JP2004166340A - 圧電アクチュエータ、その製造方法、圧電アクチュエータを備えた機器、時計および液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐久性を向上させることができる圧電アクチュエータを提供すること。
【解決手段】圧電素子612を備えた振動体61の凸部613をロータ5に当接する。この時振動体61の凸部613の断面形状は凸状に形成され、またロータ5の外周面は凹状に形成されている。さらに、凸部613はロータ5よりも高硬度に構成されている。ロータ5が軸方向にずれた場合でも、凸部613の断面形状が曲面に形成されているので、凸部613がロータ5に良好に当接して駆動力を良好に伝達できる。また、凸部613がロータ5よりも高硬度に構成されているので、凸部613の摩耗を防止でき、圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
【選択図】 図8
【解決手段】圧電素子612を備えた振動体61の凸部613をロータ5に当接する。この時振動体61の凸部613の断面形状は凸状に形成され、またロータ5の外周面は凹状に形成されている。さらに、凸部613はロータ5よりも高硬度に構成されている。ロータ5が軸方向にずれた場合でも、凸部613の断面形状が曲面に形成されているので、凸部613がロータ5に良好に当接して駆動力を良好に伝達できる。また、凸部613がロータ5よりも高硬度に構成されているので、凸部613の摩耗を防止でき、圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
【選択図】 図8
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を備えた振動体を被駆動体に当接し、圧電素子の振動で被駆動体を押圧して駆動する圧電アクチュエータ、その製造方法、圧電アクチュエータを備えた機器、時計および液体吐出装置に関する。
【0002】
【背景技術】
圧電素子の振動で被駆動体を駆動するいわゆる圧電アクチュエータとしては、板状の補強板の両面に圧電素子が貼設されたものがある(例えば特許文献1)。この圧電アクチュエータでは、圧電素子の振動にともなって補強板が振動し、補強板の一端に形成された突起部が被駆動体であるロータを押圧して回転駆動する。この時、ロータは外周面が断面凹状の曲面に形成されている。これにより、突起部がロータの外周面から外れることなく良好に係合する。またこの圧電アクチュエータでは突起部がロータの凹状の曲面に対応して断面凸状の曲面となっている。このため、突起部はロータの曲面に対して常に一定の位置に安定して当接され、当接力のばらつきが抑制されることで圧電アクチュエータの駆動力が安定する。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−223577号公報 (第3図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような圧電アクチュエータでは、突起部はロータに当接されながら回転駆動するので、長期間にわたる使用とともに摩耗する。特に、突起部がロータに対して寸法が小さい場合には、ロータの摩耗よりも先に突起部が摩耗してしまうので、圧電アクチュエータ全体の寿命が短くなってしまう。したがって、圧電アクチュエータの寿命を考える場合には、突起部の耐久性を確保することが非常に重要となる。
【0005】
本発明の目的は、耐久性を向上させることができる圧電アクチュエータ、その製造方法、圧電アクチュエータを備えた機器、時計および液体吐出装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電アクチュエータは、被駆動体に当接される当接部を有するとともに圧電素子が固定される板状の振動体を備え、圧電素子にともなって振動体が振動することにより被駆動体を押圧して駆動する圧電アクチュエータにおいて、振動体の当接部は、被駆動体の振動体への当接部分よりも高硬度に構成されているとともに、当接部および被駆動体の振動体への当接部分のいずれか一方は、被駆動体の移動方向に対して直交する断面の形状が凸状の曲面に形成され、他方は凹状の曲面に形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分のいずれか一方の断面形状が凸状の曲面に形成され、また他方は凹状の曲面に形成されている。このため、振動体の当接部が被駆動体を押圧する際には、当接部は被駆動体の凹状あるいは凸状の曲面の定点で安定して当接される。したがって、振動体の被駆動体への当接力が安定し、つまり圧電アクチュエータの駆動力が安定する。
また、この時振動体の当接部は被駆動体の振動体への当接部分よりも高硬度に構成されている。よって、当接部は被駆動体に比して耐摩耗性が向上し、長期間の使用によっても摩耗しにくくなる。これにより圧電アクチュエータの耐久性が向上する。
【0007】
本発明では、当接部は、平面視で曲線形状に形成されていることが考えられる。
この発明によれば、当接部が平面視で曲線形状に形成されているので、被駆動体に対して常に一定の点で接触する。よって、当接部から被駆動体へ伝達される駆動力が安定する。
【0008】
本発明では、当接部は、平面視で直線形状に形成されていることが考えられる。
この発明によれば、当接部が平面視で直線形状に形成されているので、被駆動体に対して力の方向が一定となる。例えば被駆動体が回転体である場合には、当接部の押圧力が常に被駆動体の中心に向かうので、駆動力が安定する。また、例えば被駆動体が直線移動するものである場合には、当接部が被駆動体に線接触するので、当接部にかかる応力が小さくなる。よって振動体の耐久性が向上する。
【0009】
本発明では、振動体は、ステンレス鋼または鋼で構成されていることが望ましい。
この発明によれば、振動体がステンレス鋼あるいは鋼で構成されている。例えば振動体がステンレス鋼で構成されている場合には、錆の発生が良好に防止され、圧電アクチュエータの耐久性がより一層向上する。また、振動体が鋼で構成されている場合には、切削などの加工が容易となる。また、熱処理を施すことによって硬度を所望に調整することが可能となる。
【0010】
本発明では、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分の少なくともいずれか一方は、硬化処理が施されているか、または表面に硬化膜が形成されており、その上で振動体の当接部は、被駆動体の振動体への当接部分よりも高硬度に構成されていることが望ましい。
この発明によれば、当接部および被駆動体の振動体への当接部分の少なくともいずれか一方には硬化処理が施されている、あるいは表面に硬化膜が形成されている。例えばこれらの少なくともいずれか一方に硬化処理が施されている場合には、これによって少なくともいずれか一方の材料を所望の硬度に調整することが可能となる。また硬化処理によって硬度をより高めることが可能となるので、より一層摩耗が軽減され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。これは、耐摩耗性が求められる負荷の高い条件下で使用される圧電アクチュエータに特に有用である。反対に、硬化処理を施すことによって比較的柔らかい材料でも所望の硬度に調整することが可能となるので、材料の選択範囲が広くなる。
また、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分の少なくともいずれか一方の表面に硬化膜が形成されている場合には、当該部分の表面硬度が向上する。よって硬化処理を施した場合と同様に、振動体および被駆動体の互いの当接部分における摩耗が軽減され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。そして、比較的柔らかい材料でも所望の硬度に調整することが可能となるので、材料の選択範囲が広くなる。
なお硬化処理としては、処理を施す部分が所望の硬度に調整可能であれば任意であり、例えば焼き入れ、焼き戻し、窒化処理、鍛造など各種の処理を採用できる。
【0011】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分のうち少なくとも凸状の表面を、エッチング、ラッピング、鍛造、砥粒流動加工およびショットピーニングのいずれかまたはこれらの組み合わせによって形成することを特徴とする。
この発明によれば、凸状の表面をこれらの方法によって形成するので、所望の断面形状を精度よく大量生産することが可能となり、製造時間の短縮となる。また、これにより圧電アクチュエータの製造が安価になる。
特に、凸状の表面をラッピングおよび砥粒流動加工のいずれかで形成する場合には、曲面の表面粗さを改善可能あるいは所望の粗さに調整可能となるので、凸状の表面部分の摩耗が軽減され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。また、凸状の表面を鍛造、ショットピーニングのいずれかによって形成する場合には、この加工によって当該部分の強度が向上するので、より一層摩耗が軽減され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。
【0012】
本発明では、振動体の当接部を被駆動体の振動体への当接部分より高硬度となるように加工することが望ましい。
この発明によれば、振動体の当接部を被駆動体の振動体への当接部分より高硬度に加工するので、振動体の当接部の硬度が適切に設定される。これにより、当接部の摩耗が軽減され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。
ここで振動体の当接部を被駆動体の振動体への当接部分より高硬度となるように加工する場合には、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分の少なくともいずれか一方を硬化処理する。つまりこの加工は、例えば振動体の当接部に加工を施し、この当接部を被駆動体の振動体への当接部分より高硬度となるように調整する場合をもちろん含む。そしてこれに限らず、例えば振動体を被駆動体と同じ材料で構成し、その後振動体を被駆動体より高硬度となるように振動体、または被駆動体あるいはその両方を加工することも含む。あるいは、振動体を高硬度な材料で構成し、これとの硬度のバランスを取るために被駆動体を加工し、これにより良好なバランスで振動体の当接部が被駆動体の振動体への当接部分より高硬度に構成されるように調整する場合をも含む。
【0013】
本発明では、振動体の当接部を高硬度に加工する際には、当接部が厚み方向に重ならないように振動体を複数重ね、複数の振動体の当接部を一度に加工することが望ましい。
この発明によれば、複数の振動体の当接部を互いに厚み方向に重ならないように配置した状態で当接部を一度に加工するので、大量生産に好適である。これにより圧電アクチュエータの製造時間が短縮され、製造コストが安価になる。また、振動体を複数重ねて加工を行うので、間に挟まれた振動体には硬化処理の影響が少ない。したがって、間に挟まれた振動体は変形などの影響が最小限となり、また硬化処理の影響が少ないので、振動体の材料特性の変化が少ない。つまり、振動体の振動特性への影響が少なくなり、振動体の振動特性が安定する。
【0014】
本発明では、振動体の当接部を被駆動体の振動体への当接部分より高硬度となるように加工する際には、その加工は焼き入れ、焼き戻し、硬化膜形成、および窒化処理のいずれかまたはこれらの組み合わせであることが望ましい。
この発明によれば、加工方法を適切に選択しているので、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分の少なくともいずれか一方が適切な硬度に容易に調整される。特に、焼き入れ、焼き戻しによって硬化工程を行う場合では、硬化膜を形成する場合や窒化処理の場合に比して、硬化処理に他材料が不要となる。そして加熱温度を調整するだけで容易に硬度調整が可能となるので、製造工程が簡略化されるとともに、製造コストが安価になる。
【0015】
本発明の機器は、前述の圧電アクチュエータまたは前述の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。この発明によれば、機器が本発明の圧電アクチュエータあるいは本発明の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えている。よって、この機器は前述のような効果を奏し、耐久性が向上する。
【0016】
本発明の時計は、前述の圧電アクチュエータまたは前述の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。この発明によれば、時計が本発明の圧電アクチュエータあるいは本発明の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えている。よって、この時計は前述のような効果を奏し、耐久性が向上する。
時計では、動力伝達部分が多数の歯車の噛合によって構成されている場合が一般的である。この際例えば被駆動体が歯車の回転軸に固定された回転体である場合などでは、ホゾのがたなどによって被駆動体が軸方向にずれてしまうことがある。このような場合でも振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分のいずれか一方が凸状に、またいずれか他方が凹状に形成されているので、被駆動体が軸方向に多少ずれても振動体の当接部が良好に被駆動体に当接される。これにより、被駆動体の軸方向のずれによる圧電アクチュエータの駆動力のばらつきが最小限に抑制される。
【0017】
本発明の液体吐出装置は、前述の圧電アクチュエータまたは前述の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、機器が本発明の圧電アクチュエータあるいは本発明の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えている。よって、この液体吐出装置は前述のような効果を奏し、耐久性が向上する。
例えば内部に液体が流通するチューブを順次圧閉して液体を吐出する液体吐出装置では、チューブに沿ってボールが転動することによってチューブを圧閉するものがある。このような液体吐出装置では、ボールをチューブに押し付けるために、ボールを押圧する押圧部材を設けている。この押圧部材を駆動するために本発明の圧電アクチュエータを用いることが可能である。この際、ボールはチューブを圧閉するのにある程度の押圧力を要するので、圧電アクチュエータはこの押圧力に打ち勝って押圧部材を駆動するだけの駆動力が必要となる。このため、振動体の当接部は押圧部材へ相応の力で押し付けられることとなる。このような場合でも、液体吐出装置に本発明の圧電アクチュエータが用いられているので、振動体の当接部の摩耗が軽減され、液体吐出装置の耐久性が向上する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
【0019】
〔第一実施形態〕
図1には、第一実施形態にかかる液体吐出装置11の平面図が、また図2には液体吐出装置11の側断面図が示されている。
これらの図1および図2において、液体吐出装置11は、内部に液体が流通するチューブ3と、このチューブ3を押圧するボール4と、このボール4をチューブ3上で転動させる被駆動体としてのロータ5(図2)と、ロータ5を回転駆動する圧電アクチュエータ6と、ボール4の転動軌跡を規定するリテーナ7とを備えている。また、これらの構成部品、つまりチューブ3の一部、ボール4、ロータ5、圧電アクチュエータ6、およびリテーナ7は、ケース部材2に収納されている。
ケース部材2は、チューブ3が配置される基部21と、基部21の開口部分を覆う蓋部材22(図2)とを備えている。基部21および蓋部材22には、外周近傍に複数箇所(本実施形態では四箇所)にそれぞれ孔213および221が形成されている。これらの孔213および221にはピン23が貫通され、これにより蓋部材22が基部21に取り付けられている。ここで、四つのピン23は蓋部材22の孔221に嵌合されており、また、これらのピン23は、基部21の孔213のうち対角線上の二つの孔213に嵌合されている。したがって基部21および蓋部材22は、これら二つのピン23によって対角線上の二箇所で互いの接触面の面内方向での位置が規定され、これらの相対的な位置のずれが防止されている。また、基部21には、孔213と同軸上に外部に開口する凹状部214が形成されている。さらに、基部21において蓋部材22に対向する面には、ピン23と嵌合される二つの孔213近傍の端部に切欠216が形成されている。この切欠216により、基部21および蓋部材22が接触した時に両者の間に隙間が形成されている。
【0020】
基部21において蓋部材22に対向する面の略中央には、チューブ3が配置されるチューブガイド溝211が形成されている。このチューブガイド溝211は、円弧状部分と、この円弧状部分の両端から基部21の端部に向かって互いに平行に形成された二つの直線部分とを備えている。直線部分の途中には、基部21の断面方向に孔211Bが形成され、この孔211Bの側面から基部21の裏面に沿って溝211Aが基部21の端部まで形成されている。
チューブ3は、ケース部材2の外部から溝211Aに沿って配置され、孔211Bにおいてケース部材2内部に入る。そしてチューブ3は、チューブガイド溝211に沿って配置され、もう一方の孔211Bおよび溝211Aを通って再び外部へ配置されている。二つの溝211Aには、チューブ3がチューブガイド溝211に沿ってたるみなく張設されるように、ストッパ212がそれぞれ取り付けられている。このストッパ212はチューブ3が適切な張力でチューブガイド溝211に配置されるようにその張力を調整可能となっている。なお、チューブ3の材料は、シリコーンゴム、ポリウレタン、その他の弾性材料を採用できる。ボール4は、複数(本実施形態では二つ)設けられ、チューブガイド溝211の円弧状部分に沿って等間隔、つまり本実施形態では180°間隔でチューブ3のチューブガイド溝211に当接される側とは反対側に配置されている。
【0021】
ロータ5は、環状に形成されており、外周には環状の被駆動部5Aが圧入されている。この被駆動部5Aの外周には断面凹状の曲面の凹部53が形成されている。
ロータ5の内周側にはデルリンやポリテトラフルオロエチレン(Poly Tetra Fluoro Ethylene, PTFE)などの低摩擦係数の材料で構成された環状のブッシュ51が圧入されている。ブッシュ51は、蓋部材22に固定されたロータ軸25と、ロータ軸25に螺合されるロータ押さえ部材251とによってロータ軸25に回転可能に支持されている。
また、ロータ軸25の内周には、断面略三角形状のツメ部252が形成されている。このツメ部252には、基部21に形成された孔215およびロータ押さえ部材251を貫通した四つ割ピン24が係合されている。四つ割ピン24の外径は孔215の内径よりも小さく形成されており、このため四つ割ピン24は孔215に摺動可能に貫通されている。また、四つ割ピン24の基端側は、孔215よりも径が大きく形成され、孔215の端部に係止されている。この四つ割ピン24によって、基部21および蓋部材22は、近接した状態で位置決めされている。
ロータ5のボール4に対向する面には押圧ゴム52が設けられ、ボール4に当接されている。ここで、ロータ5とチューブガイド溝211との距離は、ボール4の直径とチューブ3の直径との和より小さく設定されている。これによって、ボール4はロータ5の押圧ゴム52でチューブ3側に押し付けられ、チューブ3がチューブガイド溝211の形状に沿って押しつぶされるようになっている。
【0022】
圧電アクチュエータ6は、圧電素子612の振動によって振動する振動体61と、この振動体61を支持する支持板62とを備えている。また、圧電アクチュエータ6は、振動体61の圧電素子612に所定周波数の電圧を印加することにより振動体61を振動させる印加装置(図示せず)を備えている。
振動体61は、略矩形平板状に形成された補強板611と、この補強板611の表裏両面に固定された平板状の圧電素子612とを備えている。補強板611の対角線上の長さ方向両端には、平面視で略半円形状に形成された当接部としての凸部613が一体的に形成されている。凸部613の一方は、ロータ5の凹部53に当接され、凸部613の先端がロータ5の半径方向に対して傾斜するように配置されている。補強板611の長手方向略中央には、補強板611から突出する取付部611A,611Bが一体的に形成されている。
圧電素子612は、補強板611の両面の略矩形状部分に接着されている。圧電素子612の材料は、特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、水晶、ニオブ酸リチウム等の各種のものを用いることができる。また、圧電素子612の両面には、ニッケルめっき層および金めっき層などが形成され、対角線上の長さ方向両端に略L字形の溝を設けることで電極が形成されている。これらの電極は、圧電素子612に所定周波数の電圧を印加する印加装置(図示せず)に電気的に接続されている。
支持板62は、補強板611の取付部611A,611Bを三箇所のねじ621,622,623でねじ止めしている。この支持板62は蓋部材22に固定具624で回転可能に支持されており、これにより振動体61は蓋部材22に固定されている。また、取付部611Aと支持板62との間には略U字形の弾性部625が介装されている。この弾性部625は一端がねじ622,623および固定具624に固定され、また他端が係止部材626によって蓋部材22に係止されている。この弾性部625は、固定具624を中心に振動体61を付勢しており、これによって振動体61の凸部613はロータ5の凹部53に適切な付勢力で押し付けられている。
【0023】
リテーナ7は、ロータ5と基部21との間に設けられ、リング状に形成されている。リテーナ7の内周側は基部21に環状に設けられた突起26に当接されることで平面方向のずれが防止されている。リテーナ7には周囲に沿って複数箇所(本実施形態では六箇所)のボール保持部71が等間隔に形成されている。これらのボール保持部71のうち、対向する二つにボール4が配置されている。また、リテーナ7の外周には、凸部72が形成されており、リテーナ7の側面にはこの凸部72の通過を検出する回転検出手段73が設けられている。なお、ボール4は、三つあるいは六つ設けられていてもよい。ボール4が三つ設けられた場合には、六つのボール保持部71にボール4を一つおきに配置して互いの間隔が120°となるようにすればよい。
【0024】
図3には、振動体61およびロータ5の当接状態を示す拡大断面図が示されている。この図3において、振動体61の補強板611は、厚み約0.1mmのSUS301EHで構成されている。そして凸部613は、その断面形状が略円弧凸状に形成されている。また、ロータ5の被駆動部5AはSUS440Cで構成され、前述のように断面形状が略円弧凹状に形成されている。
このような振動体61および被駆動部5Aは次のようにして製造される。
まず、被駆動部5Aが加工される基材に加工を行い、硬度を調整する。本実施形態では、被駆動部5Aに焼き入れおよび焼き戻しを行う。この加工によって被駆動部5Aの基材は、その硬度がビッカース硬さ約HV800に調整される。その後、この基材を切削加工することによって被駆動部5Aの外形形状に加工する。そして凹部53をラッピングによって研磨することによって表面粗さを調整する。
一方、振動体61の補強板611は、次のように製造される。
図4および図5には、補強板611の製造方法が示されている。図4(A)には、補強板611の凸部613の形成方法が示されている。図4(A)に示されるように、補強板611が形成される基材60を複数(例えば100枚)重ねて配置し、凸部613の外形形状をワイヤー放電加工によって形成する。この時、凸部613の位置は、基材60の中心線からずれた位置に形成する。また、基材60の四隅に、基材60の中心線に対称にすべての基材60を貫通する案内孔601を形成する。
【0025】
次に、基材60に窒化処理を行う。
図4(B)には、窒化処理をする際の基材60の配置が示されている。この図4(B)に示されるように、基材60を一枚ずつ交互に裏返して重ねる。この時、凸部613は、基材60の中心線から外れた位置に形成されているので、一枚おきに互い違いに、厚み方向に重ならないように配置されることとなる。また、案内孔601は、基材60の中心線に対称に配置されているので、一枚おきに裏返しても案内孔601の位置が一致する。この案内孔601をそれぞれねじで固定することにより、複数の基材60を固定する。
そして、基材60の凸部613のみをアンモニア中で加熱することにより、アンモニアから発生する窒素が基材60中に溶解し、母材であるステンレス鋼に含まれたCr等によって、凸部613の表面に硬化層が形成される。
このような窒化処理では、雰囲気ガスや、温度、処理時間等の種々の処理条件を任意に設定することによって、基材60の表面に形成される硬化層(窒化層)の厚みや表面硬度を任意に選択することができる。例えば、約HV500程度のステンレス鋼(SUS301EH)を550℃に加熱した状態で、ガス軟窒化処理を2時間施した場合には、当該ステンレス鋼を約HV1200程度まで硬化させることができる。この加工により、凸部613は被駆動部5Aよりも高硬度に調整される。
なお、窒化処理としては、ガス窒化、液体窒化、軟窒化等の方法を採用してもよい。
【0026】
その後、凸部613の断面形状を凸状の曲面に形成する。
図5(C)には、凸部613の断面形状の形成方法が示されている。この図5(C)において、基材60はその断面が示されており、凸部613が互い違いに配置されている。この状態で、アルミナを溶解した研磨液などの研磨剤を塗布した研磨布63を凸部613に所定の圧力で押しつけながら平面方向に往復させて研磨(ラッピング)する。これにより、凸部613の断面形状を曲面に形成する。なお、研磨には研磨布63に限らず、樹脂などの研磨に適した任意の材料を採用でき、あるいは研磨にバフを用いてもよい。
図5(D)には、補強板611の外形形状の形成方法が示されている。この図5(D)に示されるように、凸部613の断面形状を凸状の曲面に形成した後、基材60を再び一枚おきに裏返して凸部613の位置を一致させる。そして打ち抜きなどによって補強板611の外形形状を形成する。
このようにして形成された補強板611の両面略矩形状部分に圧電素子612を接着し、圧電素子612表面の電極をリード線で印加装置に接続し、また補強板611を接地することにより、圧電アクチュエータ6を製造する。
【0027】
このような液体吐出装置11は、次のように動作する。
まず、図示しない印加装置によって圧電素子612に電圧を印加すると、振動体61が縦振動と屈曲振動を組み合わせた楕円軌道を描く。この楕円軌道の一部で凸部613がロータ5の凹部53を押すことにより、ロータ5が図1の矢印R方向に回転する。この動作を適当な振動数で繰り返すことにより、ロータ5を所望の回転数で回転させる。
ロータ5が回転すると、押圧ゴム52に押圧されているボール4は摩擦によってチューブ3を押しつぶしながら転動する。これによって、チューブ3内の二つのボール4に挟まれた液体が移動し、チューブ3から液体が吐出される。これを所定の回転数で繰り返すことによってチューブ3内の液体を連続で吐出させる。ボール4は、その転動にともなってボール保持部71を押し、これによってリテーナ7が回転する。この際、回転検出手段73はリテーナ7の凸部72の通過を検知し、ボール4の回転速度(回転数)を検知する。
液体吐出装置11を使用しない時には、チューブ3の圧閉を解除する。この場合には、四つ割ピン24の先端を互いにすぼめてツメ部252との係合を外せば、蓋部材22がロータ5および圧電アクチュエータ6とともに基部21から離間する。これにより、ボール4のチューブ3に対する押圧力が解除され、チューブ3の圧閉が解除される。この時、切欠216に爪やドライバなどをあてて蓋部材22と基部21とを離間させると簡単に離間させることができる。
この時、蓋部材22を基部21から所定距離離間させると、ピン23の端部が凹状部214と孔213との段差部分に当接される。これにより、ボール4はリテーナ7のボール保持部71やチューブガイド溝211、ロータ5の押圧ゴム52から外れず、所定範囲内に保持される。
液体吐出装置11を使用する時には、蓋部材22および四つ割ピン24を互いに押して先端をツメ部252に係合させれば、ロータ5がボール4を押圧し、ボール4がチューブ3を圧閉する。この時、ピン23のうち二つは、対応する孔213と嵌合して蓋部材22および基部21の平面方向の位置を規定するので、ロータ5、ボール4およびチューブ3の相対位置がずれることがない。
【0028】
このような液体吐出装置11によれば、次のような効果が得られる。
(1) 被駆動部5Aの凹部53の断面形状が凹状の曲面に形成され、また振動体61の凸部613の断面形状は凸状の曲面に形成されている。これにより、ロータ5がボール4やチューブ3の反力などによって軸方向にずれた場合でも、凸部613を凹部53の定点で安定して当接させることができる。したがって、振動体61のロータ5への当接力を安定させることができ、つまり圧電アクチュエータ6の駆動力を安定させることができる。
また、この時凸部613は被駆動部5Aよりも高硬度に構成されているので、凸部613の摩耗を軽減できる。これにより圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
【0029】
(2) 凸部613が平面視で曲線形状に形成されているので、ロータ5に常に点接触する。したがって、ロータ5へ安定した駆動力を伝達できる。
【0030】
(3) 補強板611および被駆動部5Aがステンレス鋼で構成されているので、錆の発生を良好に防止でき、これによっても圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
また、補強板611には窒化処理が、また被駆動部5Aには焼き入れおよび焼き戻しの硬化処理が施されているので、補強板611および被駆動部5Aを所望の硬度に容易に調整できる。特に焼き入れおよび焼き戻しは、窒化処理においてアンモニアが必要な場合と異なり、処理に他材料が不要である。よって、焼き入れおよび焼き戻しの加熱条件を適宜設定するだけで硬化処理を施すことができるので、被駆動部5Aの製造コストを安価にできる。
【0031】
(4) 凸部613の断面形状をラッピングによって形成しているので、研磨布63を凸部613上で往復させるだけで簡単に曲面を形成できる。また、この時ラッピングによって凸部613の表面粗さを鏡面状態まで研磨することができる。これにより、凸部613の摺動性を良好にできる。表面の荒れによる摩耗が発生しないので、凸部613の摩耗を少なくすることができ、圧電アクチュエータ6の耐久性をより一層向上させることができる。
【0032】
(5) 補強板611を形成する際に、複数枚の基材60を重ねて一度に加工するので、大量生産に容易に対応できる。硬化処理を行う際には凸部613のみを窒化処理するが、基材60が重ねて固定されているので、この処理時に基材60全体が反って変形するのを防止できる。これにより、反対に基材60の反りが防止されているので、窒化処理を長時間行うことができ、窒化層を凸部613表面から深く形成することができる。また、この際窒化層は凸部613のみに形成されるので、圧電素子612が固定される略矩形状部分の材料特性が変化しない。つまり補強板611のヤング率など、補強板611の振動特性に影響のある材料特性の変化を防止できるので、圧電アクチュエータ6の振動特性を安定させることができる。
さらに、複数の基材60を重ねる際、凸部613が厚み方向に重ならないように配置しているので、硬化処理を施す際には凸部613の全表面に窒化層を形成することができる。そして凸部613の断面形状の形成時には、凸部613の外周全面に良好に凸状の曲面を形成できる。
【0033】
(6) 窒化による硬化処理を行った後に凸部613のラッピングを行うので、ラッピング時に研磨剤が硬化した凸部613に突き刺さりにくい。よって研磨後に基材60に研磨剤が残りにくくなり、基材60の洗浄などの際に研磨剤の除去が簡単にできる。これにより基材60の製造工程における取り扱い性を向上させることができる。
また、凸部613の硬化処理およびラッピングの後に補強板611の外形形状を形成するので、硬化処理で付着するすすやラッピングの研磨液などが複雑な形状の間に入り込むことがなく、簡単に洗浄できる。
【0034】
(7) 液体吐出装置11は、ボール4がチューブ3上を転動して圧閉するので、ロータ5には所定の押圧力が付加される。ロータ5はこの押圧力に対抗してボール4を転動させなければならないので、このロータ5を回転駆動する圧電アクチュエータ6には相応の駆動力を必要とする。この時、圧電アクチュエータ6の凸部613はロータ5よりも高硬度に構成されているので、振動体61の振動を良好にロータ5に伝達でき、所望の駆動力を得ることができる。そして凸部613がロータ5の被駆動部5Aより高硬度となっているので、ロータ5に対して摩耗しにくく、よって液体吐出装置11の耐久性を向上させることができる。
【0035】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態の圧電アクチュエータ6において凸部613の断面形状の形成方法が異なるものである。
図6には、第二実施形態にかかる圧電アクチュエータ6の製造方法が示されている。この図6において、凸部613の断面形状は、砥粒を混合した粘弾性を有するメディア81で加工を行う砥粒流動加工装置8によって形成する。砥粒流動加工装置8は、メディア81を収納する本体82と、本体82の両端に設けられ、内部に摺動可能な二つのピストン83とを備えている。ピストン83はメディア81の両端に当接され、メディア81を圧縮しながら本体82内部を往復させるために駆動機構(図示せず)に接続されている。本体82の略中央には、ワークを固定するクランプ84が固定されている。このクランプ84の内周は、本体82の内部に露出している。
このような砥粒流動加工装置8のクランプ84に、第一実施形態の基材60を取り付ける。この基材60は、本実施形態ではSUS420J2で構成され、すでに凸部613の形成および窒化処理による硬化処理を行ったものであり、凸部613が互い違いに配置されて固定されている。この基材60を、凸部613が本体82内部に突出し、かつその断面方向がピストン83の摺動方向に沿うように配置し、クランプ84で固定する。そして、ピストン83を駆動して、メディア81を圧縮しながら本体82内部で往復させる。メディア81には砥粒が混合されているので、凸部613に圧接しながら凸部613の平面方向に移動し、断面形状を略円弧凸状に成形する。またこの加工により凸部613の表面粗さRaは約60nm程度に改善される。
なお、メディア81の材料およびメディア81に混合する砥粒の材料は、凸部613の材質や全体の形状、加工したい断面形状などを勘案して適宜決定すればよい。また、砥粒流動加工装置8の稼働時間やピストン83の往復速度なども、凸部613の材質や形状などを勘案して適宜決定される。
【0036】
このような第二実施形態によれば、第一実施形態の(1)、(2)、(3)、(5)、(6)および(7)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(8) 砥粒流動加工装置8によって、メディア81を凸部613に圧接させてラッピングすることで加工するので、第一実施形態の(4)の効果と同様に、簡単に凸部613の断面形状を形成できる。また、この時メディア81の材料を適切に選べば凸部613の表面粗さを鏡面状態まで研磨することができる。これにより、凸部613の摺動性を良好にできる。表面の荒れによる摩耗が発生しないので、凸部613の摩耗を少なくすることができ、圧電アクチュエータ6の耐久性をより一層向上させることができる。
【0037】
(9) 砥粒流動加工装置8で加工条件を設定すれば、加工を自動で行うことができるので、この加工工程中に他の工程を組み込むことができ、圧電アクチュエータ6の製造作業の効率化を図ることができる。
【0038】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態は、第一実施形態の圧電アクチュエータにおいて凸部の断面形状の形成方法が異なるものである。
本実施形態においては、第一実施形態の凸部613にショットピーニングを施すことによって断面形状を形成する。本実施形態では、基材60はビッカース硬さ約HV500のSUS301EHで構成されている。この基材60を複数重ねて配置し、凸部613を含んだ補強板611の外形形状に沿ってワイヤー放電加工を行う。この時、凸部613の外形形状の部分のみを複数回加工してもよい。この場合には、凸部613の面粗度を向上させることができる。外形形状が形成された補強板611を第一実施形態と同様に一枚おきに凸部613が互い違いになるように重ねる。この時、取付部611A,611Bには第一実施形態のねじ621,622(図1)に対応する位置に、補強板611の両側に対称に孔が形成されている。このため、補強板611を一枚おきに裏返してもこの両側の孔が一致する。これらの孔をねじ止めするなどして複数の補強板611を固定する。この状態で、凸部613の断面に向かって、約1〜2μmのガラスビーズを約1.5気圧程度で約2〜3秒吹き付けてショットピーニングを行う。これにより、凸部613は断面端部にダレを生じ、断面略円弧凸状に形成される。また、この時ショットピーニングによって凸部613の硬度は約HV600程度になる。つまり、ショットピーニングは凸部613の断面形状の形成工程の他、凸部613を硬化させる加工工程も兼ねている。
一方、ロータ5の被駆動部5AはSUS420J2で構成され、熱処理によってビッカース硬さ約HV500程度に調整される。
【0039】
このような圧電アクチュエータにおいても第一実施形態の(1)、(2)および(7)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(10) 補強板611および被駆動部5Aがステンレス鋼で構成されているので、錆の発生を良好に防止でき、圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
また、補強板611を形成する際にはショットピーニングによって凸部613の断面形状を形成するので、短時間で加工することができる。したがって、圧電アクチュエータ6の製造時間を短縮でき、製造コストを削減できる。
さらに、ショットピーニングが凸部613を硬化させる加工も兼ねているので、容易に所望の硬度に調整できる。この時、ショットピーニングにより凸部613には圧縮応力が発生するので、凸部613の耐摺動性を向上させることができ、耐久性を向上させることができる。また、これにより製造工程を簡略化でき、製造時間を短縮できる。そして、第一実施形態とは異なり、硬化処理にアンモニアなどの他の消費材料が不要となる。これにより圧電アクチュエータ6の製造コストを削減できる。
さらに、補強板611の外形形状を形成した後、複数枚重ねて一度にショットピーニングを行うので、大量生産に容易に対応できる。また、この時凸部613を互い違いに配置して固定するので、所望の断面形状を凸部613の外周全面に簡単かつ良好に加工できる。そして、補強板611が重ねて固定されているので、間に挟まれた補強板611の略矩形状部分にガラスビーズが当たらない。よって、圧電素子612が固定される部分の材料特性が変化しないため、補強板611の振動特性が安定し、つまり圧電アクチュエータ6の振動特性を安定させることができる。
【0040】
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態は、本発明の圧電アクチュエータが時計の日付表示機構に適用されているものである。
図7には、第四実施形態にかかる時計9の日付表示機構90の平面図が、また図8にはその側断面図が示されている。これらの図7および図8において、日付表示機構90は、日付を表示する日車91と、駆動力を伝達して日車91を回転させる動力伝達機構92と、駆動力を動力伝達機構92に与える圧電アクチュエータ6とを備える。
なお、図示はしないが、この日付表示機構90は、時計9のケースに収納され、日車91の一部がケースに形成された窓から視認可能となっている。
【0041】
日車91は、リング状の平板部材で、表面に日付表示91Aが印刷やその他の方法により形成されている。また、日車91の内周側には日車91を回転させるための日送り歯93が形成されている。日送り歯93は、一つの歯の間隔(ピッチ)が日付表示91Aの一日分になっており、つまり日送り歯93を一つ送ると日付表示91Aが一つ送られて、日付が変わるように設定されている。
動力伝達機構92は、日送り歯93に噛合する日回し車96と、日回し車96に噛合する日回し中間車95と、日回し中間車95に噛合して被駆動体としてのロータ5を一体的に備える伝え車94とを備えている。
日回し車96は、周囲に複数のつめ部961(本実施形態では5つ)を有し、そのピッチが日送り歯93と噛合するように設定されている。日回し車96の回転軸は、基板911に設けられた長孔911Aに回転可能に支持されている。また、基板911には、一端が固定された押さえ板962が取り付けられており、この押さえ板962の他端は日回し車96の回転軸に当接されている。この押さえ板962により、日回し車96は、日回し中間車95側に付勢されている。
日回し中間車95は、日回し車96のつめ部961が当接される円盤状の日送り部951と、日送り部951と一体的に形成された歯車952とを備えている。日送り部951には、周囲に一箇所凹部953が設けられている。
伝え車94は、歯車952と噛合するロータかな941と、このロータかな941に一体的に形成されるロータ5とを備えている。ロータ5の外周には、断面略円弧凹状の凹部53が形成されている。また、ロータ5およびロータかな941は接着やろう付けなどによって結合されている。
【0042】
圧電アクチュエータ6は、第一実施形態と同様に補強板611の表裏両面に圧電素子612が固定された振動体61を備えている。補強板611の対角線上両端には対角線方向に突出してロータ5の凹部53に当接される凸部613が形成されている。凸部613は、略矩形状に形成されており、平面視でロータ5への当接部分が直線形状となっている。また、凸部613の断面形状は略円弧凸状の曲面に形成されている。凸部613は、ロータ5の半径方向に沿って配置され、したがって振動体61の長手方向はロータ5の半径方向に対して傾斜して配置されている。
補強板611には長手方向略中央から突出するように腕部611Cが一体的に形成されている。腕部611Cの端部は基板911に回転可能に支持されている。またこの腕部611Cの途中には弾性部625が取り付けられている。弾性部625はその弾性力により腕部611Cを付勢し、これにより凸部613がロータ5の凹部53に適当な付勢力で押し付けられている。
ここで、動力伝達機構92の各部材の寸法や、形成される歯数、または振動体61の振動周波数などは、日回し中間車95が24時間で一回転するように設定されている。
【0043】
このような圧電アクチュエータ6は、次のように製造する。まず、SUS440Cで構成された基材を熱処理によりビッカース硬さ約HV700に調整する。この基材をワイヤー放電加工などによって補強板611の外形形状に形成する。図9(A)には、第四実施形態における凸部613の断面形状の形成方法が、また図9(B)にはその拡大断面図が示されている。この図9(A)において、補強板611は適宜固定具101によって図示しない台座などに固定されている。そして凸部613の側面に円盤状の研磨盤100を当接する。この研磨盤100は、例えばブナなどの比較的柔らかい木材で構成され、図9(B)に示されるように、外周面には凸部613に形成したい断面形状に対応した凹状の凹面100Aが形成されている。この凹面100Aにアルミナを溶解した植物性の油脂などの研磨液102を塗り込み、凸部613の側面を当接して研磨盤100を所定の回転数で回転させる。これにより、凸部613は凹面100Aの形状に研磨される。ここで、研磨盤100は凸部613に対して十分大きな径を有しているので、研磨盤100の外周面で研磨されても凸部613の先端形状がほぼ直線形状に形成される。
一方、ロータ5は、補強板611と同材料、つまりSUS440Cで構成されるが、熱処理を行うことにより硬度を約HV500に調整する。これにより、補強板611の凸部613は、ロータ5よりも高硬度となっている。
このようにして製造した補強板611両面に圧電素子612を固定し、弾性部625を取り付けることで、圧電アクチュエータ6を製造する。
【0044】
このような日付表示機構90は、以下のように動作する。
圧電素子612に電圧が繰り返し印加されると、振動体61は、第一実施形態と同様に楕円軌道を描いて振動する。これによりロータ5が所望の回転数で回転する。
日回し中間車95は、24時間で一周するように設定されているので、24時間経過ごとに日送り部951の凹部953が日回し車96との当接部に位置する。日回し車96の回転軸は押さえ板962によって付勢されているので、つめ部961が凹部953に係合する。この時につめ部961が日送り歯93を図7中の矢印C方向に押すことにより日車91を回転させる。これにより、日車91の日付表示91Aが一日分送られて時計9の外部からは日付が変更されて表示されることとなる。
【0045】
このような第四実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(11) ロータ5の凹部53の断面形状が凹状の曲面に形成され、また振動体61の凸部613の断面形状は凸状の曲面に形成されている。これにより、第一実施形態の(1)の効果と同様に、ロータ5が動力伝達機構92のがたなどによって軸方向にずれた場合でも、凸部613が凹部53の定点で安定して当接することができる。したがって、振動体61のロータ5への当接力を安定させることができ、つまり圧電アクチュエータ6の駆動力を安定させることができる。
また、この時凸部613はロータ5よりも高硬度に構成されているので、凸部613の摩耗を軽減できる。これにより圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
【0046】
(12) 凸部613が平面視で直線形状に形成されているので、ロータ5に対しての当接位置が平面方向に多少ずれても、振動体61の押圧力が常にロータ5の中心に向かうので、圧電アクチュエータ6の駆動力が安定する。
【0047】
(13) 補強板611およびロータ5がステンレス鋼で構成されているので、第一実施形態の(3)の効果と同様に、錆の発生を良好に防止でき、これによっても圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
また、補強板611およびロータ5は同材料であるが、両方に熱処理を施すことによって、補強板611をロータ5よりも高硬度に簡単に調整できる。この時、硬化処理が熱処理によるものなので、窒化処理においてアンモニアが必要な場合と異なり、処理に他材料が不要である。よって、加熱条件を適宜設定するだけで硬化処理を施すことができるので、補強板611およびロータ5の製造コストを安価にできる。
【0048】
(14) 凸部613の断面形状をラッピングによって形成しているので、第一実施形態の(4)の効果と同様に、研磨盤100を凸部613の断面に対して回転させるだけで簡単に凸状の曲面を形成できる。また、この時ラッピングによって凸部613の表面粗さを鏡面状態まで研磨することができる。これにより、凸部613の摺動性を良好にできる。表面の荒れによる摩耗が発生しないので、凸部613の摩耗を少なくすることができ、圧電アクチュエータ6の耐久性をより一層向上させることができる。
【0049】
(15) 時計9は多くの歯車を備えて構成されており、これらの歯車はホゾのがたなどによって回転時に軸方向にずれることがある。本実施形態では、圧電アクチュエータ6の凸部613の断面形状が凸状に形成され、ロータ5の凹部53が凹状に形成されている。したがって、そのような場合でも、凸部613が凹部53に確実に当接してロータ5を駆動できる。
【0050】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
各実施形態では、凸部613の断面形状が凸状に、そしてロータ5の断面形状が凹状に形成されていたが、これに限らない。例えば、凸部613が凹状に、そしてロータ5が凸状に形成されていてもよい。また、凸部613およびロータ5の凹状あるいは凸状の断面形状の寸法は、凸部613がロータ5の側面に良好に当接できるように適宜設定されればよい。
被駆動体は、各実施形態において回転駆動されるロータ5であったが、これに限らず、例えば直線移動する棒状部材などであってもよい。この場合でも、棒状部材の側面を移動方向に沿って凸状あるいは凹状に形成すれば、凸部613が良好に棒状部材に当接でき、良好に駆動力が伝達できる。
【0051】
凸部613および/ またはロータ5を硬化させる際には、焼き入れおよび焼き戻しのような熱処理や、窒化処理、ショットピーニングに限らない。例えば浸炭、浸炭窒化などでもよく、あるいはDLC(Diamond Like Carbon)や窒化クロムコーティングなどの硬化膜を形成してもよい。
また、凸部613の断面形状の形成方法は、第一実施形態および第四実施形態においてはラッピングによるものであり、また第二実施形態においては砥粒流動加工によるものであったが、これに限らない。例えば、エッチング、鍛造など、凸部613の断面形状を良好に形成できる任意の形成方法を採用できる。
また、補強板611を硬化させる際には、各実施形態において凸部613のみに処理を施したが、これに限らない。圧電アクチュエータ6に使用される際に必要な特性、例えば圧電素子612とともに良好に振動できるだけの弾性や、その他の特性を満たす範囲であれば、補強板611全体に硬化処理を施してもよい。この場合には、凸部613の硬化処理のために補強板611の凸部613が互い違いに配置されるように並べ替える必要が無く、手間を省くことができる。
さらに、凸部613の硬化処理を行う際には、第一実施形態では凸部613を互い違いに配置したが、必ずしも互い違いに配置する必要はない。例えば、複数の凸部613が互いに重なった状態で硬化処理を行っても凸部613を必要な硬度に硬化させることができる。またこの際には、基材60を凸部613を含んだ補強板611の形状に成形した後に、一つずつ凸部613の断面形状を成形してもよく、あるいは、一つずつ凸部613の断面形状を成形した後に基材60を補強板611の形状に成形してもよい。
【0052】
補強板611およびロータ5の材料は、各実施形態においてステンレス鋼であったが、これに限らず適当な硬度を確保できるものであれば、任意に採用できる。特にこれらが鋼で構成される場合には、熱処理によって硬度を調整できるので有用である。
【0053】
本発明の圧電アクチュエータ6は、各実施形態では液体吐出装置11あるいは時計9に適用されていたが、これに限らない。この圧電アクチュエータ6は、耐久性が向上でき、良好に被駆動体に当接して駆動力を伝達するので、例えば時計用カレンダーやリニアアクチュエータ、ピンアクチュエータなどの様々な機器に適用できる。
【0054】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【0055】
【発明の効果】
このような本発明によれば振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分のいずれか一方が凸状に、またいずれか他方が凹状に形成されているので、振動体が被駆動体に良好に当接できる。また、振動体が被駆動体よりも高硬度に構成されているので、振動体の摩耗を良好に防止でき圧電アクチュエータの耐久性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態にかかる液体吐出装置を示す平面図。
【図2】本発明の第一実施形態にかかる液体吐出装置を示す側断面図。
【図3】本発明の第一実施形態にかかる圧電アクチュエータの拡大断面図。
【図4】本発明の第一実施形態にかかる振動体の製造方法を示す図。
【図5】本発明の第一実施形態にかかる振動体の製造方法を示す図。
【図6】本発明の第二実施形態にかかる振動体の製造方法を示す図。
【図7】本発明の第四実施形態にかかる時計を示す平面図。
【図8】本発明の第四実施形態にかかる時計を示す側断面図。
【図9】本発明の第四実施形態にかかる振動体の製造方法を示す図。
【符号の説明】
5…ロータ、5A…被駆動部、6…圧電アクチュエータ、8…砥粒流動加工装置、9…時計、11…液体吐出装置、53…凹部、60…基材、61…振動体、63…研磨布、90…日付表示機構、100…研磨盤、611…補強板、611A,611B…取付部、612…圧電素子、613…凸部(当接部)。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を備えた振動体を被駆動体に当接し、圧電素子の振動で被駆動体を押圧して駆動する圧電アクチュエータ、その製造方法、圧電アクチュエータを備えた機器、時計および液体吐出装置に関する。
【0002】
【背景技術】
圧電素子の振動で被駆動体を駆動するいわゆる圧電アクチュエータとしては、板状の補強板の両面に圧電素子が貼設されたものがある(例えば特許文献1)。この圧電アクチュエータでは、圧電素子の振動にともなって補強板が振動し、補強板の一端に形成された突起部が被駆動体であるロータを押圧して回転駆動する。この時、ロータは外周面が断面凹状の曲面に形成されている。これにより、突起部がロータの外周面から外れることなく良好に係合する。またこの圧電アクチュエータでは突起部がロータの凹状の曲面に対応して断面凸状の曲面となっている。このため、突起部はロータの曲面に対して常に一定の位置に安定して当接され、当接力のばらつきが抑制されることで圧電アクチュエータの駆動力が安定する。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−223577号公報 (第3図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような圧電アクチュエータでは、突起部はロータに当接されながら回転駆動するので、長期間にわたる使用とともに摩耗する。特に、突起部がロータに対して寸法が小さい場合には、ロータの摩耗よりも先に突起部が摩耗してしまうので、圧電アクチュエータ全体の寿命が短くなってしまう。したがって、圧電アクチュエータの寿命を考える場合には、突起部の耐久性を確保することが非常に重要となる。
【0005】
本発明の目的は、耐久性を向上させることができる圧電アクチュエータ、その製造方法、圧電アクチュエータを備えた機器、時計および液体吐出装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電アクチュエータは、被駆動体に当接される当接部を有するとともに圧電素子が固定される板状の振動体を備え、圧電素子にともなって振動体が振動することにより被駆動体を押圧して駆動する圧電アクチュエータにおいて、振動体の当接部は、被駆動体の振動体への当接部分よりも高硬度に構成されているとともに、当接部および被駆動体の振動体への当接部分のいずれか一方は、被駆動体の移動方向に対して直交する断面の形状が凸状の曲面に形成され、他方は凹状の曲面に形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分のいずれか一方の断面形状が凸状の曲面に形成され、また他方は凹状の曲面に形成されている。このため、振動体の当接部が被駆動体を押圧する際には、当接部は被駆動体の凹状あるいは凸状の曲面の定点で安定して当接される。したがって、振動体の被駆動体への当接力が安定し、つまり圧電アクチュエータの駆動力が安定する。
また、この時振動体の当接部は被駆動体の振動体への当接部分よりも高硬度に構成されている。よって、当接部は被駆動体に比して耐摩耗性が向上し、長期間の使用によっても摩耗しにくくなる。これにより圧電アクチュエータの耐久性が向上する。
【0007】
本発明では、当接部は、平面視で曲線形状に形成されていることが考えられる。
この発明によれば、当接部が平面視で曲線形状に形成されているので、被駆動体に対して常に一定の点で接触する。よって、当接部から被駆動体へ伝達される駆動力が安定する。
【0008】
本発明では、当接部は、平面視で直線形状に形成されていることが考えられる。
この発明によれば、当接部が平面視で直線形状に形成されているので、被駆動体に対して力の方向が一定となる。例えば被駆動体が回転体である場合には、当接部の押圧力が常に被駆動体の中心に向かうので、駆動力が安定する。また、例えば被駆動体が直線移動するものである場合には、当接部が被駆動体に線接触するので、当接部にかかる応力が小さくなる。よって振動体の耐久性が向上する。
【0009】
本発明では、振動体は、ステンレス鋼または鋼で構成されていることが望ましい。
この発明によれば、振動体がステンレス鋼あるいは鋼で構成されている。例えば振動体がステンレス鋼で構成されている場合には、錆の発生が良好に防止され、圧電アクチュエータの耐久性がより一層向上する。また、振動体が鋼で構成されている場合には、切削などの加工が容易となる。また、熱処理を施すことによって硬度を所望に調整することが可能となる。
【0010】
本発明では、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分の少なくともいずれか一方は、硬化処理が施されているか、または表面に硬化膜が形成されており、その上で振動体の当接部は、被駆動体の振動体への当接部分よりも高硬度に構成されていることが望ましい。
この発明によれば、当接部および被駆動体の振動体への当接部分の少なくともいずれか一方には硬化処理が施されている、あるいは表面に硬化膜が形成されている。例えばこれらの少なくともいずれか一方に硬化処理が施されている場合には、これによって少なくともいずれか一方の材料を所望の硬度に調整することが可能となる。また硬化処理によって硬度をより高めることが可能となるので、より一層摩耗が軽減され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。これは、耐摩耗性が求められる負荷の高い条件下で使用される圧電アクチュエータに特に有用である。反対に、硬化処理を施すことによって比較的柔らかい材料でも所望の硬度に調整することが可能となるので、材料の選択範囲が広くなる。
また、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分の少なくともいずれか一方の表面に硬化膜が形成されている場合には、当該部分の表面硬度が向上する。よって硬化処理を施した場合と同様に、振動体および被駆動体の互いの当接部分における摩耗が軽減され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。そして、比較的柔らかい材料でも所望の硬度に調整することが可能となるので、材料の選択範囲が広くなる。
なお硬化処理としては、処理を施す部分が所望の硬度に調整可能であれば任意であり、例えば焼き入れ、焼き戻し、窒化処理、鍛造など各種の処理を採用できる。
【0011】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分のうち少なくとも凸状の表面を、エッチング、ラッピング、鍛造、砥粒流動加工およびショットピーニングのいずれかまたはこれらの組み合わせによって形成することを特徴とする。
この発明によれば、凸状の表面をこれらの方法によって形成するので、所望の断面形状を精度よく大量生産することが可能となり、製造時間の短縮となる。また、これにより圧電アクチュエータの製造が安価になる。
特に、凸状の表面をラッピングおよび砥粒流動加工のいずれかで形成する場合には、曲面の表面粗さを改善可能あるいは所望の粗さに調整可能となるので、凸状の表面部分の摩耗が軽減され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。また、凸状の表面を鍛造、ショットピーニングのいずれかによって形成する場合には、この加工によって当該部分の強度が向上するので、より一層摩耗が軽減され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。
【0012】
本発明では、振動体の当接部を被駆動体の振動体への当接部分より高硬度となるように加工することが望ましい。
この発明によれば、振動体の当接部を被駆動体の振動体への当接部分より高硬度に加工するので、振動体の当接部の硬度が適切に設定される。これにより、当接部の摩耗が軽減され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。
ここで振動体の当接部を被駆動体の振動体への当接部分より高硬度となるように加工する場合には、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分の少なくともいずれか一方を硬化処理する。つまりこの加工は、例えば振動体の当接部に加工を施し、この当接部を被駆動体の振動体への当接部分より高硬度となるように調整する場合をもちろん含む。そしてこれに限らず、例えば振動体を被駆動体と同じ材料で構成し、その後振動体を被駆動体より高硬度となるように振動体、または被駆動体あるいはその両方を加工することも含む。あるいは、振動体を高硬度な材料で構成し、これとの硬度のバランスを取るために被駆動体を加工し、これにより良好なバランスで振動体の当接部が被駆動体の振動体への当接部分より高硬度に構成されるように調整する場合をも含む。
【0013】
本発明では、振動体の当接部を高硬度に加工する際には、当接部が厚み方向に重ならないように振動体を複数重ね、複数の振動体の当接部を一度に加工することが望ましい。
この発明によれば、複数の振動体の当接部を互いに厚み方向に重ならないように配置した状態で当接部を一度に加工するので、大量生産に好適である。これにより圧電アクチュエータの製造時間が短縮され、製造コストが安価になる。また、振動体を複数重ねて加工を行うので、間に挟まれた振動体には硬化処理の影響が少ない。したがって、間に挟まれた振動体は変形などの影響が最小限となり、また硬化処理の影響が少ないので、振動体の材料特性の変化が少ない。つまり、振動体の振動特性への影響が少なくなり、振動体の振動特性が安定する。
【0014】
本発明では、振動体の当接部を被駆動体の振動体への当接部分より高硬度となるように加工する際には、その加工は焼き入れ、焼き戻し、硬化膜形成、および窒化処理のいずれかまたはこれらの組み合わせであることが望ましい。
この発明によれば、加工方法を適切に選択しているので、振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分の少なくともいずれか一方が適切な硬度に容易に調整される。特に、焼き入れ、焼き戻しによって硬化工程を行う場合では、硬化膜を形成する場合や窒化処理の場合に比して、硬化処理に他材料が不要となる。そして加熱温度を調整するだけで容易に硬度調整が可能となるので、製造工程が簡略化されるとともに、製造コストが安価になる。
【0015】
本発明の機器は、前述の圧電アクチュエータまたは前述の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。この発明によれば、機器が本発明の圧電アクチュエータあるいは本発明の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えている。よって、この機器は前述のような効果を奏し、耐久性が向上する。
【0016】
本発明の時計は、前述の圧電アクチュエータまたは前述の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。この発明によれば、時計が本発明の圧電アクチュエータあるいは本発明の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えている。よって、この時計は前述のような効果を奏し、耐久性が向上する。
時計では、動力伝達部分が多数の歯車の噛合によって構成されている場合が一般的である。この際例えば被駆動体が歯車の回転軸に固定された回転体である場合などでは、ホゾのがたなどによって被駆動体が軸方向にずれてしまうことがある。このような場合でも振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分のいずれか一方が凸状に、またいずれか他方が凹状に形成されているので、被駆動体が軸方向に多少ずれても振動体の当接部が良好に被駆動体に当接される。これにより、被駆動体の軸方向のずれによる圧電アクチュエータの駆動力のばらつきが最小限に抑制される。
【0017】
本発明の液体吐出装置は、前述の圧電アクチュエータまたは前述の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、機器が本発明の圧電アクチュエータあるいは本発明の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えている。よって、この液体吐出装置は前述のような効果を奏し、耐久性が向上する。
例えば内部に液体が流通するチューブを順次圧閉して液体を吐出する液体吐出装置では、チューブに沿ってボールが転動することによってチューブを圧閉するものがある。このような液体吐出装置では、ボールをチューブに押し付けるために、ボールを押圧する押圧部材を設けている。この押圧部材を駆動するために本発明の圧電アクチュエータを用いることが可能である。この際、ボールはチューブを圧閉するのにある程度の押圧力を要するので、圧電アクチュエータはこの押圧力に打ち勝って押圧部材を駆動するだけの駆動力が必要となる。このため、振動体の当接部は押圧部材へ相応の力で押し付けられることとなる。このような場合でも、液体吐出装置に本発明の圧電アクチュエータが用いられているので、振動体の当接部の摩耗が軽減され、液体吐出装置の耐久性が向上する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
【0019】
〔第一実施形態〕
図1には、第一実施形態にかかる液体吐出装置11の平面図が、また図2には液体吐出装置11の側断面図が示されている。
これらの図1および図2において、液体吐出装置11は、内部に液体が流通するチューブ3と、このチューブ3を押圧するボール4と、このボール4をチューブ3上で転動させる被駆動体としてのロータ5(図2)と、ロータ5を回転駆動する圧電アクチュエータ6と、ボール4の転動軌跡を規定するリテーナ7とを備えている。また、これらの構成部品、つまりチューブ3の一部、ボール4、ロータ5、圧電アクチュエータ6、およびリテーナ7は、ケース部材2に収納されている。
ケース部材2は、チューブ3が配置される基部21と、基部21の開口部分を覆う蓋部材22(図2)とを備えている。基部21および蓋部材22には、外周近傍に複数箇所(本実施形態では四箇所)にそれぞれ孔213および221が形成されている。これらの孔213および221にはピン23が貫通され、これにより蓋部材22が基部21に取り付けられている。ここで、四つのピン23は蓋部材22の孔221に嵌合されており、また、これらのピン23は、基部21の孔213のうち対角線上の二つの孔213に嵌合されている。したがって基部21および蓋部材22は、これら二つのピン23によって対角線上の二箇所で互いの接触面の面内方向での位置が規定され、これらの相対的な位置のずれが防止されている。また、基部21には、孔213と同軸上に外部に開口する凹状部214が形成されている。さらに、基部21において蓋部材22に対向する面には、ピン23と嵌合される二つの孔213近傍の端部に切欠216が形成されている。この切欠216により、基部21および蓋部材22が接触した時に両者の間に隙間が形成されている。
【0020】
基部21において蓋部材22に対向する面の略中央には、チューブ3が配置されるチューブガイド溝211が形成されている。このチューブガイド溝211は、円弧状部分と、この円弧状部分の両端から基部21の端部に向かって互いに平行に形成された二つの直線部分とを備えている。直線部分の途中には、基部21の断面方向に孔211Bが形成され、この孔211Bの側面から基部21の裏面に沿って溝211Aが基部21の端部まで形成されている。
チューブ3は、ケース部材2の外部から溝211Aに沿って配置され、孔211Bにおいてケース部材2内部に入る。そしてチューブ3は、チューブガイド溝211に沿って配置され、もう一方の孔211Bおよび溝211Aを通って再び外部へ配置されている。二つの溝211Aには、チューブ3がチューブガイド溝211に沿ってたるみなく張設されるように、ストッパ212がそれぞれ取り付けられている。このストッパ212はチューブ3が適切な張力でチューブガイド溝211に配置されるようにその張力を調整可能となっている。なお、チューブ3の材料は、シリコーンゴム、ポリウレタン、その他の弾性材料を採用できる。ボール4は、複数(本実施形態では二つ)設けられ、チューブガイド溝211の円弧状部分に沿って等間隔、つまり本実施形態では180°間隔でチューブ3のチューブガイド溝211に当接される側とは反対側に配置されている。
【0021】
ロータ5は、環状に形成されており、外周には環状の被駆動部5Aが圧入されている。この被駆動部5Aの外周には断面凹状の曲面の凹部53が形成されている。
ロータ5の内周側にはデルリンやポリテトラフルオロエチレン(Poly Tetra Fluoro Ethylene, PTFE)などの低摩擦係数の材料で構成された環状のブッシュ51が圧入されている。ブッシュ51は、蓋部材22に固定されたロータ軸25と、ロータ軸25に螺合されるロータ押さえ部材251とによってロータ軸25に回転可能に支持されている。
また、ロータ軸25の内周には、断面略三角形状のツメ部252が形成されている。このツメ部252には、基部21に形成された孔215およびロータ押さえ部材251を貫通した四つ割ピン24が係合されている。四つ割ピン24の外径は孔215の内径よりも小さく形成されており、このため四つ割ピン24は孔215に摺動可能に貫通されている。また、四つ割ピン24の基端側は、孔215よりも径が大きく形成され、孔215の端部に係止されている。この四つ割ピン24によって、基部21および蓋部材22は、近接した状態で位置決めされている。
ロータ5のボール4に対向する面には押圧ゴム52が設けられ、ボール4に当接されている。ここで、ロータ5とチューブガイド溝211との距離は、ボール4の直径とチューブ3の直径との和より小さく設定されている。これによって、ボール4はロータ5の押圧ゴム52でチューブ3側に押し付けられ、チューブ3がチューブガイド溝211の形状に沿って押しつぶされるようになっている。
【0022】
圧電アクチュエータ6は、圧電素子612の振動によって振動する振動体61と、この振動体61を支持する支持板62とを備えている。また、圧電アクチュエータ6は、振動体61の圧電素子612に所定周波数の電圧を印加することにより振動体61を振動させる印加装置(図示せず)を備えている。
振動体61は、略矩形平板状に形成された補強板611と、この補強板611の表裏両面に固定された平板状の圧電素子612とを備えている。補強板611の対角線上の長さ方向両端には、平面視で略半円形状に形成された当接部としての凸部613が一体的に形成されている。凸部613の一方は、ロータ5の凹部53に当接され、凸部613の先端がロータ5の半径方向に対して傾斜するように配置されている。補強板611の長手方向略中央には、補強板611から突出する取付部611A,611Bが一体的に形成されている。
圧電素子612は、補強板611の両面の略矩形状部分に接着されている。圧電素子612の材料は、特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、水晶、ニオブ酸リチウム等の各種のものを用いることができる。また、圧電素子612の両面には、ニッケルめっき層および金めっき層などが形成され、対角線上の長さ方向両端に略L字形の溝を設けることで電極が形成されている。これらの電極は、圧電素子612に所定周波数の電圧を印加する印加装置(図示せず)に電気的に接続されている。
支持板62は、補強板611の取付部611A,611Bを三箇所のねじ621,622,623でねじ止めしている。この支持板62は蓋部材22に固定具624で回転可能に支持されており、これにより振動体61は蓋部材22に固定されている。また、取付部611Aと支持板62との間には略U字形の弾性部625が介装されている。この弾性部625は一端がねじ622,623および固定具624に固定され、また他端が係止部材626によって蓋部材22に係止されている。この弾性部625は、固定具624を中心に振動体61を付勢しており、これによって振動体61の凸部613はロータ5の凹部53に適切な付勢力で押し付けられている。
【0023】
リテーナ7は、ロータ5と基部21との間に設けられ、リング状に形成されている。リテーナ7の内周側は基部21に環状に設けられた突起26に当接されることで平面方向のずれが防止されている。リテーナ7には周囲に沿って複数箇所(本実施形態では六箇所)のボール保持部71が等間隔に形成されている。これらのボール保持部71のうち、対向する二つにボール4が配置されている。また、リテーナ7の外周には、凸部72が形成されており、リテーナ7の側面にはこの凸部72の通過を検出する回転検出手段73が設けられている。なお、ボール4は、三つあるいは六つ設けられていてもよい。ボール4が三つ設けられた場合には、六つのボール保持部71にボール4を一つおきに配置して互いの間隔が120°となるようにすればよい。
【0024】
図3には、振動体61およびロータ5の当接状態を示す拡大断面図が示されている。この図3において、振動体61の補強板611は、厚み約0.1mmのSUS301EHで構成されている。そして凸部613は、その断面形状が略円弧凸状に形成されている。また、ロータ5の被駆動部5AはSUS440Cで構成され、前述のように断面形状が略円弧凹状に形成されている。
このような振動体61および被駆動部5Aは次のようにして製造される。
まず、被駆動部5Aが加工される基材に加工を行い、硬度を調整する。本実施形態では、被駆動部5Aに焼き入れおよび焼き戻しを行う。この加工によって被駆動部5Aの基材は、その硬度がビッカース硬さ約HV800に調整される。その後、この基材を切削加工することによって被駆動部5Aの外形形状に加工する。そして凹部53をラッピングによって研磨することによって表面粗さを調整する。
一方、振動体61の補強板611は、次のように製造される。
図4および図5には、補強板611の製造方法が示されている。図4(A)には、補強板611の凸部613の形成方法が示されている。図4(A)に示されるように、補強板611が形成される基材60を複数(例えば100枚)重ねて配置し、凸部613の外形形状をワイヤー放電加工によって形成する。この時、凸部613の位置は、基材60の中心線からずれた位置に形成する。また、基材60の四隅に、基材60の中心線に対称にすべての基材60を貫通する案内孔601を形成する。
【0025】
次に、基材60に窒化処理を行う。
図4(B)には、窒化処理をする際の基材60の配置が示されている。この図4(B)に示されるように、基材60を一枚ずつ交互に裏返して重ねる。この時、凸部613は、基材60の中心線から外れた位置に形成されているので、一枚おきに互い違いに、厚み方向に重ならないように配置されることとなる。また、案内孔601は、基材60の中心線に対称に配置されているので、一枚おきに裏返しても案内孔601の位置が一致する。この案内孔601をそれぞれねじで固定することにより、複数の基材60を固定する。
そして、基材60の凸部613のみをアンモニア中で加熱することにより、アンモニアから発生する窒素が基材60中に溶解し、母材であるステンレス鋼に含まれたCr等によって、凸部613の表面に硬化層が形成される。
このような窒化処理では、雰囲気ガスや、温度、処理時間等の種々の処理条件を任意に設定することによって、基材60の表面に形成される硬化層(窒化層)の厚みや表面硬度を任意に選択することができる。例えば、約HV500程度のステンレス鋼(SUS301EH)を550℃に加熱した状態で、ガス軟窒化処理を2時間施した場合には、当該ステンレス鋼を約HV1200程度まで硬化させることができる。この加工により、凸部613は被駆動部5Aよりも高硬度に調整される。
なお、窒化処理としては、ガス窒化、液体窒化、軟窒化等の方法を採用してもよい。
【0026】
その後、凸部613の断面形状を凸状の曲面に形成する。
図5(C)には、凸部613の断面形状の形成方法が示されている。この図5(C)において、基材60はその断面が示されており、凸部613が互い違いに配置されている。この状態で、アルミナを溶解した研磨液などの研磨剤を塗布した研磨布63を凸部613に所定の圧力で押しつけながら平面方向に往復させて研磨(ラッピング)する。これにより、凸部613の断面形状を曲面に形成する。なお、研磨には研磨布63に限らず、樹脂などの研磨に適した任意の材料を採用でき、あるいは研磨にバフを用いてもよい。
図5(D)には、補強板611の外形形状の形成方法が示されている。この図5(D)に示されるように、凸部613の断面形状を凸状の曲面に形成した後、基材60を再び一枚おきに裏返して凸部613の位置を一致させる。そして打ち抜きなどによって補強板611の外形形状を形成する。
このようにして形成された補強板611の両面略矩形状部分に圧電素子612を接着し、圧電素子612表面の電極をリード線で印加装置に接続し、また補強板611を接地することにより、圧電アクチュエータ6を製造する。
【0027】
このような液体吐出装置11は、次のように動作する。
まず、図示しない印加装置によって圧電素子612に電圧を印加すると、振動体61が縦振動と屈曲振動を組み合わせた楕円軌道を描く。この楕円軌道の一部で凸部613がロータ5の凹部53を押すことにより、ロータ5が図1の矢印R方向に回転する。この動作を適当な振動数で繰り返すことにより、ロータ5を所望の回転数で回転させる。
ロータ5が回転すると、押圧ゴム52に押圧されているボール4は摩擦によってチューブ3を押しつぶしながら転動する。これによって、チューブ3内の二つのボール4に挟まれた液体が移動し、チューブ3から液体が吐出される。これを所定の回転数で繰り返すことによってチューブ3内の液体を連続で吐出させる。ボール4は、その転動にともなってボール保持部71を押し、これによってリテーナ7が回転する。この際、回転検出手段73はリテーナ7の凸部72の通過を検知し、ボール4の回転速度(回転数)を検知する。
液体吐出装置11を使用しない時には、チューブ3の圧閉を解除する。この場合には、四つ割ピン24の先端を互いにすぼめてツメ部252との係合を外せば、蓋部材22がロータ5および圧電アクチュエータ6とともに基部21から離間する。これにより、ボール4のチューブ3に対する押圧力が解除され、チューブ3の圧閉が解除される。この時、切欠216に爪やドライバなどをあてて蓋部材22と基部21とを離間させると簡単に離間させることができる。
この時、蓋部材22を基部21から所定距離離間させると、ピン23の端部が凹状部214と孔213との段差部分に当接される。これにより、ボール4はリテーナ7のボール保持部71やチューブガイド溝211、ロータ5の押圧ゴム52から外れず、所定範囲内に保持される。
液体吐出装置11を使用する時には、蓋部材22および四つ割ピン24を互いに押して先端をツメ部252に係合させれば、ロータ5がボール4を押圧し、ボール4がチューブ3を圧閉する。この時、ピン23のうち二つは、対応する孔213と嵌合して蓋部材22および基部21の平面方向の位置を規定するので、ロータ5、ボール4およびチューブ3の相対位置がずれることがない。
【0028】
このような液体吐出装置11によれば、次のような効果が得られる。
(1) 被駆動部5Aの凹部53の断面形状が凹状の曲面に形成され、また振動体61の凸部613の断面形状は凸状の曲面に形成されている。これにより、ロータ5がボール4やチューブ3の反力などによって軸方向にずれた場合でも、凸部613を凹部53の定点で安定して当接させることができる。したがって、振動体61のロータ5への当接力を安定させることができ、つまり圧電アクチュエータ6の駆動力を安定させることができる。
また、この時凸部613は被駆動部5Aよりも高硬度に構成されているので、凸部613の摩耗を軽減できる。これにより圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
【0029】
(2) 凸部613が平面視で曲線形状に形成されているので、ロータ5に常に点接触する。したがって、ロータ5へ安定した駆動力を伝達できる。
【0030】
(3) 補強板611および被駆動部5Aがステンレス鋼で構成されているので、錆の発生を良好に防止でき、これによっても圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
また、補強板611には窒化処理が、また被駆動部5Aには焼き入れおよび焼き戻しの硬化処理が施されているので、補強板611および被駆動部5Aを所望の硬度に容易に調整できる。特に焼き入れおよび焼き戻しは、窒化処理においてアンモニアが必要な場合と異なり、処理に他材料が不要である。よって、焼き入れおよび焼き戻しの加熱条件を適宜設定するだけで硬化処理を施すことができるので、被駆動部5Aの製造コストを安価にできる。
【0031】
(4) 凸部613の断面形状をラッピングによって形成しているので、研磨布63を凸部613上で往復させるだけで簡単に曲面を形成できる。また、この時ラッピングによって凸部613の表面粗さを鏡面状態まで研磨することができる。これにより、凸部613の摺動性を良好にできる。表面の荒れによる摩耗が発生しないので、凸部613の摩耗を少なくすることができ、圧電アクチュエータ6の耐久性をより一層向上させることができる。
【0032】
(5) 補強板611を形成する際に、複数枚の基材60を重ねて一度に加工するので、大量生産に容易に対応できる。硬化処理を行う際には凸部613のみを窒化処理するが、基材60が重ねて固定されているので、この処理時に基材60全体が反って変形するのを防止できる。これにより、反対に基材60の反りが防止されているので、窒化処理を長時間行うことができ、窒化層を凸部613表面から深く形成することができる。また、この際窒化層は凸部613のみに形成されるので、圧電素子612が固定される略矩形状部分の材料特性が変化しない。つまり補強板611のヤング率など、補強板611の振動特性に影響のある材料特性の変化を防止できるので、圧電アクチュエータ6の振動特性を安定させることができる。
さらに、複数の基材60を重ねる際、凸部613が厚み方向に重ならないように配置しているので、硬化処理を施す際には凸部613の全表面に窒化層を形成することができる。そして凸部613の断面形状の形成時には、凸部613の外周全面に良好に凸状の曲面を形成できる。
【0033】
(6) 窒化による硬化処理を行った後に凸部613のラッピングを行うので、ラッピング時に研磨剤が硬化した凸部613に突き刺さりにくい。よって研磨後に基材60に研磨剤が残りにくくなり、基材60の洗浄などの際に研磨剤の除去が簡単にできる。これにより基材60の製造工程における取り扱い性を向上させることができる。
また、凸部613の硬化処理およびラッピングの後に補強板611の外形形状を形成するので、硬化処理で付着するすすやラッピングの研磨液などが複雑な形状の間に入り込むことがなく、簡単に洗浄できる。
【0034】
(7) 液体吐出装置11は、ボール4がチューブ3上を転動して圧閉するので、ロータ5には所定の押圧力が付加される。ロータ5はこの押圧力に対抗してボール4を転動させなければならないので、このロータ5を回転駆動する圧電アクチュエータ6には相応の駆動力を必要とする。この時、圧電アクチュエータ6の凸部613はロータ5よりも高硬度に構成されているので、振動体61の振動を良好にロータ5に伝達でき、所望の駆動力を得ることができる。そして凸部613がロータ5の被駆動部5Aより高硬度となっているので、ロータ5に対して摩耗しにくく、よって液体吐出装置11の耐久性を向上させることができる。
【0035】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態の圧電アクチュエータ6において凸部613の断面形状の形成方法が異なるものである。
図6には、第二実施形態にかかる圧電アクチュエータ6の製造方法が示されている。この図6において、凸部613の断面形状は、砥粒を混合した粘弾性を有するメディア81で加工を行う砥粒流動加工装置8によって形成する。砥粒流動加工装置8は、メディア81を収納する本体82と、本体82の両端に設けられ、内部に摺動可能な二つのピストン83とを備えている。ピストン83はメディア81の両端に当接され、メディア81を圧縮しながら本体82内部を往復させるために駆動機構(図示せず)に接続されている。本体82の略中央には、ワークを固定するクランプ84が固定されている。このクランプ84の内周は、本体82の内部に露出している。
このような砥粒流動加工装置8のクランプ84に、第一実施形態の基材60を取り付ける。この基材60は、本実施形態ではSUS420J2で構成され、すでに凸部613の形成および窒化処理による硬化処理を行ったものであり、凸部613が互い違いに配置されて固定されている。この基材60を、凸部613が本体82内部に突出し、かつその断面方向がピストン83の摺動方向に沿うように配置し、クランプ84で固定する。そして、ピストン83を駆動して、メディア81を圧縮しながら本体82内部で往復させる。メディア81には砥粒が混合されているので、凸部613に圧接しながら凸部613の平面方向に移動し、断面形状を略円弧凸状に成形する。またこの加工により凸部613の表面粗さRaは約60nm程度に改善される。
なお、メディア81の材料およびメディア81に混合する砥粒の材料は、凸部613の材質や全体の形状、加工したい断面形状などを勘案して適宜決定すればよい。また、砥粒流動加工装置8の稼働時間やピストン83の往復速度なども、凸部613の材質や形状などを勘案して適宜決定される。
【0036】
このような第二実施形態によれば、第一実施形態の(1)、(2)、(3)、(5)、(6)および(7)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(8) 砥粒流動加工装置8によって、メディア81を凸部613に圧接させてラッピングすることで加工するので、第一実施形態の(4)の効果と同様に、簡単に凸部613の断面形状を形成できる。また、この時メディア81の材料を適切に選べば凸部613の表面粗さを鏡面状態まで研磨することができる。これにより、凸部613の摺動性を良好にできる。表面の荒れによる摩耗が発生しないので、凸部613の摩耗を少なくすることができ、圧電アクチュエータ6の耐久性をより一層向上させることができる。
【0037】
(9) 砥粒流動加工装置8で加工条件を設定すれば、加工を自動で行うことができるので、この加工工程中に他の工程を組み込むことができ、圧電アクチュエータ6の製造作業の効率化を図ることができる。
【0038】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態は、第一実施形態の圧電アクチュエータにおいて凸部の断面形状の形成方法が異なるものである。
本実施形態においては、第一実施形態の凸部613にショットピーニングを施すことによって断面形状を形成する。本実施形態では、基材60はビッカース硬さ約HV500のSUS301EHで構成されている。この基材60を複数重ねて配置し、凸部613を含んだ補強板611の外形形状に沿ってワイヤー放電加工を行う。この時、凸部613の外形形状の部分のみを複数回加工してもよい。この場合には、凸部613の面粗度を向上させることができる。外形形状が形成された補強板611を第一実施形態と同様に一枚おきに凸部613が互い違いになるように重ねる。この時、取付部611A,611Bには第一実施形態のねじ621,622(図1)に対応する位置に、補強板611の両側に対称に孔が形成されている。このため、補強板611を一枚おきに裏返してもこの両側の孔が一致する。これらの孔をねじ止めするなどして複数の補強板611を固定する。この状態で、凸部613の断面に向かって、約1〜2μmのガラスビーズを約1.5気圧程度で約2〜3秒吹き付けてショットピーニングを行う。これにより、凸部613は断面端部にダレを生じ、断面略円弧凸状に形成される。また、この時ショットピーニングによって凸部613の硬度は約HV600程度になる。つまり、ショットピーニングは凸部613の断面形状の形成工程の他、凸部613を硬化させる加工工程も兼ねている。
一方、ロータ5の被駆動部5AはSUS420J2で構成され、熱処理によってビッカース硬さ約HV500程度に調整される。
【0039】
このような圧電アクチュエータにおいても第一実施形態の(1)、(2)および(7)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(10) 補強板611および被駆動部5Aがステンレス鋼で構成されているので、錆の発生を良好に防止でき、圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
また、補強板611を形成する際にはショットピーニングによって凸部613の断面形状を形成するので、短時間で加工することができる。したがって、圧電アクチュエータ6の製造時間を短縮でき、製造コストを削減できる。
さらに、ショットピーニングが凸部613を硬化させる加工も兼ねているので、容易に所望の硬度に調整できる。この時、ショットピーニングにより凸部613には圧縮応力が発生するので、凸部613の耐摺動性を向上させることができ、耐久性を向上させることができる。また、これにより製造工程を簡略化でき、製造時間を短縮できる。そして、第一実施形態とは異なり、硬化処理にアンモニアなどの他の消費材料が不要となる。これにより圧電アクチュエータ6の製造コストを削減できる。
さらに、補強板611の外形形状を形成した後、複数枚重ねて一度にショットピーニングを行うので、大量生産に容易に対応できる。また、この時凸部613を互い違いに配置して固定するので、所望の断面形状を凸部613の外周全面に簡単かつ良好に加工できる。そして、補強板611が重ねて固定されているので、間に挟まれた補強板611の略矩形状部分にガラスビーズが当たらない。よって、圧電素子612が固定される部分の材料特性が変化しないため、補強板611の振動特性が安定し、つまり圧電アクチュエータ6の振動特性を安定させることができる。
【0040】
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態は、本発明の圧電アクチュエータが時計の日付表示機構に適用されているものである。
図7には、第四実施形態にかかる時計9の日付表示機構90の平面図が、また図8にはその側断面図が示されている。これらの図7および図8において、日付表示機構90は、日付を表示する日車91と、駆動力を伝達して日車91を回転させる動力伝達機構92と、駆動力を動力伝達機構92に与える圧電アクチュエータ6とを備える。
なお、図示はしないが、この日付表示機構90は、時計9のケースに収納され、日車91の一部がケースに形成された窓から視認可能となっている。
【0041】
日車91は、リング状の平板部材で、表面に日付表示91Aが印刷やその他の方法により形成されている。また、日車91の内周側には日車91を回転させるための日送り歯93が形成されている。日送り歯93は、一つの歯の間隔(ピッチ)が日付表示91Aの一日分になっており、つまり日送り歯93を一つ送ると日付表示91Aが一つ送られて、日付が変わるように設定されている。
動力伝達機構92は、日送り歯93に噛合する日回し車96と、日回し車96に噛合する日回し中間車95と、日回し中間車95に噛合して被駆動体としてのロータ5を一体的に備える伝え車94とを備えている。
日回し車96は、周囲に複数のつめ部961(本実施形態では5つ)を有し、そのピッチが日送り歯93と噛合するように設定されている。日回し車96の回転軸は、基板911に設けられた長孔911Aに回転可能に支持されている。また、基板911には、一端が固定された押さえ板962が取り付けられており、この押さえ板962の他端は日回し車96の回転軸に当接されている。この押さえ板962により、日回し車96は、日回し中間車95側に付勢されている。
日回し中間車95は、日回し車96のつめ部961が当接される円盤状の日送り部951と、日送り部951と一体的に形成された歯車952とを備えている。日送り部951には、周囲に一箇所凹部953が設けられている。
伝え車94は、歯車952と噛合するロータかな941と、このロータかな941に一体的に形成されるロータ5とを備えている。ロータ5の外周には、断面略円弧凹状の凹部53が形成されている。また、ロータ5およびロータかな941は接着やろう付けなどによって結合されている。
【0042】
圧電アクチュエータ6は、第一実施形態と同様に補強板611の表裏両面に圧電素子612が固定された振動体61を備えている。補強板611の対角線上両端には対角線方向に突出してロータ5の凹部53に当接される凸部613が形成されている。凸部613は、略矩形状に形成されており、平面視でロータ5への当接部分が直線形状となっている。また、凸部613の断面形状は略円弧凸状の曲面に形成されている。凸部613は、ロータ5の半径方向に沿って配置され、したがって振動体61の長手方向はロータ5の半径方向に対して傾斜して配置されている。
補強板611には長手方向略中央から突出するように腕部611Cが一体的に形成されている。腕部611Cの端部は基板911に回転可能に支持されている。またこの腕部611Cの途中には弾性部625が取り付けられている。弾性部625はその弾性力により腕部611Cを付勢し、これにより凸部613がロータ5の凹部53に適当な付勢力で押し付けられている。
ここで、動力伝達機構92の各部材の寸法や、形成される歯数、または振動体61の振動周波数などは、日回し中間車95が24時間で一回転するように設定されている。
【0043】
このような圧電アクチュエータ6は、次のように製造する。まず、SUS440Cで構成された基材を熱処理によりビッカース硬さ約HV700に調整する。この基材をワイヤー放電加工などによって補強板611の外形形状に形成する。図9(A)には、第四実施形態における凸部613の断面形状の形成方法が、また図9(B)にはその拡大断面図が示されている。この図9(A)において、補強板611は適宜固定具101によって図示しない台座などに固定されている。そして凸部613の側面に円盤状の研磨盤100を当接する。この研磨盤100は、例えばブナなどの比較的柔らかい木材で構成され、図9(B)に示されるように、外周面には凸部613に形成したい断面形状に対応した凹状の凹面100Aが形成されている。この凹面100Aにアルミナを溶解した植物性の油脂などの研磨液102を塗り込み、凸部613の側面を当接して研磨盤100を所定の回転数で回転させる。これにより、凸部613は凹面100Aの形状に研磨される。ここで、研磨盤100は凸部613に対して十分大きな径を有しているので、研磨盤100の外周面で研磨されても凸部613の先端形状がほぼ直線形状に形成される。
一方、ロータ5は、補強板611と同材料、つまりSUS440Cで構成されるが、熱処理を行うことにより硬度を約HV500に調整する。これにより、補強板611の凸部613は、ロータ5よりも高硬度となっている。
このようにして製造した補強板611両面に圧電素子612を固定し、弾性部625を取り付けることで、圧電アクチュエータ6を製造する。
【0044】
このような日付表示機構90は、以下のように動作する。
圧電素子612に電圧が繰り返し印加されると、振動体61は、第一実施形態と同様に楕円軌道を描いて振動する。これによりロータ5が所望の回転数で回転する。
日回し中間車95は、24時間で一周するように設定されているので、24時間経過ごとに日送り部951の凹部953が日回し車96との当接部に位置する。日回し車96の回転軸は押さえ板962によって付勢されているので、つめ部961が凹部953に係合する。この時につめ部961が日送り歯93を図7中の矢印C方向に押すことにより日車91を回転させる。これにより、日車91の日付表示91Aが一日分送られて時計9の外部からは日付が変更されて表示されることとなる。
【0045】
このような第四実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(11) ロータ5の凹部53の断面形状が凹状の曲面に形成され、また振動体61の凸部613の断面形状は凸状の曲面に形成されている。これにより、第一実施形態の(1)の効果と同様に、ロータ5が動力伝達機構92のがたなどによって軸方向にずれた場合でも、凸部613が凹部53の定点で安定して当接することができる。したがって、振動体61のロータ5への当接力を安定させることができ、つまり圧電アクチュエータ6の駆動力を安定させることができる。
また、この時凸部613はロータ5よりも高硬度に構成されているので、凸部613の摩耗を軽減できる。これにより圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
【0046】
(12) 凸部613が平面視で直線形状に形成されているので、ロータ5に対しての当接位置が平面方向に多少ずれても、振動体61の押圧力が常にロータ5の中心に向かうので、圧電アクチュエータ6の駆動力が安定する。
【0047】
(13) 補強板611およびロータ5がステンレス鋼で構成されているので、第一実施形態の(3)の効果と同様に、錆の発生を良好に防止でき、これによっても圧電アクチュエータ6の耐久性を向上させることができる。
また、補強板611およびロータ5は同材料であるが、両方に熱処理を施すことによって、補強板611をロータ5よりも高硬度に簡単に調整できる。この時、硬化処理が熱処理によるものなので、窒化処理においてアンモニアが必要な場合と異なり、処理に他材料が不要である。よって、加熱条件を適宜設定するだけで硬化処理を施すことができるので、補強板611およびロータ5の製造コストを安価にできる。
【0048】
(14) 凸部613の断面形状をラッピングによって形成しているので、第一実施形態の(4)の効果と同様に、研磨盤100を凸部613の断面に対して回転させるだけで簡単に凸状の曲面を形成できる。また、この時ラッピングによって凸部613の表面粗さを鏡面状態まで研磨することができる。これにより、凸部613の摺動性を良好にできる。表面の荒れによる摩耗が発生しないので、凸部613の摩耗を少なくすることができ、圧電アクチュエータ6の耐久性をより一層向上させることができる。
【0049】
(15) 時計9は多くの歯車を備えて構成されており、これらの歯車はホゾのがたなどによって回転時に軸方向にずれることがある。本実施形態では、圧電アクチュエータ6の凸部613の断面形状が凸状に形成され、ロータ5の凹部53が凹状に形成されている。したがって、そのような場合でも、凸部613が凹部53に確実に当接してロータ5を駆動できる。
【0050】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
各実施形態では、凸部613の断面形状が凸状に、そしてロータ5の断面形状が凹状に形成されていたが、これに限らない。例えば、凸部613が凹状に、そしてロータ5が凸状に形成されていてもよい。また、凸部613およびロータ5の凹状あるいは凸状の断面形状の寸法は、凸部613がロータ5の側面に良好に当接できるように適宜設定されればよい。
被駆動体は、各実施形態において回転駆動されるロータ5であったが、これに限らず、例えば直線移動する棒状部材などであってもよい。この場合でも、棒状部材の側面を移動方向に沿って凸状あるいは凹状に形成すれば、凸部613が良好に棒状部材に当接でき、良好に駆動力が伝達できる。
【0051】
凸部613および/ またはロータ5を硬化させる際には、焼き入れおよび焼き戻しのような熱処理や、窒化処理、ショットピーニングに限らない。例えば浸炭、浸炭窒化などでもよく、あるいはDLC(Diamond Like Carbon)や窒化クロムコーティングなどの硬化膜を形成してもよい。
また、凸部613の断面形状の形成方法は、第一実施形態および第四実施形態においてはラッピングによるものであり、また第二実施形態においては砥粒流動加工によるものであったが、これに限らない。例えば、エッチング、鍛造など、凸部613の断面形状を良好に形成できる任意の形成方法を採用できる。
また、補強板611を硬化させる際には、各実施形態において凸部613のみに処理を施したが、これに限らない。圧電アクチュエータ6に使用される際に必要な特性、例えば圧電素子612とともに良好に振動できるだけの弾性や、その他の特性を満たす範囲であれば、補強板611全体に硬化処理を施してもよい。この場合には、凸部613の硬化処理のために補強板611の凸部613が互い違いに配置されるように並べ替える必要が無く、手間を省くことができる。
さらに、凸部613の硬化処理を行う際には、第一実施形態では凸部613を互い違いに配置したが、必ずしも互い違いに配置する必要はない。例えば、複数の凸部613が互いに重なった状態で硬化処理を行っても凸部613を必要な硬度に硬化させることができる。またこの際には、基材60を凸部613を含んだ補強板611の形状に成形した後に、一つずつ凸部613の断面形状を成形してもよく、あるいは、一つずつ凸部613の断面形状を成形した後に基材60を補強板611の形状に成形してもよい。
【0052】
補強板611およびロータ5の材料は、各実施形態においてステンレス鋼であったが、これに限らず適当な硬度を確保できるものであれば、任意に採用できる。特にこれらが鋼で構成される場合には、熱処理によって硬度を調整できるので有用である。
【0053】
本発明の圧電アクチュエータ6は、各実施形態では液体吐出装置11あるいは時計9に適用されていたが、これに限らない。この圧電アクチュエータ6は、耐久性が向上でき、良好に被駆動体に当接して駆動力を伝達するので、例えば時計用カレンダーやリニアアクチュエータ、ピンアクチュエータなどの様々な機器に適用できる。
【0054】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【0055】
【発明の効果】
このような本発明によれば振動体の当接部および被駆動体の振動体への当接部分のいずれか一方が凸状に、またいずれか他方が凹状に形成されているので、振動体が被駆動体に良好に当接できる。また、振動体が被駆動体よりも高硬度に構成されているので、振動体の摩耗を良好に防止でき圧電アクチュエータの耐久性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態にかかる液体吐出装置を示す平面図。
【図2】本発明の第一実施形態にかかる液体吐出装置を示す側断面図。
【図3】本発明の第一実施形態にかかる圧電アクチュエータの拡大断面図。
【図4】本発明の第一実施形態にかかる振動体の製造方法を示す図。
【図5】本発明の第一実施形態にかかる振動体の製造方法を示す図。
【図6】本発明の第二実施形態にかかる振動体の製造方法を示す図。
【図7】本発明の第四実施形態にかかる時計を示す平面図。
【図8】本発明の第四実施形態にかかる時計を示す側断面図。
【図9】本発明の第四実施形態にかかる振動体の製造方法を示す図。
【符号の説明】
5…ロータ、5A…被駆動部、6…圧電アクチュエータ、8…砥粒流動加工装置、9…時計、11…液体吐出装置、53…凹部、60…基材、61…振動体、63…研磨布、90…日付表示機構、100…研磨盤、611…補強板、611A,611B…取付部、612…圧電素子、613…凸部(当接部)。
Claims (12)
- 被駆動体に当接される当接部を有するとともに圧電素子が固定される板状の振動体を備え、前記圧電素子にともなって前記振動体が振動することにより前記被駆動体を押圧して駆動する圧電アクチュエータにおいて、前記振動体の前記当接部は、前記被駆動体の前記振動体への当接部分よりも高硬度に構成されているとともに、前記当接部および前記被駆動体の前記振動体への当接部分のいずれか一方は、前記被駆動体の移動方向に対して直交する断面の形状が凸状の曲面に形成され、他方は凹状の曲面に形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
- 請求項1に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記当接部は、平面視で曲線形状に形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
- 請求項1に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記当接部は、平面視で直線形状に形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動体は、ステンレス鋼または鋼で構成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
- 請求項1から請求項4のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動体の前記当接部および前記被駆動体の前記振動体への当接部分の少なくともいずれか一方は、硬化処理が施されているか、または表面に硬化膜が形成されており、その上で前記振動体の前記当接部は、前記被駆動体の前記振動体への当接部分よりも高硬度に構成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の圧電アクチュエータを製造するための圧電アクチュエータの製造方法であって、前記振動体の前記当接部および前記被駆動体の前記振動体への当接部分のうち少なくとも凸状の表面を、エッチング、ラッピング、鍛造、砥粒流動加工およびショットピーニングのいずれかまたはこれらの組み合わせによって形成することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の圧電アクチュエータを製造するための圧電アクチュエータの製造方法、または請求項6に記載の圧電アクチュエータの製造方法において、前記振動体の前記当接部を前記被駆動体の前記振動体への当接部分より高硬度となるように加工することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
- 請求項7に記載の圧電アクチュエータの製造方法において、前記振動体の前記当接部を高硬度に加工する際には、前記当接部が厚み方向に重ならないように前記振動体を複数重ね、複数の前記振動体の前記当接部を一度に加工することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
- 請求項7または請求項8に記載の圧電アクチュエータの製造方法において、前記振動体の前記当接部を前記被駆動体の前記振動体への当接部分より高硬度となるように加工する際には、その加工は焼き入れ、焼き戻し、硬化膜形成、および窒化処理のいずれかまたはこれらの組み合わせであることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の圧電アクチュエータまたは請求項6から請求項9のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする機器。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の圧電アクチュエータまたは請求項6から請求項9のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする時計。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の圧電アクチュエータまたは請求項6から請求項9のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法を用いて製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする液体吐出装置。
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