂ1 −Ｂ2 ，Ｃ
1 −Ｃ2 ，Ｄ1 −Ｄ2 とする。
縦断面図、図２は平面図である。４つの積層圧電素子１
ａ〜１ｄを互いに９０°異なる方向に基台２へ接着等の
方法で固定し、さらに十字型に切り込んだドーム状のス
テンレス等で形成した弾性体３を上記積層圧電素子１ａ
〜１ｄに固定し、弾性体３の頂点部分にセラミック等の
磨耗に強い摺動部４を固定してある。各積層圧電素子１
ａ〜１ｄの電極をそれぞれＡ1 −Ａ2 ，Ｂ1 −Ｂ2 ，Ｃ
1 −Ｃ2 ，Ｄ1 −Ｄ2 とする。
【０００９】この振動子の動作を図３〜図６を用いて説
明する。互いに対向する方向に配置された積層圧電素子
（例えば図１の１ａと１ｂ）の自然長をｌ1 ，ｌ2 とす
る。図３〜図６の破線がこのときの弾性体の位置・形状
であり、実線が積層圧電素子が変化したときの様子であ
る。図３に示す様に、ｌ1 とｌ2 がΔｌだけ縮小する
と、弾性体３が変形して矢印Ｅ方向の変位が得られる。
また、図４に示す様に、積層圧電素子が伸長すると、図
３とは逆方向に、矢印Ｆ方向に示す変位が得られる。つ
まり、弾性体の形状と材質によって決まる定数により２
つの圧電素子の変位の和が定数倍されて積層圧電素子の
伸縮方向と垂直方向の変位となる。
明する。互いに対向する方向に配置された積層圧電素子
（例えば図１の１ａと１ｂ）の自然長をｌ1 ，ｌ2 とす
る。図３〜図６の破線がこのときの弾性体の位置・形状
であり、実線が積層圧電素子が変化したときの様子であ
る。図３に示す様に、ｌ1 とｌ2 がΔｌだけ縮小する
と、弾性体３が変形して矢印Ｅ方向の変位が得られる。
また、図４に示す様に、積層圧電素子が伸長すると、図
３とは逆方向に、矢印Ｆ方向に示す変位が得られる。つ
まり、弾性体の形状と材質によって決まる定数により２
つの圧電素子の変位の和が定数倍されて積層圧電素子の
伸縮方向と垂直方向の変位となる。
【００１０】次に、図５に示す様に、ｌ1 がΔｌだけ伸
長し、ｌ2 がΔｌだけ縮小すると矢印Ｇ方向に、逆に図
６に示す様に、ｌ1 がΔｌだけ縮小し、ｌ2 がΔｌだけ
伸長すると、矢印Ｈ方向に図５と逆向きの変位が得られ
る。つまり、２つの積層圧電素子の変位の差の１／２倍
の変位が積層圧電素子の伸縮方向と平行に得られる。
長し、ｌ2 がΔｌだけ縮小すると矢印Ｇ方向に、逆に図
６に示す様に、ｌ1 がΔｌだけ縮小し、ｌ2 がΔｌだけ
伸長すると、矢印Ｈ方向に図５と逆向きの変位が得られ
る。つまり、２つの積層圧電素子の変位の差の１／２倍
の変位が積層圧電素子の伸縮方向と平行に得られる。
【００１１】これら互いに対向する積層圧電素子の伸縮
を適当に制御して図７および図８に示す様にすると、図
９に示す様な楕円運動が図１の摺動部４に得られる。さ
らに、図１の積層圧電素子１ａと１ｂ，１ｃと１ｄの伸
縮を合成すれば、楕円運動の方向が３６０°任意に変え
られる。
を適当に制御して図７および図８に示す様にすると、図
９に示す様な楕円運動が図１の摺動部４に得られる。さ
らに、図１の積層圧電素子１ａと１ｂ，１ｃと１ｄの伸
縮を合成すれば、楕円運動の方向が３６０°任意に変え
られる。
【００１２】本実施例によれば、振動子へ可動体を押圧
することにより、ＸＹの２次元に動作するアクチュエー
タを構成することができる。
することにより、ＸＹの２次元に動作するアクチュエー
タを構成することができる。
【００１３】
【実施例２】図１０および図１１は本実施例を示し、図
１０は側面図、図１１は平面図である。３つの積層圧電
素子１１ａ〜１１ｃが基台１２に固定され、３方向に切
り込んだドーム状のステンレス等で形成された弾性体１
３が積層圧電素子１１ａ〜１１ｃに固定されており、弾
性体１３の上端部にセラミック等の摺動部１４が固定さ
れている。各積層圧電素子１１ａ〜１１ｃの電極をＡ1
−Ａ2 ，Ｂ1 −Ｂ2 ，Ｃ1 −Ｃ2 とする。
１０は側面図、図１１は平面図である。３つの積層圧電
素子１１ａ〜１１ｃが基台１２に固定され、３方向に切
り込んだドーム状のステンレス等で形成された弾性体１
３が積層圧電素子１１ａ〜１１ｃに固定されており、弾
性体１３の上端部にセラミック等の摺動部１４が固定さ
れている。各積層圧電素子１１ａ〜１１ｃの電極をＡ1
−Ａ2 ，Ｂ1 −Ｂ2 ，Ｃ1 −Ｃ2 とする。
【００１４】上記構成の様に、積層圧電素子が３つの場
合、積層圧電素子１１ａ〜１１ｃの変位をそれぞれ図１
２の様にベクトルａ〜ｃで示し、ベクトルの合成を行
う。例えば、ａと（ｂ＋ｃ）で前記実施例１の図３〜図
６で示したのと同様に考え、楕円運動を構成することが
できる。
合、積層圧電素子１１ａ〜１１ｃの変位をそれぞれ図１
２の様にベクトルａ〜ｃで示し、ベクトルの合成を行
う。例えば、ａと（ｂ＋ｃ）で前記実施例１の図３〜図
６で示したのと同様に考え、楕円運動を構成することが
できる。
【００１５】本実施例によれば、前記実施例１と同様
に、ＸＹの２次元に動作するアクチュエータを構成でき
るとともに、前記実施例１と比較して積層圧電素子が１
つ少ないため、振動子が安価に構成できる。
に、ＸＹの２次元に動作するアクチュエータを構成でき
るとともに、前記実施例１と比較して積層圧電素子が１
つ少ないため、振動子が安価に構成できる。
【００１６】
【実施例３】図１３および図１４は本実施例を示し、図
１３は斜視図、図１４は側面図である。２つの積層圧電
素子２１ａ，２１ｂが基台２２に固定され、ドーム状の
ステンレス等で形成された弾性体２３が積層圧電素子２
１ａ，２１ｂおよび基台２２に固定されており、弾性体
２３の頂上部にセラミック等の摺動材２４が固定されて
いる。２つの積層圧電素子２１ａ，２１ｂは直線上に配
置されている。弾性体２３が基台２２にも固定されてい
るのは、摺動材２４に加わる力が積層圧電素子２１ａ，
２１ｂに直接加わり、折れるのを防ぐためである。
１３は斜視図、図１４は側面図である。２つの積層圧電
素子２１ａ，２１ｂが基台２２に固定され、ドーム状の
ステンレス等で形成された弾性体２３が積層圧電素子２
１ａ，２１ｂおよび基台２２に固定されており、弾性体
２３の頂上部にセラミック等の摺動材２４が固定されて
いる。２つの積層圧電素子２１ａ，２１ｂは直線上に配
置されている。弾性体２３が基台２２にも固定されてい
るのは、摺動材２４に加わる力が積層圧電素子２１ａ，
２１ｂに直接加わり、折れるのを防ぐためである。
【００１７】本実施例の場合も、前記実施例１と同様の
作用により楕円運動が構成される。これを図１４に示す
様に、振動子２５を保持機構２６を介してレール２７に
接触させる。
作用により楕円運動が構成される。これを図１４に示す
様に、振動子２５を保持機構２６を介してレール２７に
接触させる。
【００１８】本実施例によれば、振動子を楕円駆動する
ことによりリニアモータを構成できる。
ことによりリニアモータを構成できる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る超音
波振動子によれば、超音波リニアモータあるいは超音波
２次元アクチュエータを提供することができる。また、
トンネル走査顕微鏡や原子間力顕微鏡等の探触針の駆動
にも応用可能である。
波振動子によれば、超音波リニアモータあるいは超音波
２次元アクチュエータを提供することができる。また、
トンネル走査顕微鏡や原子間力顕微鏡等の探触針の駆動
にも応用可能である。
【図１】実施例１を示す縦断面図である。
【図２】実施例１を示す平面図である。
【図３】実施例１を示す動作図である。
【図４】実施例１を示す動作図である。
【図５】実施例１を示す動作図である。
【図６】実施例１を示す動作図である。
【図７】実施例１を示すグラフである。
【図８】実施例１を示すグラフである。
【図９】実施例１を示すグラフである。
【図１０】実施例２を示す側面図である。
【図１１】実施例２を示す平面図である。
【図１２】実施例２を示す動作図である。
【図１３】実施例３を示す斜視図である。
【図１４】実施例３を示す側面図である。
【図１５】従来例を示す斜視図である。
【図１６】従来例を示す平面図である。
【図１７】従来例を示す側面図である。
【図１８】従来例を示す側面図である。
【図１９】従来例を示す斜視図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 伸縮方向が同一平面となる様に配置した
複数の圧電素子と、該圧電素子を固定する基台と、圧電
素子の伸縮端に固定したドーム状の弾性体とを具備した
ことを特徴とする超音波振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4021805A JPH05191988A (ja) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | 超音波振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4021805A JPH05191988A (ja) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | 超音波振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05191988A true JPH05191988A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=12065272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4021805A Withdrawn JPH05191988A (ja) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | 超音波振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05191988A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100698438B1 (ko) * | 2005-05-18 | 2007-03-22 | 한국과학기술연구원 | 변위 확대 기구를 갖는 압전 선형 모터 |
| JP2009038901A (ja) * | 2007-08-01 | 2009-02-19 | Toshiba Corp | 圧電モータおよびカメラ装置 |
| WO2010151022A3 (ko) * | 2009-06-22 | 2011-04-14 | 주식회사 아이노바 | 돔 형상의 선형 압전 모터 |
| WO2014017527A1 (ja) * | 2012-07-27 | 2014-01-30 | 株式会社村田製作所 | アクチュエータ |
| WO2014021212A1 (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-06 | 株式会社村田製作所 | アクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置 |
| JP2014108426A (ja) * | 2012-12-03 | 2014-06-12 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 振動発生装置 |
| JP2014140271A (ja) * | 2013-01-21 | 2014-07-31 | Akita Univ | しゃくとり虫型変形を利用した駆動装置 |
| KR101538896B1 (ko) * | 2014-12-30 | 2015-07-22 | 에코디엠랩 주식회사 | 초음파 집속용 압전 액츄에이터 및 그 제조 방법 |
-
1992
- 1992-01-10 JP JP4021805A patent/JPH05191988A/ja not_active Withdrawn
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100698438B1 (ko) * | 2005-05-18 | 2007-03-22 | 한국과학기술연구원 | 변위 확대 기구를 갖는 압전 선형 모터 |
| US7960896B2 (en) * | 2007-08-01 | 2011-06-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Piezoelectric motor and camera device |
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| JP2012531182A (ja) * | 2009-06-22 | 2012-12-06 | イノーバ インコーポレイテッド | ドーム状の線形圧電モーター |
| KR101067316B1 (ko) * | 2009-06-22 | 2011-09-23 | 주식회사 아이노바 | 돔 형상의 선형 압전 모터 |
| WO2010151022A3 (ko) * | 2009-06-22 | 2011-04-14 | 주식회사 아이노바 | 돔 형상의 선형 압전 모터 |
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| WO2014021212A1 (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-06 | 株式会社村田製作所 | アクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置 |
| JPWO2014021212A1 (ja) * | 2012-07-31 | 2016-07-21 | 株式会社村田製作所 | アクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置 |
| JP2014108426A (ja) * | 2012-12-03 | 2014-06-12 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 振動発生装置 |
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| KR101538896B1 (ko) * | 2014-12-30 | 2015-07-22 | 에코디엠랩 주식회사 | 초음파 집속용 압전 액츄에이터 및 그 제조 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990408 |