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JP2510486B2 - 圧電装置 - Google Patents

圧電装置

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JP2510486B2
JP2510486B2 JP59134795A JP13479584A JP2510486B2 JP 2510486 B2 JP2510486 B2 JP 2510486B2 JP 59134795 A JP59134795 A JP 59134795A JP 13479584 A JP13479584 A JP 13479584A JP 2510486 B2 JP2510486 B2 JP 2510486B2
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和弘 伊豆川
一郎 奥村
卓夫 奥野
貴之 月本
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/026Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/0015Driving devices, e.g. vibrators using only bending modes
    • HELECTRICITY
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    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/028Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors along multiple or arbitrary translation directions, e.g. XYZ stages

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電磁力を使うことなく、電歪素子の振動力
を用いた圧電装置。
〔従来の技術〕
従来からよく知られたアクチユエータは、電磁力を利
用したいわゆるリニアモータで、これらは鉄芯、巻線、
永久磁石などにより構成されている。このため部品点数
も多くなり、重くなってしまうという欠点があった。
この点を改良したもので、電歪素子の振動により弾性
体に進行波をつくりその弾性体に接触した物体を動かす
というアクチユエータが、例えば特開昭58−148682号公
報に開示されている。しかしこれらのアクチユエータは
いずれも、移動体を一次元方向に駆動できるだけで、二
次元方向に自在に駆動できる装置はない。
また、ベース上にバネ板を立設し、該バネ板の両面に
屈曲形の圧電素子としてのバイモルフを貼着し、該バイ
モルフに交流信号を印加してバネ板の先端に設けられた
搬送板に所定方向の振動を与える圧電式アクチユエータ
も提案されているが、かかるアクチユエータはバイモル
フを有するバネ板がベース上に立設された構造である為
に、高さが高くなり、アクチユエータが大型化する問題
点があった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、一次
元方向の移動だけでなく二次元方向への移動も簡易に実
現可能な圧電装置を提供しようとするものである。
本発明の他の目的は、小型の圧電式アクチユエータを
提供せんとするものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、第1の振動部分と、前記第1の振動部分に
接合され、前記第1の振動部分を第1の方向に振動させ
る第1の電歪素子と、前記第1の振動部分の保持部より
離れた位置の振動変位部からのみ部分的に略直交する方
向に突出するように接続された第2の振動部分と、前記
第2の振動部分に接合され、前記第2の振動部分を前記
第1の方向とは異なる第2の方向に振動させる第2の電
歪素子を有する振動体と、 交流信号を発生させる信号発生手段と、 前記信号発生手段での交流信号を用いて前記第1及び
第2の電歪素子の各々に位相の異なる交流信号を印加
し、前記第1及び第2の振動部分を振動させる信号供給
手段と、を有し、前記第2の振動部分の非接続側の端部
に摩擦接触した部材と前記振動体とを相対的に移動させ
る圧電装置を特徴とする。
[実施例] 第1の発明のアクチュエータは、第1図に示すよう
に、片側を固定された弾性体1と、弾性体に接合した第
1の電歪素子2a・2bと、弾性体1に第1の電歪素子2a・
2bとは別な面から接合した第2の電歪素子3a・3bと、弾
性体1に第1の電歪素子2a・2b及び第2の電歪素子3a・
3bとは別な面から接合した第3の電歪素子5a・5bと、固
定された以外の側で弾性体1に当接する移動体7とを備
えている。第1の電歪素子2a・2b及び第2の電歪素子3a
・3bはともに共振周波数で弾性体1を振動させるもの
で、いずれか一方或いは両方同時に選択され、動作をす
る。第3の電歪素子5a・5bは同じく共振周波数ではある
が位相のずれた振動をさせるもので、選択された第1の
電歪素子2a・2b或いは第2の電歪素子2a・2bと同時に動
作する。
第1の電歪素子2a・2bが振動すると、弾性体1は固定
側を支点として左右に振動する。第2の電歪素子3a・3b
が振動すると、弾性体1は同じく固定側を支点として紙
面に対して前後に振動する。電歪素子5a・5bが振動する
と、弾性体1は位相がずれて上下に振動する。
いま電歪素子2a・2bが選ばれて、電歪素子5a・5bと同
時に動作するときの作用を第2図により説明する。同図
(a)は動作開始前の中立状態を示すもので、弾性体1
は移動体7に軽く接触している。上下の振動から始まる
と、まず(b)のように弾性体1は上方に上がり、振動
の上死点で移動体7に強く押付けられる。このように位
相が1/4波長進んだところで、左右の振動を開始する。
(c)に示すように弾性体1は下がりながらも右方へ振
れ摩擦で移動体7を右へ移動する。(d)のように弾性
体1が右死点まで振れると、弾性体1は移動体7に軽く
接触した状態になる。弾性体1が左方に振れはじめるこ
ろには、さらに下るから、(e)のように移動体7から
離れて、移動体7が駆動されることはない。弾性体1は
(f)の下死点を経て上がってゆくが、(g)では移動
体7に接触することがない。左死点(h)に至って移動
体7に軽く接触する。(i)のように弾性体1は右方に
振れてゆく状態では、移動体7に強く接触して右へ駆動
する。振動が続くと、さらに→(b)→(c)→(d)
→(e)→(f)→(g)→(h)→(i)→と繰返し
て、駆動を続ける。
すなわち二方向の振動周波数が同一で、位相がずれて
いるから、上死点→右死点→下死点→左死点→上死点→
の同一周期で、左死点から右死点に至る周期の間に駆動
がなされている。
第1図は本発明を適用する圧電式アクチユエータ(圧
電式搬送装置)の実施例正面図である。弾性体1は金属
などの弾性物質からなり、駆動片を形成する角棒状の立
上り部分1aと、該部分1aと一体に形成された角棒状で、
かつ縦方向振動用の基板を構成する固定側部分1bとの逆
T字型をしている。立上がり部分1aの先端には、板状の
移動体7の下面が接触している。固定側部分1bの両端部
は、スペーサ9を介してビス8により、固定基台10に取
付けられている。立上がり部分1aの左右側壁には、屈曲
動作用の圧電板を構成する例えば圧電性セラミックなど
からなる電歪素子2aと2bが取付けられる。前後壁には電
歪素子3aと3bが取付けられる。固定側部分1bの上下には
電歪素子5a・5bが取付けられる。
第3図はこのような圧電ユニツトからなるアクチユエ
ータを駆動する回路を示すもので、12は共振周波数の発
振をする交流電源、13はその周波数の位相を90°遅らせ
る位相器、14は位相を90°速める位相器、15は切替えス
イッチ、15A1・15B1はその一次側接点、15A2・15B2はそ
の二次側接点、17はメインスイツチである。
メインスイツチ17を入れ、切替えスイツチ15を操作し
接点15A1と接点15A2を導通させる。すると電歪素子5a・
5bに交流電圧が印加され振動し、それに励起されて弾性
体1の固定側部分1bが共振周波数で両端支持はりの上下
振動をする。電歪素子2aと2bには90°位相が遅れた交流
が印加され振動し、それに励起されて立上がり部分1aが
共振周波数で片持はりの左右振動をする。両者の振動の
位相は1/4波長ずれているから、移動体7は左方に駆動
される。
スイツチ15の操作で接点15B1と接点15A2を導通させる
と、1/4波長の位相ずれが逆になり、右方向に駆動され
る。接点15B1と接点15B2が導通するよう切替えれば、電
歪素子5a・5bと共に電歪素子3a・3bが動作し、移動体7
は図の紙面に対して前方向に駆動される。接点15A1と接
点15B2を導通させると、移動体7は後方に駆動される。
接点15A1と接点15A2を導通させると同時に接点15B2もそ
こに導通させると、電歪素子5a・5bと共に電歪素子2a・
2bおよび電歪素子3a・3bが動作し、移動体7は左斜め後
方向に駆動される。同様に接点15B1・接点15A2・接点15
B2を導通させると、右斜め前方向に駆動される。接点15
A1と接点15B2とを導通させ、接点15B1と接点15A2とを導
通させると、右斜め後方向に駆動される。接点15A1と接
点15A2とを導通させ、接点15B1と接点15B2とを導通させ
ると、左斜め前方向に駆動される。
〔変形例〕
第4図は第1の発明における振動体1の別な実施例正
面図、第5図はその平面図である。この振動体1は+字
型の固定側部分1bと立上り部分1aからなっている。+字
の縦横両方の角棒の上下に電歪素子5a・5bが取付けられ
ている。
第6図も同じく振動体1の別な実施例正面図、第7図
は平面図で、振動体1は、円盤型の固定側部分1bと立上
り部分1aからなっている。
第2の発明のアクチユエータは、電歪素子20が一つで
交叉する三方向のうち一方向だけが位相のずれている共
振周波数で振動する。そして電歪素子20は、第8図に示
すように、片側を固定し、非固定側に移動体7が当接し
ている。
このアクチユエータを動作させると、電歪素子20は固
定した側を支点として左右方向に或いは紙面に対して前
後方向振動する。同時に電歪素子20は位相がずれて上下
方向に振動する。すると移動体7がその振動により駆動
される。
駆動原理は、電歪素子20そのものが第1の発明におけ
る弾性体1の働きを兼ねる点が異なるのみで、各動作状
態については第2図に示す通りで、第1の発明の作用と
して既に説明してあるから、再度の説明を省略する。
第8図は本発明を適用するアクチユエータの実施例正
面図である。電歪素子20は角棒状の立上り部分20aと角
棒状の固定側部分20bとの逆T字型をしている。立上り
部分20aの先端には、移動体7が接触している。固定側
部分20bの両端部は、スペーサ9を介してビス8により
固定基台10に取付けられている。
第9図は電歪素子20の側面図で、立上り部分20aの左
右側壁面に表面電極22aと22bとが付けられ、駆動回路に
接続される。これにより左右の振動がなされる。前後壁
にも表面電極23aと23bが付けられ、駆動回路に接続され
前後の振動がなされる。第10図は電歪素子20の平面図
で、固定体側部分20bの上下面に表面電極25aと25bとが
付けられ、駆動回路に接続される。これにより上下の振
動がなされる。
駆動回路は第3図に示す回路と同様の回路が使用され
る。同図の電歪素子2a・2b、3a・3b、5a・5bは、本例で
は一体の電歪素子20であるが、夫々対応する位置に付け
られた電極22a・22b、23a・23b、25a・25bに同じように
接続すれば、同様の動作をする。
〔変形例〕
第11図は第2の発明における電歪素子20の別な実施例
平面図である。この電歪素子20は、+字型の固定側部分
20bと立上り部分20aからなっている。電極25a・25bは+
字の縦横両方の角棒の上下に夫々付けられている。
また電歪素子20の固定側部分20bを円盤形にし(第7
図参照)、その上下面に電極25a・25bを付けてもよい。
以上説明したように、本発明のアクチユエータは、部
品数が少なく小型軽量で安価なものとなる。
また実施例によれば、二次元方向への移動も自在とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用する駆動装置の実施例正面図、第
2図はその駆動原理を説明する図、第3図は駆動回路
図、第4図は振動体の実施例正面図、第5図はその平面
図、第6図は別な実施例の正面図、第7図はその平面
図、第8図は本発明を適用する駆動装置の実施例正面
図、第9図は電歪素子の実施例側面図、第10図はその平
面図、第11図は別な実施例の平面図。 1は弾性体、2a・2b・3a・3b・5a・5b・20は圧電素子、
7は搬送体としての移動体、10は固定基台、12は交流電
源、22a・22b・23a・23b・25a・25bは電極。
フロントページの続き (72)発明者 奥野 卓夫 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 月本 貴之 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−112085(JP,A) 特開 昭60−74980(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の振動部分と、前記第1の振動部分に
    接合され、前記第1の振動部分を第1の方向に振動させ
    る第1の電歪素子と、前記第1の振動部分の保持部より
    離れた位置の振動変位部からのみ部分的に略直交する方
    向に突出するように接続された第2の振動部分と、前記
    第2の振動部分に接合され、前記第2の振動部分を前記
    第1の方向とは異なる第2の方向に振動させる第2の電
    歪素子を有する振動体と、 交流信号を発生させる信号発生手段と、 前記信号発生手段での交流信号を用いて前記第1及び第
    2の電歪素子の各々に位相の異なる交流信号を印加し、
    前記第1及び第2の振動部分を振動させる信号供給手段
    と、を有し、前記第2の振動部分の非接続側の端部に摩
    擦接触した部材と前記振動体とを相対的に移動させるこ
    とを特徴とする圧電装置。
JP59134795A 1984-06-29 1984-06-29 圧電装置 Expired - Fee Related JP2510486B2 (ja)

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