JP2005073341A - Piezoelectric actuator and device equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子を繰り返し変位させることによって振動させ、この振動により移動体を移動させる圧電アクチュエータおよびこの圧電アクチュエータを備えた装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator that vibrates by repeatedly displacing a piezoelectric element and moves a moving body by the vibration, and an apparatus including the piezoelectric actuator.
従来より圧電素子に繰り返し電圧を印加することによって圧電素子を振動させ、この振動によって移動体を移動させる、いわゆる圧電アクチュエータが開発されている。このような圧電アクチュエータとしては、圧電素子側面に突起が設けられているものがある(例えば特許文献1)。この圧電アクチュエータでは、板状の圧電素子側面に突起が接着されており、この突起を移動体に接触させて、移動体と突起との摩擦力によって移動体を移動させる。このような構成によれば、移動体に対しては突起が接触するため圧電素子の摩耗が防止され、長期間の使用によっても圧電素子の形状変化を防止でき、安定した振動を得ることができる。 Conventionally, a so-called piezoelectric actuator has been developed in which a piezoelectric element is vibrated by repeatedly applying a voltage to the piezoelectric element, and a moving body is moved by the vibration. As such a piezoelectric actuator, there is one in which a protrusion is provided on a side surface of the piezoelectric element (for example, Patent Document 1). In this piezoelectric actuator, a protrusion is bonded to the side surface of the plate-like piezoelectric element, the protrusion is brought into contact with the moving body, and the moving body is moved by the frictional force between the moving body and the protrusion. According to such a configuration, since the protrusion comes into contact with the moving body, wear of the piezoelectric element is prevented, and the shape change of the piezoelectric element can be prevented even when used for a long period of time, and stable vibration can be obtained. .
しかしながら、その一方で、圧電素子はセラミックスなどの脆性材料で構成されているため、耐衝撃性に劣るという欠点がある。そこで、昨今では圧電素子の脆性を補強するために、圧電素子に振動板を固定したものが提案されている(例えば特許文献2)。この圧電アクチュエータでは、板状の圧電素子にリン青銅などで構成された振動板が固定されている。振動板には、圧電素子の平面方向に突出する突起が一体的に形成されており、この突起を移動体に当接することで、移動体と突起との摩擦力によって移動体を移動させる。このような構成によれば、振動板が圧電素子の脆性を補強しながら圧電素子の振動を突起に伝達するので、突起が良好に振動して移動体を移動させる。 However, on the other hand, since the piezoelectric element is made of a brittle material such as ceramics, it has a drawback of being inferior in impact resistance. Therefore, in recent years, in order to reinforce the brittleness of the piezoelectric element, a structure in which a diaphragm is fixed to the piezoelectric element has been proposed (for example, Patent Document 2). In this piezoelectric actuator, a diaphragm made of phosphor bronze or the like is fixed to a plate-like piezoelectric element. The diaphragm is integrally formed with a protrusion protruding in the planar direction of the piezoelectric element, and the moving body is moved by the frictional force between the moving body and the protrusion by contacting the protrusion with the moving body. According to such a configuration, the vibration plate transmits vibrations of the piezoelectric element to the protrusion while reinforcing the brittleness of the piezoelectric element, so that the protrusion vibrates well and moves the moving body.
しかしながらこのような圧電アクチュエータでは、圧電素子の振動を阻害せず突起に良好に振動を伝達させるため、振動板がリン青銅などの比較的軟らかい材料で構成されている。このため、振動板に一体的に形成された突起が移動体との摩擦によって摩耗してしまい、圧電アクチュエータの耐久性を向上させることができない。 However, in such a piezoelectric actuator, the vibration plate is made of a relatively soft material such as phosphor bronze in order to transmit the vibration to the protrusion without hindering the vibration of the piezoelectric element. For this reason, the protrusion integrally formed on the diaphragm is worn by friction with the moving body, and the durability of the piezoelectric actuator cannot be improved.
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およびこれを備えた装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the piezoelectric actuator which can improve durability, and an apparatus provided with the same.
本発明の圧電アクチュエータは、圧電素子と、この圧電素子に固定された振動部材とを備え、圧電素子の振動によって移動体を移動させる圧電アクチュエータであって、振動部材には、移動体に当接される別体の当接部材が設けられ、この当接部材の少なくとも移動体に当接する当接面は、振動部材より高硬度に構成されていることを特徴とする。
この発明によれば、圧電素子に振動部材が固定されているので、圧電素子の脆性が補強され、耐衝撃性が向上する。また、振動部材と当接部材とが別体に設けられているので、振動部材と当接部材とを別々の材料で構成することが可能となる。この時、当接部材の少なくとも移動体への当接面は、振動部材より高硬度に構成されているので、当接部材の当接面の強度を良好に確保しながら、振動部材として圧電素子の振動を阻害しない材料を選択することが可能となる。したがって、振動部材が圧電素子の補強をしながら圧電素子の振動を良好に当接部材に伝達し、かつ当接部材は移動体との当接面での摩耗が防止されるので、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。
The piezoelectric actuator of the present invention is a piezoelectric actuator that includes a piezoelectric element and a vibration member fixed to the piezoelectric element, and moves the moving body by the vibration of the piezoelectric element. The vibration member is in contact with the moving body. A separate contact member is provided, and at least a contact surface of the contact member that contacts the moving body is configured to have higher hardness than the vibration member.
According to this invention, since the vibration member is fixed to the piezoelectric element, the brittleness of the piezoelectric element is reinforced and the impact resistance is improved. Further, since the vibration member and the contact member are provided separately, the vibration member and the contact member can be made of different materials. At this time, since at least the contact surface of the contact member to the moving body is configured to be harder than the vibration member, the piezoelectric element can be used as the vibration member while ensuring good strength of the contact surface of the contact member. It is possible to select a material that does not hinder the vibrations. Therefore, since the vibration member reinforces the piezoelectric element, the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the contact member well, and the contact member is prevented from being worn on the contact surface with the moving body. Durability is improved.
本発明では、当接部材は、圧電素子から突出して設けられ、当接部材の一部は、圧電素子および/または振動部材の面のうち、当接部材の突出方向にほぼ平行な面に固定されていることが望ましい。
この発明によれば、当接部材が圧電素子から突出して設けられているので、圧電アクチュエータが移動体に対して角度を有して配置されるような場合でも、圧電素子が移動体に接触することなく、当接部材が移動体に当接される。したがって、圧電アクチュエータの配置の自由度が高くなる。
また、当接部材の一部が突出方向にほぼ平行な圧電素子面および/または振動部材面に固定されているので、当接部材の圧電素子および/または振動部材への固定面積が広くなる。したがって当接部材に必要な固定力が確保され、これによっても圧電アクチュエータの耐久性が向上する。
ここで、突出方向にほぼ平行な面とは、突出方向と圧電素子および/または振動部材の面方向とがなす角度が、0°程度のことをいい、例えば突出方向に対して±30°以内の角度を有する面をいい、より望ましくは±15°以内、さらに望ましくは±10°以内の角度を有する面をいう。したがって、例えば圧電素子がブロック状の直方体に形成されて当接部材が任意の一面から直角に突出している場合では、突出方向とは当該任意の一面に対して直交する方向であり、突出方向にほぼ平行な圧電素子の面とは、当該任意の一面に隣接する面をいう。
In the present invention, the abutting member is provided so as to protrude from the piezoelectric element, and a part of the abutting member is fixed to a surface substantially parallel to the protruding direction of the abutting member among the surfaces of the piezoelectric element and / or the vibration member. It is desirable that
According to this invention, since the contact member is provided so as to protrude from the piezoelectric element, the piezoelectric element contacts the moving body even when the piezoelectric actuator is arranged at an angle with respect to the moving body. Without contact, the contact member contacts the moving body. Therefore, the degree of freedom of arrangement of the piezoelectric actuator is increased.
In addition, since a part of the contact member is fixed to the piezoelectric element surface and / or the vibration member surface substantially parallel to the protruding direction, the fixed area of the contact member to the piezoelectric element and / or the vibration member is widened. Accordingly, the fixing force necessary for the contact member is ensured, and this also improves the durability of the piezoelectric actuator.
Here, the surface substantially parallel to the protruding direction means that the angle formed between the protruding direction and the surface direction of the piezoelectric element and / or the vibration member is about 0 °, for example, within ± 30 ° with respect to the protruding direction. And more preferably within ± 15 °, and even more preferably within ± 10 °. Therefore, for example, when the piezoelectric element is formed in a block-shaped rectangular parallelepiped and the abutting member protrudes at a right angle from an arbitrary surface, the protruding direction is a direction perpendicular to the arbitrary surface, and the protruding direction The substantially parallel surface of the piezoelectric element refers to a surface adjacent to the one arbitrary surface.
本発明では、圧電素子、振動部材、および当接部材の少なくとも一つには、当接部材を圧電素子に対して位置決めする位置決め手段が設けられていることが望ましい。
この発明によれば、位置決め手段が設けられているので、当接部材が圧電素子に対して確実に位置決めされ、繰り返し移動体に当接されても当接部材の位置がずれるなどの不具合発生が防止される。また、位置決め手段によって当接部材の圧電素子に対する位置決めが簡単に行われるので、圧電アクチュエータの組立性が向上し、当接部材の組み付け位置のばらつきが抑制されて品質が安定する。
In the present invention, it is desirable that at least one of the piezoelectric element, the vibration member, and the contact member is provided with positioning means for positioning the contact member with respect to the piezoelectric element.
According to the present invention, since the positioning means is provided, the abutting member is reliably positioned with respect to the piezoelectric element, and even if the abutting member is repeatedly abutted against the movable body, the abutting member is displaced. Is prevented. Further, since the positioning member easily positions the contact member with respect to the piezoelectric element, the assembling property of the piezoelectric actuator is improved, the variation in the assembly position of the contact member is suppressed, and the quality is stabilized.
本発明では、当接部材の移動体への当接面の厚み寸法は、振動部材の厚み寸法よりも大きく形成されていることが望ましい。
この発明によれば、当接部材の当接面の厚み寸法が、振動部材の厚み寸法よりも大きく形成されているので、圧電素子の振動を阻害しない振動部材の適切な厚みを確保しながら、かつ当接面の厚みを大きくすることが可能となる。これにより、当接部材の移動体への当接面積が増加し、移動体の駆動が安定するとともに、当接部材の摩耗が減少して圧電アクチュエータの耐久性が向上する。
ここで、当接部材および振動部材の厚み寸法とは、振動部材において圧電素子に固定された面に直交する方向の寸法を意味する。
In the present invention, it is desirable that the thickness dimension of the contact surface of the contact member to the moving body is larger than the thickness dimension of the vibration member.
According to this invention, since the thickness dimension of the contact surface of the contact member is formed larger than the thickness dimension of the vibration member, while ensuring an appropriate thickness of the vibration member that does not hinder the vibration of the piezoelectric element, In addition, the thickness of the contact surface can be increased. As a result, the contact area of the contact member with the moving body is increased, the drive of the moving body is stabilized, wear of the contact member is reduced, and the durability of the piezoelectric actuator is improved.
Here, the thickness dimension of the contact member and the vibration member means a dimension in a direction orthogonal to the surface of the vibration member fixed to the piezoelectric element.
本発明では、当接部材の厚み寸法が均一であることが望ましい。
この発明によれば、当接部材の厚み寸法が均一であるので、当接部材の形状が簡単となり、したがって当接部材の製造が簡単になる。また、当接部材の形状を加工するには、均一厚みの材料から単純に切り出したり、同一形状の棒状部材を所望の厚みに切断すればよいので材料の入手が簡単となり、製造コストが低減する。
In the present invention, it is desirable that the thickness dimension of the contact member is uniform.
According to this invention, since the thickness dimension of the contact member is uniform, the shape of the contact member is simplified, and therefore the manufacture of the contact member is simplified. Further, in order to process the shape of the abutting member, it is only necessary to simply cut out from a material having a uniform thickness, or to cut a bar-shaped member having the same shape to a desired thickness. .
本発明では、当接部材は、セラミックス、超硬合金、窒化処理が施された鋼材、または浸炭処理が施された鋼材で構成されていることが望ましい。
この発明によれば、当接部材の材料が適切に設定されているので、移動体への当接面の摩耗が良好に防止され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。ここで、これらの材料はヤング率が比較的大きいため、通常振動部材として使用すると圧電素子の振動を良好に伝達できない材料である。したがって、これらの材料の選定は、当接部材および振動部材が別体に設けられていることにより可能となるものである。
In the present invention, it is preferable that the contact member is made of ceramics, cemented carbide, steel material subjected to nitriding treatment, or steel material subjected to carburizing treatment.
According to this invention, since the material of the contact member is set appropriately, the wear of the contact surface to the moving body is satisfactorily prevented, and the durability of the piezoelectric actuator is improved. Here, since these materials have a relatively high Young's modulus, they are materials that cannot normally transmit the vibration of the piezoelectric element when used as a vibration member. Therefore, these materials can be selected by providing the contact member and the vibration member separately.
本発明では、当接部材と振動部材とは、接着、ろう付、およびかしめのいずれか一つまたはこれらの組み合わせによって互いに固定されていることが望ましい。
この発明によれば、当接部材と振動部材とが適切な方法によって互いに固定されているので、当接部材および振動部材が確実に接合され、振動部材の振動が良好に当接部材に伝達される。また、これにより例えば移動体の移動に必要な駆動力が大きく、当接部材の移動体に対する摩擦力が大きい場合でも、当接部材が確実に振動部材に固定されているので、当接部材が損傷することなく移動体に接触し、振動部材の振動を良好に移動体に伝達して移動体を移動させる。
In the present invention, it is desirable that the contact member and the vibration member are fixed to each other by any one of adhesion, brazing, and caulking, or a combination thereof.
According to this invention, since the contact member and the vibration member are fixed to each other by an appropriate method, the contact member and the vibration member are securely joined, and the vibration of the vibration member is transmitted to the contact member satisfactorily. The In addition, for example, even when the driving force necessary for moving the moving body is large and the frictional force of the abutting member against the moving body is large, the abutting member is securely fixed to the vibration member. The movable body is brought into contact with the movable body without being damaged, and the vibration of the vibrating member is transmitted to the movable body satisfactorily to move the movable body.
本発明では、圧電素子および振動部材は板状に形成され、圧電素子は、振動部材の両面に固定され、振動部材の厚み寸法は、当接部材の前記圧電素子間に配置される部分の厚み寸法より大きいことが望ましい。
この発明によれば、圧電素子および振動部材が板状に形成されているので、圧電素子および振動部材が平面方向に振動する。したがって、当接部材が圧電素子の平面方向に振動することにより、移動体を当該平面方向に移動させることが可能となる。
In the present invention, the piezoelectric element and the vibration member are formed in a plate shape, the piezoelectric element is fixed to both surfaces of the vibration member, and the thickness dimension of the vibration member is the thickness of the portion of the contact member disposed between the piezoelectric elements. Desirably larger than the dimensions.
According to this invention, since the piezoelectric element and the vibration member are formed in a plate shape, the piezoelectric element and the vibration member vibrate in the plane direction. Therefore, when the contact member vibrates in the plane direction of the piezoelectric element, the moving body can be moved in the plane direction.
また、圧電素子が振動部材の両面に固定されているので、両面の圧電素子を同時に振動させれば圧電素子の振動挙動が振動部材を挟んで対称となり、圧電アクチュエータ全体が圧電素子の平面方向に平行な平面内で振動軌跡を描く。したがって、当接部材が圧電素子の平面方向に平行な平面内で振動し、当該方向に対する駆動力伝達効率が良好となる。
さらに、板状の振動部材の両面に圧電素子が配置されているので、当接部材も両面の圧電素子に挟持されるように配置される。この時、振動部材の厚み寸法は、圧電素子間に配置された当接部材の厚み寸法より大きいので、圧電素子が当接部材に阻害されることなく振動部材に良好に接続される。したがって、圧電素子の振動が良好に振動部材に伝達されて当接部材が良好に振動し、移動体の駆動効率が良好となる。
In addition, since the piezoelectric elements are fixed on both surfaces of the vibration member, if the piezoelectric elements on both surfaces are simultaneously vibrated, the vibration behavior of the piezoelectric elements becomes symmetrical across the vibration member, and the entire piezoelectric actuator is in the plane direction of the piezoelectric elements. Draw a vibration trajectory in a parallel plane. Therefore, the contact member vibrates in a plane parallel to the plane direction of the piezoelectric element, and the driving force transmission efficiency in the direction becomes good.
Furthermore, since the piezoelectric elements are disposed on both surfaces of the plate-like vibration member, the contact member is also disposed so as to be sandwiched between the piezoelectric elements on both surfaces. At this time, since the thickness dimension of the vibration member is larger than the thickness dimension of the contact member disposed between the piezoelectric elements, the piezoelectric element is satisfactorily connected to the vibration member without being obstructed by the contact member. Therefore, the vibration of the piezoelectric element is satisfactorily transmitted to the vibration member, the contact member vibrates well, and the driving efficiency of the moving body is improved.
本発明では、当接部材と移動体との間にはトラクションオイルが介在されていることが望ましい。
この発明によれば、当接部材と移動体との間にトラクションオイルが介在されているので、当接部材と移動体とがこのオイルにおいて接触し、互いの接触面積が低減する。したがって、当接部材の摩擦力が低減され、摩耗がより一層防止されるので圧電アクチュエータの耐久性がより一層向上する。
ここで、トラクションオイルとは、トラクション係数を高めた潤滑剤である。圧力−粘度係数が高く、圧力が作用すると硬化し、圧力が解除されると軟化する性質を有している。
In the present invention, it is desirable that traction oil be interposed between the contact member and the moving body.
According to this invention, since the traction oil is interposed between the abutting member and the moving body, the abutting member and the moving body are in contact with each other in this oil, and the mutual contact area is reduced. Therefore, the frictional force of the contact member is reduced and wear is further prevented, so that the durability of the piezoelectric actuator is further improved.
Here, the traction oil is a lubricant having an increased traction coefficient. The pressure-viscosity coefficient is high, and it has the property of hardening when pressure is applied and softening when pressure is released.
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、装置が前述の圧電アクチュエータを備えているので、前述と同様の効果を奏することができ、圧電アクチュエータおよび装置の耐久性が向上する。このような装置は、例えば液体吐出装置や、駆動装置、玩具、時計など様々なものに適用でき、特に小型化を要する装置として適用するのに好適である。
The apparatus of the present invention includes the above-described piezoelectric actuator.
According to this invention, since the apparatus includes the above-described piezoelectric actuator, the same effects as described above can be obtained, and the durability of the piezoelectric actuator and the apparatus can be improved. Such a device can be applied to various devices such as a liquid discharge device, a drive device, a toy, a watch, and the like, and is particularly suitable for application as a device that requires downsizing.
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。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the second embodiment and later described below, the same reference numerals are given to the same components and components having the same functions as those in the first embodiment described below, and description thereof will be simplified or omitted.
〔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(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31と、このチューブ31を押圧するボール32と、このボール32をチューブ31上で転動させるロータ4(移動体)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32の転動軌跡を規定するリテーナ33とを備えている。また、これらの構成部品、つまりチューブ31の一部、ボール32、ロータ4、圧電アクチュエータ5、およびリテーナ33は、ケース部材2に収納されている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a plan view of a liquid ejection device (device) 11 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a side sectional view of the
In these FIG. 1 and FIG. 2, the
ケース部材2は、チューブ31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、外周近傍の複数箇所(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213,221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。
The
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31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31は、ケース部材2の外部から溝211Aに沿って配置され、孔211Bからケース部材2内部に入る。そしてチューブ31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31がチューブガイド溝211に沿ってたるみなくセットされるように、ストッパ212がそれぞれ取り付けられている。これらのストッパ212はチューブ31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31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32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31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。
In the
The
A plurality of balls 32 (two in the present embodiment) are provided, and come into contact with the
ロータ4は、ポリカーボネートやその他任意の材料で構成されて環状に形成され、外周には例えばアルミナなどの高硬度の材料で構成されたリング4Aが圧入されている。リング4A外周には断面円弧凹状の凹部43が形成されている。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が先端のつめ部分において係合されている。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4のボール32に対向する面には押圧ゴム42が設けられ、ボール32に当接されている。ここで、ロータ4とチューブガイド溝211との距離は、ボール32の直径とチューブ31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32はロータ4の押圧ゴム42でチューブ31側に押し付けられ、チューブ31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。
The rotor 4 is made of polycarbonate or any other material and is formed in an annular shape, and a
Further, a
A pressing
図3には、圧電アクチュエータ5の分解斜視図が示されている。この図3において、圧電アクチュエータ5は、略矩形平板状に形成された補強板(振動部材)51と、この補強板51の表裏両面に固定された略矩形平板状の圧電素子52と、圧電素子52から突出して設けられ、ロータ4に当接される当接部材54と、圧電素子52を振動可能に支持する支持板53とを備えている。また、圧電アクチュエータ5は、圧電素子52に所定周波数の電圧を印加する印加装置(図示せず)を備えている。
補強板51は、ビッカース硬度500HV、ヤング率210GPaのSUS301EHで構成され、厚み約0.1mm(公差±0.01mm)の板状に形成されている。補強板51の短辺において幅方向端部には、補強板51の長手方向に突出する略矩形状の凸部511が一体的に形成されている。補強板51において、凸部511とは対角線上反対側には、略半円形の凹部512が形成されている。また、補強板51の長さ方向略中央には、補強板51から突出する腕部51A,51Bが一体的に形成されている。
FIG. 3 shows an exploded perspective view of the
The reinforcing
圧電素子52は、補強板51の両面の略矩形状部分に設けられている。圧電素子52の材料は、特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT(登録商標))、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52の両面には、ニッケルおよび金などがめっき、スパッタ、蒸着等の方法によって形成されて電極が形成されている。これら両面の電極のうち、補強板51に対向する面の電極は、圧電素子52全面にわたって形成され、補強板51に接着などされることによって補強板51と導通している。また、圧電素子52表面の電極は、対角線上両端に略L字形の溝が設けられることによって、当該部分で電気的に絶縁され、中央に略Z字形の電極(駆動電極)520が形成されている。この駆動電極520および補強板51は、図示しないリード線などにより前述の印加装置に接続されている。
The
ここで、圧電素子52の寸法や、厚さ、電極の分割形態などは、圧電素子52に繰り返し電圧が印加された時に、圧電素子52が長手方向に伸縮する、いわゆる縦振動と、圧電素子52の平面中心に対して点対称に、面内で縦振動に直交する方向に屈曲する、いわゆる屈曲振動とが同時に現れるように適宜設定される。この時、縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数とは互いに近接するように設定されていることが望ましく、縦振動の共振周波数に対する屈曲振動の共振周波数の比は、1.00より大きく、1.03以下であることが望ましい。また、圧電素子52の長辺と短辺との長さ比は、長辺を1とすると短辺が0.274以上であることが望ましい。
Here, dimensions, thicknesses, electrode divisions, and the like of the
なお、圧電素子52の短辺が0.274よりも小さい場合には、縦振動の共振周波数が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、縦振動の共振周波数に対する屈曲振動の共振周波数の比は1.00以下である。また、縦振動の共振周波数に対する屈曲振動の共振周波数の比が1.03より大きい場合には、縦振動の共振点と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。
圧電素子52に印加される電圧の周波数は、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との間、より好ましくは反共振周波数と屈曲振動の共振周波数との間で両方の振動が良好に現れる周波数を適宜選択する。なお、圧電アクチュエータ5に印加される電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形波、台形波などを採用できる。
When the short side of the
The frequency of the voltage applied to the
当接部材54は、ビッカース硬度1600HV、ヤング率350〜380GPaのアルミナで構成され、ロータに当接される当接部541と、補強板51および圧電素子52に固定される固定部542とを備えている。
当接部541は、半径0.5mmの半円柱形に形成され、補強板51の厚み寸法より厚い0.3mmの厚みで形成されている。固定部542は、補強板51の凹部512に係合されるように半径0.5mmの半円柱形に形成されており、0.09mm(公差+0,−0.01mm)の厚みで形成されている。つまり、固定部542は、寸法公差を考慮した上で、補強板51の厚み以下となるように設定されている。
The
The
図4には、圧電アクチュエータ5の一部側断面図が示されている。この図4にも示されるように、固定部542は、二つの圧電素子52の間に介装され、補強板51の凹部512に案内されることにより圧電素子52の平面方向に対して位置決めされている。つまり、本実施形態においては、凹部512が、当接部材54を圧電素子52に対して位置決めする位置決め手段となっている。圧電素子52、補強板51、および当接部材54は互いに常温硬化型エポキシ系樹脂などで接着固定されている。
当接部541は、厚み方向(補強板51および圧電素子52の厚み方向に平行な方向)に対してロータ4側に凸となる略円弧状に湾曲しており、この湾曲面がリング4Aの凹部43に当接される当接面543となっている。このように、当接面543が断面略円弧凸状に、かつ凹部43が前述のように断面略円弧凹状に形成されることにより、いずれか一方がロータ4の回転軸方向にずれた場合にも、両者の係合が外れるのが防止されている。
FIG. 4 shows a partial side sectional view of the
The
支持板53は、補強板51の腕部51A,51Bを三箇所のねじ531,532,533でねじ止めしている。この支持板53は蓋部材22に固定具534で回転可能に支持されており、これにより圧電アクチュエータ5は蓋部材22に固定されている。また、腕部51Aと支持板53との間には略U字形の弾性部535が介装されている。この弾性部535は一端がねじ532,533および固定具534に固定され、また他端が係止部材536によって蓋部材22に係止されている。この弾性部535は、固定具534を中心に圧電アクチュエータ5を付勢しており、これによって圧電アクチュエータ5の当接部材54はリング4Aの凹部43に適切な付勢力で押し付けられている。
なお、図1においては、圧電アクチュエータ5は蓋部材22に支持されているが、説明の簡略化のため、蓋部材22の図示を省略し、圧電アクチュエータ5および支持板53のみを図示してある。
The
In FIG. 1, the
リテーナ33は、ロータ4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33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33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331が等間隔に形成されている。これらのボール保持部331のうち、対向する二つにボール32が配置されている。また、リテーナ33の外周には、凸部332が形成されており、リテーナ33の側面にはこの凸部332の通過を検出する回転検出手段333が設けられている。
The
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駆動電極520と補強板51との間に電圧を印加すると、駆動電極520が形成された部分の圧電素子52が長手方向に伸縮する、いわゆる縦振動を励振する。この時、駆動電極520は、略Z字形に形成されているため、圧電素子52が長手方向に沿った中心線に対して非対称に伸縮する。これにより、圧電素子52は、圧電素子52の平面中心に対して点対称に、面内で縦振動と直交する方向に屈曲する屈曲振動も励振することとなる。これらの縦振動および屈曲振動によって、圧電アクチュエータ5の当接部材54は略楕円軌道を描く。この楕円軌道の一部で当接部材54の当接面543がリング4Aの凹部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を所望の回転数で回転させる。
Such a
First, when a voltage is applied between the
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32は摩擦によってチューブ31を押しつぶしながら転動する。これによって、チューブ31内の二つのボール32に挟まれた液体が移動し、チューブ31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31内の液体を連続で吐出させる。
ボール32は、その転動にともなってボール保持部331を押し、これによってリテーナ33が回転する。この際、回転検出手段333はリテーナ33の凸部332の通過を検知し、ボール32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31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4および圧電アクチュエータ5とともに基部21から離間する。これにより、ボール32のチューブ31に対する押圧力が解除され、チューブ31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。
When the rotor 4 rotates, the
As the
When the
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) 補強板51と当接部材54とが別体で設けられているので、それぞれ機能に適した材料を別々に選定することができる。つまり、補強板51は、SUS301EHで構成されているのに対し当接部材54は、補強板51より高硬度なアルミナで構成されている。これにより、補強板51は圧電素子52の脆性を補いながら圧電素子52の振動を阻害せず、当接部材54はロータ4の凹部43に対して良好な耐摩耗性を確保できる。したがって、補強板51が圧電素子52の振動を当接部材54に良好に伝達できるとともに、圧電アクチュエータ5の耐衝撃性を向上させることができる。また当接部材54の摩耗を防止できるので圧電アクチュエータ5の耐久性を向上させることができる。
According to such a
(1) Since the reinforcing
(2) 圧電素子52および補強板51が板状に形成され、圧電素子52が補強板51の両面に設けられているので、圧電素子52が補強板51両側で同様に振動する。したがって、圧電アクチュエータ5全体が補強板51の面内に平行な方向に振動する。この時、圧電アクチュエータ5をロータ4の回転平面に平行な方向に配置しているので、当接部材54がロータ4を回転平面に平行な方向に押圧でき、ロータ4を良好な駆動効率で駆動することができる。
(2) Since the
(3) 当接部材54の固定部542が、二つの圧電素子52間に配置されて接着されているので、固定部542を圧電素子52平面に固定できる。したがって従来の圧電素子の側面に突起を接着した場合とは異なり、固定部542の圧電素子52への固定面積を大きく取ることができる。したがって当接部材54の保持力を向上させることができ、当接部材54を安定して固定できる。
(4) また、固定部542の厚み寸法は、公差を考慮した上で補強板51の厚み寸法より小さくなるように設定されているので、補強板51の両面に圧電素子52を貼設する場合に、圧電素子52が固定部542によって補強板51から浮くことなく、補強板51の貼設面全面に良好に密着できる。したがって、圧電素子52から補強板51へ振動を良好に伝達でき、ロータ4を効率よく駆動できる。
(3) Since the fixing
(4) Since the thickness dimension of the fixing
(5) 補強板51が凹部512による当接部材54の位置決め手段を備えているので、当接部材54を圧電素子52および補強板51に対して確実に位置決めできる。この時、凹部512が略半円凹状に形成されているので、当接部材54において圧電素子52の幅方向に対しても当接部材54を位置決めできる。また、当接部材54を当該幅方向に対して位置規制することにより当該方向に対しての保持力を高めることができる。
さらに、当接部材54を凹部512に当接して配置するだけで簡単に位置決めできるので、圧電アクチュエータ5の組立性を向上させることができる。
(5) Since the reinforcing
Furthermore, since the abutting
(6) 当接部541の厚み寸法が、補強板51の厚み寸法よりも大きく形成されているので、当接面543のロータ4に対する当接面積を大きく取ることができる。したがって当接面543における摩擦力が低下して、圧電アクチュエータ5の耐久性をより一層向上させることができる。
(7) 当接部材54がアルミナで構成されているので、適切な硬度を確保でき、当接面543の耐摩耗性を向上させることができ、圧電アクチュエータ5の耐久性を向上させることができる。
また、当接部材54と補強板51とが接着により互いに固定されているので、当接部材54の補強板51に対する適切な固定力を確保できる。
(6) Since the thickness dimension of the
(7) Since the
In addition, since the
〔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。
図5には、第二実施形態にかかる駆動装置12の平面図が示されている。この図5において駆動装置(装置)12は、圧電素子52を備えた圧電アクチュエータ5と、圧電アクチュエータ5の振動で回転する回転体(移動体)100と、圧電アクチュエータ5の回転体100に対する当接力を調整する当接力調整手段6とを備えている。圧電アクチュエータ5および当接力調整手段6は円盤状の固定体7に固定されており、この固定体7の外周には環状の回転体100が、周方向に等間隔で配置された複数のボール71を介して回転可能に設けられている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 shows a plan view of the
図6には、圧電アクチュエータ5の斜視図が示されている。この図6も示されるように、圧電アクチュエータ5は、略矩形平板状に形成された補強板(振動部材)51と、この補強板51の表裏両面に設けられた平板状の圧電素子52とを備えている。
補強板51は、第一実施形態と同様のSUS301EHで構成されているが、第一実施形態と異なり凸部511は形成されていない。補強板51の短辺の幅方向略中央には、凹部512が形成されている。
当接部材54は、ビッカース硬度1500HV、ヤング率700GPaの超硬H1(WC粒子径1μm、Co含有量10%の超硬合金)で構成されており、厚み0.09mm(公差+0,−0.01mm)、で直径1.0mmの円盤状に形成されている。当接部材54は、例えば直径1.0mmの棒材を適切な厚み(約0.09mm)で切断して厚み方向に研磨することにより、切断により生じたばりを取り除くとともに、回転体100に対する当接面543が厚み方向に対して回転体100に向かって円弧凸状となるように形成する。
FIG. 6 is a perspective view of the
The reinforcing
The abutting
図7には、圧電アクチュエータ5の一部側断面図が示されている。この図7にも示されるように、当接部材54の一部は、第一実施形態と同様に二つの圧電素子52の間に介装されて接着によって保持されている。このとき、当接部材54の略半円形部分は、凹部512内に配置されることにより、圧電素子52に対して位置決めされて固定された固定部542となっている。また、固定部542とは反対側の略半円形部分は、圧電素子52から突出する当接部541となっている。
当接部541は回転体100の内周に、当接面543において当接され、圧電アクチュエータ5の長手方向は、内周の接線方向にほぼ直角に(つまり回転体100の径方向に沿うように)配置されている。また、補強板51の長手方向略中央には、幅方向両側に腕部51Aが一体的に形成されている。腕部51Aは、補強板51からほぼ直角に突出しており、これらの端部にはそれぞれ孔513が穿設されている。
FIG. 7 shows a partial side sectional view of the
The
圧電素子52表面の電極は、溝によって互いに電気的に絶縁されて、長手方向に沿った中心線を軸として線対称に複数形成されている。つまり、圧電素子52の幅方向をほぼ三等分するように二本の溝55Aが形成され、これらの溝55Aで分割された三つの電極のうち両側の電極ではさらに長手方向をほぼ二等分するように溝55Bが形成されている。これらの溝55A,55Bにより、圧電素子52の表面には中央に電極52Aが形成され、またこの電極52Aの両側には対角線上両端をそれぞれ対とする電極52B,52Cが形成される。これらの電極52A,52B,52Cおよび補強板51は、それぞれリード線などによって固定体7に形成された孔(図示せず)を通って固定体7の反対側において印加装置に接続されている。なお、これらの電極52A,52B,52Cは、補強板51を挟んで設けられた表裏両方の圧電素子52に同様に設けられており、例えば電極52Aの裏面側には電極52Aが形成されている。
The electrodes on the surface of the
当接力調整手段6は、圧電アクチュエータ5を支持する支持部材56と、この支持部材56に一端が固定されたばね57と、ばね57の付勢力を調整する偏心ピン58とを備えている。
支持部材56は、硬質プラスチック、その他の材料で構成され、図6にも示されるように、圧電アクチュエータ5が固定される一対の固定部561と、これらの固定部561の間に一体的に形成され、固定体7にスライド可能に支持されるスライド部562とを備えている。固定部561には、腕部の孔513に対応する位置にねじ部563が形成されている。このねじ部563に孔513を貫通してねじ564が螺合されることにより圧電アクチュエータ5が固定部561に固定されている。
図8には、図5のVIII-VIII断面図が示されている。この図8にも示されるように、スライド部562は、固定体7に凹状に形成されたスライド溝72に配置されており、幅方向略中央には、支持部材56が回転体100に対して近接離間する方向に平行となるように長孔565が複数箇所(本実施形態では二箇所)形成されている。これらの長孔565には、ねじが721が貫通して固定体7に螺合されている。これにより、支持部材56は長孔565の長手方向、つまり回転体100に対して近接離間方向にスライド可能となっている。
The contact force adjusting means 6 includes a
The
FIG. 8 shows a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. As shown in FIG. 8, the
図9には、図5のIX−IX断面図が示されている。この図9にも示されるように、支持部材56両側の固定部561において、圧電アクチュエータ5の当接部材54から遠い側の端部側面には、ばね57の一端が取り付けられている。ばね57は、その伸縮方向が圧電アクチュエータ5の近接離間反方向に平行となるように配置され、他端には円柱状の当接ピン571が挿入されている。この当接ピン571は、固定体7の平面方向に平行に摺動可能に支持されており、その先端が偏心ピン58の側面に当接されている。偏心ピン58は、固定体7に螺合されることで、回動可能に支持されている。このように、ばね57の一端が支持部材56に当接され、ばね57の他端の当接ピン571が偏心ピン58の側面に当接されることにより、ばね57は支持部材56を回転体100に近接する方向に付勢している。したがって、圧電アクチュエータ5の当接部材54は適当な当接力で回転体100に押し付けられている。
9 shows a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. As shown also in FIG. 9, one end of a
回転体100はマルテンサイト系ステンレス鋼SUS440Cで構成されており、内周部分に断面円弧凹状の凹部(被当接部)101が形成されている。この凹部101には、圧電アクチュエータ5の当接部材54が当接されている。凹部101と当接部材54の当接面543との間には、トラクションオイルが介在されている。ここで、トラクションオイルとは、トラクション係数を高めた潤滑剤である。圧力−粘度係数が高く、圧力が作用すると硬化し、圧力が解除されると軟化する性質を有している。トラクションオイルとしては、サントトラック(SANTOTRAC)#100(日本鉱業石油(株)製)や、ITF32(出光興産(株)製)等を採用できる。
回転体100内周に沿って等間隔に配置された複数のボール71は、回転体100の内周に形成された溝102と、固定体7の外周に形成された傾斜部分と、固定体7に固定された環状の押さえ板711の傾斜部分とで挟まれることによって溝102に収まっている。また、固定体7と押さえ板711との間には環状のボール保持部712が介装されている。このボール保持部712は、外周にボール71と同数の略半円形の切欠部分が形成され、この切欠部分にボール71がそれぞれ配置されることで、固定体7の外周で所定間隔を保っている。
The
A plurality of
このような駆動装置12は、次のように動作する。
圧電アクチュエータ5の圧電素子52に印加装置により交流電圧を印加して圧電アクチュエータ5を振動させる。この時、電極52Aおよび電極52Cのみに選択的に電圧を印加することにより、圧電アクチュエータ5は第一実施形態と同様に縦振動と屈曲振動を組み合わせた楕円軌道を描いて振動する。当接部材54は、楕円軌道の一部で回転体100の凹部101に押し付けられて、回転体100との摩擦力によって回転体100を円周方向に間欠回転させる。これを所定の周波数で繰り返し行うことにより、回転体100は一方向に所定の回転速度で回転する。
回転体100の回転速度を変更する場合には、当接力調整手段6を操作する。つまり、例えば回転体100の回転速度を遅くする場合は、偏心ピン58を操作してばね57が長くなる方向へ回動させる。これによって、ばね57の支持部材56への付勢力が緩和され、圧電アクチュエータ5の当接部材54における回転体100への当接力が弱くなる。したがって、当接部材54が楕円軌道上で回転体100と接触して摩擦力で回転体100を駆動できる範囲が狭くなり、伝達される回転トルクが弱くなるので、その結果回転体100の回転速度が遅くなる。
Such a driving
An AC voltage is applied to the
When changing the rotation speed of the
反対に、回転体100の回転速度を速くする場合には、偏心ピン58を回動させてばね57を縮める方向に調整する。すると、当接部材54の回転体100に対する当接力が強くなり、伝達される回転トルクが強くなるので、回転体100の回転速度が速くなる。
また、回転体100を反対方向に回転させる場合には、圧電素子52に印加する電圧の電極を長手方向に沿った中心線を軸として線対称に切り替える。つまり、圧電素子52の電極52Aおよび電極52Bに所定周波数の電圧を印加すれば、当接部材54は反対方向の楕円軌道を描いて振動する。これにより、回転体100を反対方向に駆動する。
On the other hand, when the rotational speed of the
Further, when rotating the
したがって、このような第二実施形態によれば、第一実施形態の(1)から(5)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。 Therefore, according to such a second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the same effects as the effects (1) to (5) of the first embodiment.
(8) 当接部材54が均一の厚み寸法の単純な円盤状に形成されているので、例えば丸棒を所定の厚みに切断するなどして安価かつ簡単に製造できる。したがって駆動装置12の製造コストを低減できる。
(9) 当接部材54と凹部101との間にトラクションオイルが介在されているので、両者が直接接触する接触面積を低減できる。したがって、当接部材54および凹部101の摩耗をより一層良好に防止でき、圧電アクチュエータ5の耐久性をより一層向上させることができる。
(10) 当接部材54が超硬合金で構成されているので、適切な硬度を確保でき、当接部材54の耐摩耗性を向上させることができ、したがって圧電アクチュエータ5の耐久性を向上させることができる。
また、当接部材54と補強板51とが接着により互いに固定されているので、第一実施形態と同様に、当接部材54の補強板51に対する適切な固定力を確保できる。
(8) Since the
(9) Since the traction oil is interposed between the
(10) Since the
Further, since the
なお、本発明は前述の各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。
例えば、振動部材の材料は、SUS301EHに限らず、他のステンレス鋼や、アルミニウム、アモルファス、ゴムメタルなど、低ヤング率で振動しやすく、圧電素子52の振動を阻害しない材料で構成されていればよい。また、当接部材の材料も、アルミナや超硬合金に限らず、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素などのセラミックスや、窒化処理、浸炭処理、浸炭窒化の処理などが施された鋼材でもよい。要するに、当接部材の材料は、少なくとも移動体への当接面が振動部材よりも高硬度となるように選定されていればよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, the material of the vibration member is not limited to SUS301EH, and may be made of other stainless steel, aluminum, amorphous, rubber metal, or the like that easily vibrates with a low Young's modulus and does not hinder the vibration of the
当接部材の形状および圧電アクチュエータへの固定構造は、前述の各実施形態に限定されず、例えば図10から図16に示されるような構造であってもよい。
図10および図11では、補強板51の凹部512は、略V字形に形成されている。当接部材54は、製造上の公差を考慮に入れた上で、その厚み寸法が補強板51の厚み寸法以下となるように設定されており、基端側が凹部512に対応して略V字形に形成されている。当接部材54の先端側は略矩形に形成され、平面視(圧電素子52の平面方向に直交する方向から見た状態、つまり図10の状態)および側面視(圧電素子52の平面方向から見た状態、つまり図11の状態)において角が円弧状に形成されている。このような構造によれば、凹部512によって当接部材54を平面方向に位置決めでき、当該方向のずれを防止できる。また、当接部材54の略V字形部分が圧電素子52に挟持されているので、当接部材54を確実に保持できる。
The shape of the contact member and the fixing structure to the piezoelectric actuator are not limited to the above-described embodiments, and may be structures as shown in FIGS. 10 to 16, for example.
10 and 11, the
図12および図13では、当接部材54は補強板51の厚み寸法よりも大きい直径の略球状に形成されている。補強板51の凹部512は、この当接部材の形状に対応するように、平面視(図12の状態)において略半円形に形成され、また側面視(図13の状態)においても当接部材54の表面形状に沿うように略円弧凹状に形成されている。圧電素子52の互いに対向する面には、短辺の略中央に凹部521が形成され、対向する凹部521の距離が当接部材54の厚み寸法にほぼ等しくなるように設定されている。当接部材54は、補強板51の凹部512および圧電素子52の凹部521によって保持されており、したがって、凹部512,521が当接部材54を圧電素子52に対して位置決めする位置決め手段となっている。このような構造によれば、凹部512,521によって当接部材54を確実に保持できる。
12 and 13, the
図14および図15では、補強板51の凹部512は略矩形状に形成されており、端部に互いに近接する方向に突出した突出部512Aが形成されている。一方、当接部材54は、第一実施形態と同様に当接部541および固定部542を備え、当接部541は固定部542よりも厚肉に形成されている。当接部541は、略直方体に形成されている。また、固定部542の基端側、つまり当接部541と隣接する側には平面方向両側に突出部512Aが係合される係合部541Aが形成されている。当接部材54は、固定部542が凹部512内に配置され突出部512Aが係合部541Aに係合されることにより、互いに固定されている。このような構造によれば、突出部512Aが係合部541Aに係合されることにより当接部材54が補強板51に保持されているので、当接部材54が圧電素子52の長手方向に抜け落ちるなどの不具合を確実に防止できる。
なお、対向する突出部512Aの距離は、係合部541Aの幅寸法よりも小さく形成されていてもよい。この場合には、突出部512Aが係合部541Aに食い込むように係合され、当接部材54および補強板51がかしめによって固定されるので、両者の固定力を向上させることができる。
In FIG. 14 and FIG. 15, the
In addition, the distance of the
図16では、当接部材54は略矩形板状に形成されている。補強板51には、略台形の凹部512が形成されている。補強板51端部における凹部512の幅方向の寸法は、当接部材54の幅方向の寸法よりも大きく(図16の二点鎖線で示される形状に)設定されている。当接部材54を凹部512内に配置した後、当接部材54両側の補強板51を互いに近接する方向にかしめることにより、当接部材54は、補強板51の凹部512によって固定される。このような構造によれば、補強板51がかしめによって当接部材54を保持しているので、確実に当接部材54を保持できる。
このように、当接部材54および補強板51の固定は、前述の実施形態における接着や、前述のかしめの他、ろう付けなどによって行ってもよい。
In FIG. 16, the
As described above, the
圧電素子は、振動部材の両面に設けられているものに限らず、例えば図17および図18に示されるように補強板51の片面のみに設けられていてもよい。これらの図17および図18において、当接部材54は当接部541および固定部542を備え、当接部541は、厚み方向において圧電素子52が配置される側のみに突出して形成されている。このような当接部材54は、補強板51の凹部512によって位置決めされながら、圧電素子52に片面のみに接着などされて固定される。このような構造においても、当接部材54の固定部542が圧電素子52の平面に固定されるので、固定面積を大きく取ることができ、当接部材54を確実に保持できる。
前述の図10から図18において、当接部材は、圧電素子および振動部材の短辺略中央に設けられているものに限らず、例えば第一実施形態のように、短辺幅方向端部に設けられていてもよい。あるいは当接部材は、圧電素子および振動部材の長辺に設けられていてもよい。また、圧電素子および振動部材の形状は、略矩形状のものや板状のものに限らず、用途や使用条件によって任意に設定できる。
The piezoelectric elements are not limited to those provided on both sides of the vibration member, and may be provided only on one side of the reinforcing
In FIG. 10 to FIG. 18 described above, the contact member is not limited to the one provided in the approximate center of the short side of the piezoelectric element and the vibration member. For example, as in the first embodiment, the contact member is provided at the end in the short side width direction. It may be provided. Alternatively, the contact member may be provided on the long sides of the piezoelectric element and the vibration member. Further, the shapes of the piezoelectric element and the vibration member are not limited to a substantially rectangular shape or a plate shape, and can be arbitrarily set depending on applications and use conditions.
当接部材は圧電素子の板状平面に固定されているものに限らず、例えば図19から図22に示されるように、圧電素子および/または振動部材の側面に固定されているものでもよい。
図19および図20では、当接部材54は、略半円形状の当接部541と略矩形状の固定部542とを備えた略L字形に形成され、補強板51とほぼ同じ厚みの板状部材で構成されている。この当接部材54は、当接部541の当接面543とは反対側の面が補強板51の短辺側面に固定され、固定部542側面が振動板51の長辺側面に固定されることにより、当接部541が圧電素子52の幅方向端部で長手方向に突出するように配置される。当接部材54のこのような固定構造によれば、固定部542が補強板51の側面で所定面積を有して固定されているので、必要な固定力を確保できる。また、当接部材54が略L字形に形成されて補強板51側面に固定されているので、補強板51に当接部材54の位置決めのための凹部などを形成する必要がなく、補強板51の形状を簡単にできる。
The abutting member is not limited to the one fixed to the plate-like plane of the piezoelectric element, and may be one fixed to the side surface of the piezoelectric element and / or the vibration member, for example, as shown in FIGS.
In FIG. 19 and FIG. 20, the
図21および図22では、当接部材54は、圧電素子52の全幅にわたって形成された当接部541と、当接部541の幅方向両側に形成された固定部542とを備えた略C字形に形成されている。当接部材54は補強板51および二枚の圧電素子52を合わせた厚み寸法とほぼ等しい厚み寸法で形成されており、当接部541の当接面543とは反対側の面は圧電素子52および補強板51の短辺側面に固定され、固定部542の側面は圧電素子52および補強板51の長辺側面に固定されている。このような構造においても、固定部542が圧電素子52および補強板51の長辺側面に固定されているので、当該方向に関しての固定部542の寸法を調整することにより、圧電素子52および補強板51への固定面積を調整でき、必要な固定力を確保できる。
In FIG. 21 and FIG. 22, the
あるいは、当接部材は、図23および図24に示されるように圧電素子52の外側の面に固定されるものであってもよい。
図23および図24では、当接部材54は、圧電素子52の幅方向略中央に配置され、補強板51および二枚の圧電素子52の厚み寸法を合わせた厚み寸法の当接部541と、当接部541の厚み方向両端に形成された固定部542とを備えた略C字形に形成されている。当接部541の当接面543とは反対側の面は、圧電素子52および補強板51の短辺側面に固定され、固定部542は圧電素子52の平面のうち、補強板51が設けられている側とは反対側の面に固定されている。このような構造により、固定部542の形状や寸法を調整することにより当接部材54に必要な固定力を確保することができる。
要するに、当接部材の一部は、圧電素子および/または振動部材からの突出方向に対してほぼ平行な面に固定されていれば、当該面方向の寸法を増やすことによって固定面積を増やすことができので、当接部材の圧電素子および/または振動部材への固定力を向上させることができる。
Alternatively, the contact member may be fixed to the outer surface of the
In FIG. 23 and FIG. 24, the
In short, if a part of the contact member is fixed to a surface substantially parallel to the protruding direction from the piezoelectric element and / or the vibration member, the fixed area can be increased by increasing the dimension in the surface direction. Therefore, the fixing force of the contact member to the piezoelectric element and / or the vibration member can be improved.
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。
The best configuration, method and the like for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, but the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but may be configured for the above-described embodiments without departing from the scope and spirit of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of materials, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, material, etc. disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such restrictions is included in this invention.
本発明の圧電アクチュエータは、液体吐出装置や駆動装置の他、時計や玩具など様々な装置に適用でき、特に小型化、薄型化の必要がある装置に適用するのに好適である。 The piezoelectric actuator of the present invention can be applied to various devices such as a timepiece and a toy in addition to a liquid ejection device and a driving device, and is particularly suitable for application to a device that needs to be reduced in size and thickness.
4…ロータ(移動体)、5…圧電アクチュエータ、11…液体吐出装置(装置)、12…駆動装置(装置)、51…補強板(振動部材)、52…圧電素子、54…当接部材、100…回転体(移動体)、512…凹部(位置決め手段)、521…凹部(位置決め手段)、541…当接部、542…固定部、543…当接面。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Rotor (moving body), 5 ... Piezoelectric actuator, 11 ... Liquid discharge apparatus (apparatus), 12 ... Drive apparatus (apparatus), 51 ... Reinforcement plate (vibration member), 52 ... Piezoelectric element, 54 ... Contact member, DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記振動部材には、前記移動体に当接される別体の当接部材が設けられ、
この当接部材の少なくとも前記移動体に当接する当接面は、前記振動部材より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。 A piezoelectric actuator comprising a piezoelectric element and a vibration member fixed to the piezoelectric element, wherein the moving body is moved by vibration of the piezoelectric element,
The vibration member is provided with a separate contact member that contacts the moving body,
The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein at least a contact surface of the contact member that contacts the moving body is configured to have a higher hardness than the vibration member.
前記当接部材は、前記圧電素子から突出して設けられ、
前記当接部材の一部は、前記圧電素子および/または前記振動部材の面のうち、前記当接部材の突出方向にほぼ平行な面に固定されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to claim 1,
The contact member is provided to protrude from the piezoelectric element,
A part of the contact member is fixed to a surface of the piezoelectric element and / or the vibration member that is substantially parallel to the protruding direction of the contact member.
前記圧電素子、前記振動部材、および前記当接部材の少なくとも一つには、前記当接部材を前記圧電素子に対して位置決めする位置決め手段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。 The piezoelectric actuator according to claim 1 or 2,
At least one of the piezoelectric element, the vibration member, and the contact member is provided with positioning means for positioning the contact member with respect to the piezoelectric element.
前記当接部材の前記移動体への当接面の厚み寸法は、前記振動部材の厚み寸法よりも大きく形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 3,
The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a thickness dimension of a contact surface of the contact member with respect to the movable body is larger than a thickness dimension of the vibration member.
前記当接部材の厚み寸法が均一であることを特徴とする圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 4,
A piezoelectric actuator characterized in that a thickness dimension of the contact member is uniform.
前記当接部材は、セラミックス、超硬合金、窒化処理が施された鋼材、または浸炭処理が施された鋼材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。 The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 5,
The contact member is made of ceramics, cemented carbide, steel material that has been subjected to nitriding treatment, or steel material that has been subjected to carburizing treatment.
前記当接部材と前記振動部材とは、接着、ろう付、およびかしめのいずれか一つまたはこれらの組み合わせによって互いに固定されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 6,
The piezoelectric actuator, wherein the contact member and the vibration member are fixed to each other by any one of adhesion, brazing, and caulking, or a combination thereof.
前記圧電素子および前記振動部材は板状に形成され、
前記圧電素子は、前記振動部材の両面に固定され、
前記振動部材の厚み寸法は、前記当接部材の前記圧電素子間に配置される部分の厚み寸法より大きいことを特徴とする圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to any one of claims 2 to 7,
The piezoelectric element and the vibration member are formed in a plate shape,
The piezoelectric element is fixed to both surfaces of the vibration member,
The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a thickness dimension of the vibration member is larger than a thickness dimension of a portion of the contact member disposed between the piezoelectric elements.
前記当接部材と前記移動体との間にはトラクションオイルが介在されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 8,
A piezoelectric actuator, wherein traction oil is interposed between the contact member and the movable body.
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