JP2004297948A - 圧電アクチュエータおよびこれを備えた装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板の振動を正確に検出できる圧電アクチュエータおよびこれを備えた装置を提供する。
【解決手段】振動板５１の変位検出電極５１７Ａを、取付部５１５Ａ，５１５Ｂに対して当接部５１３の反対側に設けた。このため、当接部５１３が被駆動体４に接触するときの接触振動が変位検出電極５１７Ａに直接伝わることがなく、変位検出電極５１７Ａには、振動板５１の振動に伴う圧電効果による検出電圧のみが生じる。また、振動板５１の変位検出電極５１７Ａが設けられた部分は、取付部５１５Ａ，５１５Ｂに対して当接部５１３が設けられた側と反対側であるため、当接部５１３の被駆動体４への接触等により、振動板５１の変位検出電極５１７Ａが設けられた部分の変形が抑えられることがなく、変位検出電極５１７Ａには、本来の振動板５１の振動に伴う圧電効果による検出電圧が生じる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子の変位で被駆動体を駆動する圧電アクチュエータおよびこれを備えた装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、圧電素子の変位で被駆動体を駆動する圧電アクチュエータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の圧電アクチュエータは、矩形薄板状の補強板の両面に圧電素子が積層された積層構造を有する振動板と、この振動板を支持する支持部とを備えている。振動板の長手方向の一端側には、被駆動体に当接される当接部が設けられている。圧電素子には、略矩形状の駆動電極および変位検出電極が設けられている。そして、支持部は、振動板の長手方向中央よりもやや一端側に配設されている。
【０００３】
このような圧電アクチュエータのうち、特許文献１の図８に示された圧電アクチュエータでは、駆動電極は、圧電素子の表面の略中央に配設されており、変位検出電極は、当該表面における振動板の長手方向中央よりも一端側に、駆動電極を挟むように配設されている。つまり、この圧電アクチュエータでは、２つの変位検出電極は、支持部よりも一端側（当接部側）に配設されている。
特許文献１の図１１に示された圧電アクチュエータでは、駆動電極は、圧電素子の表面の略中央に配設されており、変位検出電極は、当該表面における振動板の長手方向中央を挟んで一端側と他端側に配設されている。つまり、この圧電アクチュエータでは、変位検出電極は、支持部よりも当接部側およびその反対側に１つずつ配設されている。
特許文献１の図１２に示された圧電アクチュエータでは、圧電素子の表面を４分割したそれぞれの位置に電極が配設されている。これらの電極は、たとえば対角に配設された２つ電極が駆動電極として使用されるときには、他方の対角に配設された２つの電極が変位検出電極として使用される。つまり、この圧電アクチュエータでは、変位検出電極は、支持部よりも当接部側およびその反対側に１つずつ配設されている。
このような圧電アクチュエータでは、駆動電極に電圧を印加して振動板を振動させると、この振動に伴い変位検出電極が変形し、変位検出電極にはこの変形に伴う圧電効果により検出電圧が生じる。この検出電圧により振動板の振動を検出するとともに、前記検出電圧の振幅が最も大きくなるように駆動電極に印加する電圧を制御している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２６８９５３号公報（［００２８］〜［００４１］、図２、図８、図１１および図１２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１の圧電アクチュエータでは、圧電素子から供給される電力によって振動板の振動状態を検出する変位検出電極のうち少なくとも１つが、支持部に対して一端側（当接部側）に設けられているので、当接部が被駆動体に接触するときの接触振動が、変位検出電極に直接的に伝わる。このとき、変位検出電極には、振動板の振動に伴う圧電効果による電圧に加えて、接触振動に伴う圧電効果による電圧がノイズとして生じるので、検出電圧を正確に検出できないという問題がある。
しかも通常、振動板が振動し当接部が被駆動体に接触したときの振動板の当接部側の変形は、支持部よりも他端側の部分が駆動電圧の印加に従って自由に動くのに対して、支持部と被駆動体とに挟まれ生じる反力により変位検出電極部分が自由に動けない。そのため、変位検出電極に生じる検出電圧は、本来の振動に伴う圧電効果による検出電圧よりも低くなる。また、検出される波形は、被駆動体との接触部から生じるメカ的な振動により影響され他端側のように正確ではない。したがって、このような変位検出電極にノイズが載ると、波形が乱れて検出電圧を検出し難くなるという問題が生じる。そこで、この問題を解決するために、２つの変位検出電極からの検出電圧を加えたり差分を取る等して重ね合わせることで、検出電圧を検出し易くするという方法が考えられる。しかし上述したように、当接部が被駆動体に接触すると、振動板の支持部よりも当接部側の部分の変形が抑えられ、中でも特に当接部が設けられた一隅部の変形が抑えられるので、特許文献１の図８の構成のように、圧電素子の一端側の各隅部近傍に設けられた変位検出電極では、それぞれ異なる変形量となり、また、特許文献１の図１１および図１２の構成のように、支持部よりも当接部側およびその反対側に配設された変位検出電極においても、それぞれ異なる変形量となってしまい、圧電効果によって生じる各変位検出電極の検出電圧波形も異なってしまう。このため、これらの検出電圧を重ね合わせたとしても正確な波形が得難く、やはり検出電圧を容易に検出することはできない。
【０００６】
本発明は、振動板の振動を正確に検出できる圧電アクチュエータおよびこれを備えた装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被駆動体に当接される当接部および電圧が印加される圧電素子を有する振動板と、この振動板を支持する支持部とを備えた圧電アクチュエータであって、前記振動板の一方の表面には、前記支持部に対して前記当接部の反対側の位置に前記振動板の振動を検出する変位検出電極が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータである。
この発明によれば、振動板の振動を検出する変位検出電極を、振動板の一方の表面であるとともに、振動板を元枠に支持するためのアーム部である支持部に対して当接部の反対側の位置に設けている。換言すれば、変位検出電極を、当接部が被駆動体に接触している部分から中心を挟んで遠い場所に設けているので、接触振動（当接部が被駆動体に接触するときの振動）が変位検出電極に直接伝わらず、変位検出電極には、振動板の振動に伴う圧電効果による検出電圧のみが生じる。
また、振動板の変位検出電極が設けられた部分を、支持部に対して当接部の反対側の位置に設けたので、当接部が被駆動体へ接触等しても振動板の変位検出電極が設けられた部分の変形が抑えられることがなく、変位検出電極に生じる検出電圧は、本来の振動板の振動に伴う圧電効果によるものとなる。
以上により、検出電圧が正確に検出されるようになり、振動板の振動が正確に検出される。
【０００８】
本発明では、前記圧電素子は、前記振動板の一方の平面に設けられていることが望ましい。
この発明によれば、振動板の一方の平面に圧電素子を設けたので、材料コストの削減になる。
【０００９】
本発明では、前記振動板の他方の表面には、平面的に見て前記変位検出電極に重なる位置に別の変位検出電極または前記変位検出電極と略同一形状の疑似電極が設けられていることが望ましい。
この発明によれば、振動板の他方の表面において、平面的に見て振動板の一方の表面に設けられた変位検出電極と重なる位置に、別の変位検出電極を設けた場合には、圧電効果により各変位検出電極に生じる検出電圧の波形が等しくなるので、これらの検出電圧を重ね合わせると振幅量が２倍になり検出電圧の検出が容易になる。これに対して、前記変位検出電極と略同一形状の疑似電極を設けた場合には、振動板の両面の圧電素子における電圧が印加される電極の形状がほぼ同じになり、振動板の両面においてほぼ同じ形状に電圧が印加される。このため、振動板の振動は、振動板の両面でほぼ同じになるので、振動板の表面と垂直方向の動きのずれを抑えられる。
【００１０】
本発明では、前記振動板の一方または両方の表面には、当該表面の略中心を挟んで前記変位検出電極および前記疑似電極と対称位置に別の疑似電極が設けられていることが望ましい。
この発明によれば、振動板の一方または両方の表面における当該表面の略中心を挟んで変位検出電極および疑似電極と対称位置に別の疑似電極を設けたので、当該表面には、前記略中心を挟んで対称の位置にそれぞれ電圧が印加されない部分が形成される。換言すれば、圧電素子の電圧が印加される電極の形状も、当該表面の略中心を挟んで対称の形状となり、振動板の当該表面の略中心を挟んで対称の形状に電圧が印加されるから、振動板の振動も当該表面の略中心を挟んで対称の振動となる。また、縦振動と屈曲振動との複合振動を確実に実現できる。なお、上述した略中心とは、振動板の幅方向および縦方向の各々中点付近を指している。
【００１１】
本発明では、前記振動板は、略矩形板状に形成され、前記当接部は、前記振動板の隅部近傍に設けられていることが望ましい。
この発明によれば、振動板は略矩形状に形成され、当接部は振動板の隅部近傍に設けられているので、振動板に縦振動を励振させるような電圧を印加しても、振動板の重量アンバランスにより、振動板の振動を縦振動と屈曲振動との複合振動にすることができる。
【００１２】
本発明では、前記振動板の振動は、一次の縦振動と二次の屈曲振動との複合振動であることが望ましい。
この発明によれば、振動板の振動は、一次の縦振動と二次の屈曲振動との複合振動なので、当接部は楕円軌道を描いて振動する。このことにより、たとえば当接部と被駆動体とが接触したときに、当接部が描く楕円軌道の方向と被駆動体の駆動方向とが略一致するようにそれぞれの部材を配設すれば、被駆動体の駆動が容易になる。
【００１３】
本発明では、前記振動板は、略矩形板状に形成され、前記圧電素子の長辺の長さを１とすると短辺の長さは０．２７４以上であり、かつ、前記一次の縦振動と前記二次の屈曲振動との振動比は、前記一次の縦振動の共振振動数に対する前記二次の屈曲振動の共振周波数の比が１．００よりも大きく１．０３よりも小さくなるように設定されていることが望ましい。
この発明によれば、一次の縦振動および二次の屈曲振動の共振周波数が互いに近接しているので、これらの共振周波数近傍で圧電素子を振動させると、一次の縦振動および二次の屈曲振動が同時に現れ易くなり、圧電アクチュエータの当接部は楕円軌道を描いて振動する。この楕円軌道によって当接部は被駆動体を押圧して駆動することが可能となる。この時、圧電素子は、一次の縦振動および二次の屈曲振動のそれぞれの共振点付近で励振されるので、それぞれの振動振幅が大きくなる。このことにより、当接部の楕円軌道の振幅も大きくなり、被駆動体を高効率で駆動することが可能となる。
ここで、当接部が設けられた圧電アクチュエータの短辺が０．２７４よりも小さい場合には、一次の縦振動の共振周波数が二次の屈曲振動の共振周波数よりも大きくなり、良好な楕円軌道を描くことができない。この時、一次の縦振動の共振周波数に対する二次の屈曲振動の共振周波数の比は１．００以下である。また、一次の縦振動の共振周波数に対する二次の屈曲振動の共振周波数の比が１．０３以上の場合には、一次の縦振動の共振点と二次の屈曲振動の共振点が離れてしまい、両振動の振幅を同時に良好にすることができない。
【００１４】
本発明の装置は、前述の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、前述の圧電アクチュエータを備えているので、前述のような効果を奏することができる装置の提供が可能になる。
【００１５】
【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２実施形態以降の実施形態において、第１実施形態と同一構成要件については、同一符号を付しその説明を省略もしくは簡略化する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１において、１は液体吐出装置であり、この液体吐出装置１は、内部に液体が流通するチューブ２と、このチューブ２を押圧するボール３と、このボール３をチューブ２上で転動させる被駆動体としてのロータ４と、ロータ４を回転駆動する圧電アクチュエータ５と、ボール３の転動軌跡を規定するリテーナ６とを備えている。また、これらの構成部品、つまりチューブ２の一部、ボール３、ロータ４、圧電アクチュエータ５、およびリテーナ６は、ケース部材７に収納されている。
【００１７】
図２には、液体吐出装置１のロータ４および圧電アクチュエータ５を含む側断面図が示されている。ケース部材７は、チューブ２が配置される基部７１と、基部７１の開口部分を覆う蓋部材７２とを備えている。基部７１および蓋部材７２には外周近傍にそれぞれ複数箇所（本実施形態では四箇所）の孔７１１，７２１が形成されている。これらの孔７１１，７２１には位置決めピン７３が貫通しており、これらの位置決めピン７３のうち対角線上の位置決めピン７３Ａが孔７１１，７２１に弱い圧入状態で嵌合されている。これにより、基部７１および蓋部材７２の接触面の面内方向の位置が規定され、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７１において蓋部材７２に対向する面の孔７１１近傍の端部には切欠７１２が形成されている。この切欠７１２により、基部７１および蓋部材７２が接触した時に両者の間に隙間が形成されている。
【００１８】
基部７１の蓋部材７２に対向する面の略中央には、チューブ２が配置されるチューブガイド溝７１３が形成されている。このチューブガイド溝７１３は、円弧状部分と、この円弧状部分の両端から基部７１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。チューブ２は、ケース部材７の外部からこのチューブガイド溝７１３に沿って配置され、再び外部へ配置されている。チューブガイド溝７１３の基部７１端部には、チューブ２がチューブガイド溝７１３に沿ってたるみなくセットされるように、ストッパ７１４がそれぞれ取り付けられている。
なお、チューブ２の材料は、シリコーンゴム、ポリウレタン、その他の弾性材料が採用できる。
ボール３は、複数（本実施形態では二つ）設けられ、チューブガイド溝７１３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２のチューブガイド溝７１３に当接される側とは反対側に配置されている。
【００１９】
ロータ４は、環状に形成されており、ステンレス鋼や、鉄、アルミニウム、その他の材料で構成されている。なおロータ４の材料は、耐摩耗性を考慮して鉄で構成された部品にニッケルリンの無電解めっきを施して硬化処理を行ったものを採用してもよい。このロータ４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４１が圧入されている。ブッシュ４１は、蓋部材７２に固定されたロータ軸７４に回転可能に支持されており、ブッシュ４１の中心は、蓋部材７２においてチューブガイド溝７１３の円弧状部分の中心位置に対応する位置に配置されている。
【００２０】
また、ロータ軸７４の内周には、断面略三角形状のツメ部７４１が形成され、このツメ部７４１には四つ割ピン７５が係合されている。これにより、四つ割ピン７５は、基部７１と蓋部材７２とを近接させた位置で維持している。
ロータ４のボール３に対向する面には押圧ゴム４２が設けられ、ボール３に当接されている。また、ロータ４の側面には凹部４３が形成されている。ここで、ロータ４とチューブガイド溝７１３との距離は、ボール３の直径とチューブ２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３はロータ４の押圧ゴム４２でチューブ２側に押し付けられ、チューブ２がチューブガイド溝７１３の形状に沿って押しつぶされるようになっている。
【００２１】
リテーナ６は、ロータ４と基部７１との間に回転可能に設けられ、リング状に形成されている。リテーナ６の内周側は基部７１に環状に設けられた突起７６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６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６１が等間隔に形成されている。これらのボール保持部６１のうち、対向する二つにボール３が配置されている。また、リテーナ６の外周には、凸部６２が形成されており、リテーナ６の側面にはこの凸部６２の通過を検出する回転検出手段６３が設けられている。この回転検出手段６３は、検出端子６３１，６３２と、屈曲部分６３３を有する板ばね６３４と、検出端子６３１および検出端子６３２が板ばね６３４を介して電気的に接続されたときに作動する図示しない検知装置とが設けられている。検出端子６３１は、図１における基部７１の右側面近傍に設けられている。検出端子６３２は、基部７１の下側面近傍に設けられている。板ばね６３４は、屈曲部分６３３が凸部６２の回転軌道上に位置するように、かつ、板ばね６３４の一端側部分が検出端子６３２に接触しないように、検出端子６３１に取り付けられている。
【００２２】
圧電アクチュエータ５は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、振動板５１と、駆動回路５２と、検出制御回路５３とを備えている。
振動板５１は、矩形平板状に形成された補強板５１１と、この補強板５１１の表裏両面に設けられた矩形平板状の圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂとを備えている。
【００２３】
補強板５１１は、ステンレス鋼、その他の材料から構成され、略矩形状に形成されている。また、補強板５１１の対角方向両端には、同一形状を有する当接部５１３および凸部５１４がそれぞれ一体的に形成されている。このように補強板５１１の対角位置に当接部５１３および凸部５１４を設け、振動板５１として非対称の形状とすることにより、圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂを長手方向に沿って伸縮させたときに、振動板５１は、一次の縦振動に加えて、重量アンバランスによる二次の屈曲振動が励振される。このとき、当接部５１３は、一次の縦振動と二次の屈曲振動とを組み合わせた楕円軌道を描いて振動する（図３（Ａ）参照）。この当接部５１３は、この当接部５１３が振動しロータ４の凹部４３（図２）に当接されたときに、前記楕円軌道の方向とロータ４の回転方向とが略一致するように配設されている。補強板５１１の長手方向略中央には、当該長手方向に直交するように支持部としての取付部５１５Ａ，５１５Ｂが一体的に形成されている。
【００２４】
圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂは、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ（登録商標））、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種材料により形成されている。これら圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂの両面には、図示しないニッケルメッキおよび金メッキによるメッキ層が形成されている。これら圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂの寸法や厚さは、前記一次の縦振動の共振周波数に対する前記二次の共振周波数の比が、１．００よりも大きく１．０３よりも小さくなるように設定されている。また、圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂの長辺の長さを１としたときに短辺の長さが、０．２７４となるように形成されている。
圧電素子５１２Ａは、補強板５１１の蓋部材７２側の面（図３（Ｂ）における上側の面）に接着されている。この圧電素子５１２Ａの表面には、前記メッキ層を溝５１６で分割することにより、略矩形板状の変位検出電極５１７Ａと、この変位検出電極５１７Ａを除いた略Ｌ字板状の駆動電極５１８Ａとが形成されている。変位検出電極５１７Ａは、取付部５１５Ａ側の長辺に沿ってかつ長手方向略中央から当接部５１３側と反対側の端部（凸部５１４側の端部）にかけて設けられている。この変位検出電極５１７Ａは、検出制御回路５３と電気的に接続されている。そして、駆動電極５１８Ａは、駆動回路５２と電気的に接続されている。
圧電素子５１２Ｂは、補強板５１１の基部７１側の面（図３（Ｂ）における下側の面）に接着されている。この圧電素子５１２Ｂの表面全体には、前記メッキ層により矩形状の駆動電極５１８Ｂが形成されている。この駆動電極５１８Ｂは、駆動回路５２と電気的に接続されている。
このように変位検出電極５１７Ａを、取付部５１５Ａに対して当接部５１３と反対側に配設することにより、接触振動が変位検出電極５１７Ａに直接伝わらないようにしている。
【００２５】
図４には、振動板５１の取付構造を表す側断面図が示されている。振動板５１は、図１，図２および図４に示すように、この振動板５１をロータ４側に付勢する腕部本体５４１と、この腕部本体５４１を支持する支持板５４２とにより支持されている。振動板５１の取付部５１５Ａは、腕部本体５４１を介して支持板５４２にねじ５４３，５４４によって二箇所で固定されている。また取付部５１５Ｂは、腕部本体５４１と同じ厚さのスペーサを介して支持板５４２にねじ５４５によって固定されている。そして、腕部本体５４１および支持板５４２は、蓋部材７２にねじ５４６で回転可能に固定されている。腕部本体５４１には、振動板５１が支持された側とは反対側の一端に略Ｕ字形の弾性部５４７が一体的に形成されている。この弾性部５４７は先端が係止部材５４８によって蓋部材７２に係止されている。この弾性部５４７は、ねじ５４６を中心に振動板５１を付勢しており、これによって振動板５１の当接部５１３はロータ４の凹部４３に適切な付勢力で押し付けられている。
【００２６】
駆動回路５２は、駆動電極５１８Ａ，５１８Ｂに電圧を印加して、振動板５１を振動させるものである。この駆動回路５２から発せられる電圧の波形は、特に限定されず、たとえばサイン波、矩形波、台形波などを用いることができる。
検出制御回路５３は、変位検出電極５１７Ａからの検出電圧を検出することで振動板５１の振動を検出するとともに、前記検出電圧の振幅が最大となるように駆動回路５２から発せられる電圧の周波数を制御するものである。
【００２７】
このような液体吐出装置１は、次のように動作する。
まず、駆動回路５２によって駆動電極５１８Ａ，５１８Ｂに電圧を印加すると、圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂが伸縮する。すると、前述した重量アンバランスにより、振動板５１には一次の縦振動と二次の屈曲振動との複合振動が励振され、当接部５１３は楕円軌道を描いて振動する。この楕円軌道の一部で当接部５１３がロータ４の側面（凹部４３）を押すことにより、ロータ４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４を所定の回転数で回転させる。
このロータ４の回転数は、駆動電極５１８Ａ，５１８Ｂに印加される電圧の周波数を調整することで調整されている。具体的には、振動板５１が振動すると、この振動に伴い変位検出電極５１７Ａが変形し、変位検出電極５１７Ａには、この変形に伴う圧電効果により検出電圧が生じる。この検出電圧が検出制御回路５３に入力されると、検出制御回路５３は、入力された検出電圧の振幅が最大となるように駆動回路５２を制御し、駆動電極５１８Ａ，５１８Ｂに印加される電圧の周波数を調整する。このように駆動回路５２から発せられる電圧の周波数を、検出電極に応じて検出制御回路５３で調整することにより、ロータ４の回転数を調整している。
【００２８】
圧電アクチュエータ５によってロータ４が回転すると、押圧ゴム４２に押圧されているボール３は摩擦によってチューブ２を押しつぶしながら転動する。これによって、チューブ２内の二つのボール３に挟まれた流体が移動する。一方のボール３がチューブガイド溝７１３の円弧状部分の端部まで移動すると、チューブ２は直線部分に沿ってケース部材７の外部に向かい、一方ボール３は押圧ゴム４２とともにロータ軸７４を中心に回転を続けるので、チューブ２の押圧が解除される。この状態で、もう一方のボール３が転動しながら液体を円弧状部分に沿って押し出し、これによってチューブ２から液体が吐出される。一方のボール３はその間に再び円弧状部分上に配置され、チューブ２を押しつぶして、もう一方のボール３とで挟まれた液体を移動させる。これを繰り返すことによってチューブ２内の液体を連続で吐出させる。
ボール３は、その転動にともなってボール保持部６１を押し、これによってリテーナ６が回転する。この際、回転検出手段６３はリテーナ６の凸部６２の通過を検知しボール３の回転数を検知する。具体的には、リテーナ６が回転し凸部６２が検出端子６３２近傍を通過するときに、凸部６２と板ばね６３４の屈曲部分６３３とが接触し、板ばね６３４が弾性変形する。そして、この弾性変形により板ばね６３４と検出端子６３２とが接触すると、検出端子６３１と検出端子６３２とが板ばね６３４を介して電気的に接続され、図示しない検知装置が作動しボール３の回転数が検知される。
【００２９】
液体吐出装置１を使用しない時には、四つ割ピン７５とツメ部７４１との係合を外せば、チューブ２の圧閉が解除される。なお、例えば位置決めピン７３の基部７１への嵌合が強く、チューブ２および押圧ゴム４２の弾性力で蓋部材７２が基部７１から離間しない場合には、切欠７１２に爪やドライバなどをあてて蓋部材７２と基部７１とを離間させると簡単に離間させることができる。
【００３０】
このような第１実施形態によれば、以下に示すような効果がある。
（１）液体吐出装置１に用いられている圧電アクチュエータ５の変位検出電極５１７Ａは、取付部５１５Ａ，５１５Ｂに対して当接部５１３の反対側の位置に設けられているので、当接部５１３がロータ４に接触するときの接触振動が、変位検出電極５１７Ａに直接伝わることがなく、変位検出電極５１７Ａに、振動板５１の振動に伴う圧電効果による検出電圧のみを生じさせることができる。また、振動板５１の変位検出電極５１７Ａが設けられた部分は、取付部５１５Ａ，５１５Ｂに対して当接部５１３が設けられた側と反対側であるため、当接部５１３のロータ４への接触等により、振動板５１の変位検出電極５１７Ａが設けられた部分の変形が抑えられることがなく、変位検出電極５１７Ａに、本来の振動板５１の振動に伴う圧電効果による検出電圧を生じさせることができる。
以上のことから、検出電圧を正確に検出できるので、振動板５１の振動を正確に検出できる。
【００３１】
（２）振動板５１は矩形板状とされ、当接部５１３および凸部５１４が振動板５１の長手方向の一端に設けられているので、振動板５１に縦振動を励振させる電圧を印加したときに、振動板５１の重量アンバランスにより、振動板５１の振動を縦振動と屈曲振動との複合振動にすることができる。
【００３２】
（３）振動板５１の振動は、一次の縦振動と二次の屈曲振動との複合振動であるので、当接部５１３を楕円軌道を描いて振動させることができる。そして、この当接部５１３は、振動しロータ４の凹部４３（図２）に当接されたときに、前記楕円軌道の方向とロータ４の回転方向とが略一致するように配設されているので、ロータ４を容易に回転させることができる。
【００３３】
（４）圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂの寸法や厚さは、前記一次の縦振動の共振周波数に対する前記二次の屈曲振動の共振周波数の比が、１．００よりも大きく１．０３よりも小さくなるように設定され、かつ、圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂの長辺の長さを１としたときに短辺の長さが０．２７４となるように形成されているので、前記一次の縦振動および前記二次の屈曲振動の共振周波数近傍で圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂを振動させると、これら圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂを、前記一次の縦振動および前記二次の屈曲振動のそれぞれの共振点付近で励振させることができ、それぞれの振動振幅を大きくできる。したがって、当接部５１３の楕円軌道の振幅も大きくなるので、ロータ４を高効率で駆動させることができる。
【００３４】
（５）変位検出電極５１７Ａを複数設けずに１つだけ設けたので、配線を少なくすることができコストダウンを図ることができる。
【００３５】
［第２実施形態］
図５（Ａ），（Ｂ）には、液体吐出装置１に用いられる第２実施形態の振動板８１が示されている。この振動板８１は、略矩形平板状に形成された補強板５１１と、この補強板５１１の表裏両面に設けられた平板状の圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂとを備えている。
圧電素子５１２Ａの表面には、メッキ層を溝８１６で分割することにより略矩形板状の変位検出電極８１７Ａと、略Ｕ字板状の駆動電極８１８Ａとが形成されている。変位検出電極８１７Ａは、第１実施形態の変位検出電極５１７Ａよりも小さく形成されており、取付部５１５Ａ側の長辺に沿った取付部５１５Ａと凸部５１４側の端部との略中央に設けられている。この変位検出電極８１７Ａは、検出制御回路５３と電気的に接続されている。そして、駆動電極８１８Ａは、駆動回路５２と電気的に接続されている。
圧電素子５１２Ｂの表面には、メッキ層を溝８１６で分割することにより略矩形板状の変位検出電極８１７Ｂと、略Ｕ字板状の駆動電極８１８Ｂとが形成されている。変位検出電極８１７Ｂは、紙面上方から見て変位検出電極８１７Ａと同じ平面位置に設けられている。この変位検出電極８１７Ｂは、検出制御回路５３と電気的に接続されている。そして、駆動電極８１８Ｂは、駆動回路５２と電気的に接続されている。
【００３６】
このような振動板８１を備えた液体吐出装置１のロータ４の回転数は、次のように調整される。
振動板８１が振動すると、この振動に伴い変位検出電極８１７Ａ，８１７Ｂが変形し、これら変位検出電極８１７Ａ，８１７Ｂには圧電効果により検出電圧が生じる。これらの検出電圧が検出制御回路５３に入力されると、検出制御回路５３は、これらの検出電圧を重ね合わせたものの振幅が最大となるように、駆動電極８１８Ａ，８１８Ｂに印加される電圧の周波数を調整する。
【００３７】
このような第２実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（４）の効果に加え、以下に示す効果がある。
（６）圧電素子５１２Ｂの表面における、紙面上方から見て圧電素子５１２Ａの変位検出電極８１７Ａと同じ平面位置に、変位検出電極８１７Ｂを設けたので、振動板８１が振動したときの変位検出電極８１７Ａの変形量と、変位検出電極８１７Ｂの変形量とを等しい量とすることができる。したがって、変位検出電極８１７Ａ，８１７Ｂに生じる検出電圧の波形を等しくすることができるので、これらの検出電圧を重ね合わせることにより、検出電圧の振幅量は２倍になり検出電圧の検出を容易にできる。
【００３８】
（７）変位検出電極８１７Ａ，８１７Ｂは、第１実施形態の変位検出電極５１７Ａよりも小さく形成されているとともに、取付部５１５Ａ側の長辺に沿った取付部５１５Ａと凸部５１４側の端部との略中央つまり振動板５１の二次の屈曲振動の腹近傍に設けられている。したがって、変位検出電極８１７Ａ，８１７Ｂには、振動板５１の変形が最も著しい前記二次の屈曲振動の腹近傍の振動に伴う検出電圧が生じるので、変位検出電極８１７Ａ，８１７Ｂの大きさが小さくても十分な検出電圧を得ることができるとともに、小さくなることで当接部５１３からもより離間することになり、ノイズを載り難くすることができる。
【００３９】
［第３実施形態］
図６には、液体吐出装置１に用いられる第３実施形態の振動板８２が示されている。この振動板８２は、略矩形平板状に形成された補強板５１１と、この補強板５１１の表裏両面に設けられた平板状の圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂとを備えている。
圧電素子５１２Ａの表面には、メッキ層を溝８２６で分割することにより略矩形板状の変位検出電極８２７Ａと、略Ｚ字板状の駆動電極８２８Ａと、変位検出電極８２７Ａと同一形状を有する疑似電極８２９Ａとが形成されている。変位検出電極８２７Ａは、第１実施形態の変位検出電極５１７Ａと略同一位置に設けられている。疑似電極８２９Ａは、当該表面の略中心を挟んで変位検出電極８２７Ａと対称位置（点対称）に設けられている。
圧電素子５１２Ｂの表面全体には、略矩形状の駆動電極８２８Ｂが形成されている。
このような振動板８２を備えた液体吐出装置１のロータ４の回転数の調整方法は、第１実施形態のそれと同様なので説明を省略する。
【００４０】
このような第３実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（５）の効果に加え、以下に示す効果がある。
（８）圧電素子５１２Ａの表面に、当該表面の略中心を挟んで変位検出電極８２７Ａと対称位置に疑似電極８２９Ａを設けたので、駆動電極８２８Ａの形状を前記略中心を挟んで対称の形状にできる。したがって、振動板８２を当該表面の略中心を挟んで対称に振動させることができる。また、縦振動と屈曲振動との複合振動を確実に実現できる。
【００４１】
［第４実施形態］
図７には、液体吐出装置１に用いられる第４実施形態の振動板８３が示されている。この振動板８３は、略矩形平板状に形成された補強板５１１と、この補強板５１１の表裏両面に設けられた平板状の圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂとを備えている。
圧電素子５１２Ａの表面には、メッキ層を溝８３６で分割することにより略矩形板状の変位検出電極８３７Ａと、略Ｚ字板状の駆動電極８３８Ａと、変位検出電極８３７Ａと同一形状を有する疑似電極８３９Ａとが形成されている。変位検出電極８３７Ａは、第２実施形態の変位検出電極８１７Ａと略同一位置に設けられている。疑似電極８３９Ａは、当該表面の略中心を挟んで変位検出電極８３７Ａと対称位置（点対称）に設けられている。
圧電素子５１２Ｂの表面には、メッキ層を溝８３６で分割することにより変位検出電極８３７Ｂと、駆動電極８３８Ｂと、疑似電極８３９Ｂとが形成されている。変位検出電極８３７Ｂおよび疑似電極８３９Ｂは、紙面上方から見て変位検出電極８３７Ａおよび疑似電極８３９Ａと同じ平面位置に設けられている。
このような第４実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（４）の効果に加え、第２実施形態の（６），（７）および第３実施形態の（８）の効果を一度に奏することができる。
【００４２】
なお、本発明は前記実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を達成できるものであれば、次に示すような変形形態も適用されるものである。
たとえば、第１および第３実施形態では、補強板５１１の両面に圧電素子５１２Ａ，５１２Ｂを設けていたが、圧電素子５１２Ｂを設けない構成にすれば、圧電アクチュエータ５の材料コストを削減できる。
第２実施形態の変位検出電極８１７Ｂや第４実施形態の変位検出電極８３７Ｂを、検出制御回路５３に接続せずに疑似電極としての機能を持たせても良い。
第１実施形態の振動板５１に設けられた変位検出電極５１７Ａを、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、楕円形状、半円形状、三角形状等任意の形状に形成して良い。また、第２実施形態の変位検出電極、第３および第４実施形態の変位検出電極および疑似電極についても、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すような形状にして良い。
圧電アクチュエータ５では、振動板５１に２つの取付部５１５Ａ，５１５Ｂを設けたが、取付部に対して当接部の反対側の位置に変位検出電極が設けられる構成ならば、どちらか一方のみだけを設ける構成にしても良い。
圧電アクチュエータ５の形状を略矩形板状としたが、この形状に限らず他の形状としても良い。また、圧電素子の形状を他の形にしても良い。
本発明の構成を、重量アンバランスにより、当接部５１３が楕円軌道を描いて振動する圧電アクチュエータ５に適用したが、たとえば図８（Ｄ）に示すように、振動板８４の短辺の略中央に当接部８４３を設け、圧電素子５１２Ａの表面にメッキ層を溝８４６で分割することにより、変位検出電極８４７Ａと、３つの駆動電極８４８Ａと、疑似電極８４９Ａとを形成し、各駆動電極８４８Ａの配置パターンにより当接部８４３が楕円軌道を描いて振動するような圧電アクチュエータ５に適用しても良い。
本発明の圧電アクチュエータは、液体吐出装置１に限らず、時計のカレンダー駆動部、指針の駆動部、ファンモータ、ピンアクチュエータなど、様々な装置に適用できる。
【００４３】
本発明を実施するための最良の構成、方法等は、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、材質等を限定した記載は、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、材質等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。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、振動板の振動を検出する変位検出電極は、振動板の一方の表面の支持部に対して当接部の反対側の位置に設けられているので、変位検出電極に、本来の振動板の振動に伴う圧電効果による検出電圧を生じさせることができる。したがって、検出電圧を正確に検出できるので、振動板の振動を正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液体吐出装置の平面図。
【図２】第１実施形態に係る液体吐出装置の側断面図。
【図３】第１実施形態に係る圧電アクチュエータを示す図。
【図４】第１実施形態に係る液体吐出装置の側断面図。
【図５】第２実施形態に係る圧電アクチュエータを示す図。
【図６】第３実施形態に係る圧電アクチュエータを示す図。
【図７】第４実施形態に係る圧電アクチュエータを示す図。
【図８】本発明の圧電アクチュエータの変形例を示す図。
【符号の説明】
１…液体吐出装置（装置）、４…ロータ（被駆動体）、５…圧電アクチュエータ、５１…振動板、５１２Ａ，５１２Ｂ…圧電素子、５１３…当接部、５１５Ａ，５１５Ｂ…取付部（支持部）、５１７Ａ，８１７Ａ，８１７Ｂ，８２７Ａ，８３７Ａ，８３７Ｂ，８４７Ａ…変位検出電極、８２９Ａ，８３９Ａ，８３９Ｂ，８４９Ａ…疑似電極。

Claims (8)

1. 被駆動体に当接される当接部および電圧が印加される圧電素子を有する振動板と、この振動板を支持する支持部とを備えた圧電アクチュエータであって、前記振動板の一方の表面には、前記支持部に対して前記当接部の反対側の位置に前記振動板の振動を検出する変位検出電極が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電素子は、前記振動板の一方の平面に設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板の他方の表面には、平面的に見て前記変位検出電極に重なる位置に別の変位検出電極または前記変位検出電極と略同一形状の疑似電極が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板の一方または両方の表面には、当該表面の略中心を挟んで前記変位検出電極および前記疑似電極と対称位置に別の疑似電極が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板は略矩形板状に形成され、前記当接部は前記振動板の隅部近傍に設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板の振動は、一次の縦振動と二次の屈曲振動との複合振動であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
7. 請求項６に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板は、略矩形板状に形成され、前記圧電素子の長辺の長さを１とすると短辺の長さは０．２７４以上であり、かつ、前記一次の縦振動と前記二次の屈曲振動との振動比は、前記一次の縦振動の共振振動数に対する前記二次の屈曲振動の共振周波数の比が１．００よりも大きく１．０３よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする装置。

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