JP2005168075A - 圧電アクチュエータ、これを備えた装置、およびこれを備えた時計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 圧電素子2を支持する支持板3に連続して一体的に形成されたガイド部32を設ける。ガイド部32は、圧電素子2の長辺に沿って形成され基部6の溝63に挿入されることにより基部6に対して圧電素子2の長辺方向に沿ってスライド可能に支持される。ガイド部32は、押圧手段5によって被駆動体100側に押圧されている。当接部4は被駆動体100側面に当接されており、圧電素子2が振動すると当接部4が被駆動体100を押圧して回転駆動する。ガイド部32が圧電素子2のスライド方向を被駆動体100への押圧方向に規制するので、圧電素子2の被駆動体100に対する姿勢を安定させることができ、これにより安定した駆動性能を得られる。
【選択図】 図1
Description
特許文献1の圧電アクチュエータでは、略矩形板状の圧電素子端部にセラミックスペーサが取り付けられている。このセラミックスペーサを被駆動体に当接させて圧電素子を振動させると、セラミックスペーサが被駆動体を押圧して駆動する。このとき、セラミックスペーサは、必要な駆動力を確保するために反対側の圧電素子端部から被駆動体側にばねで押圧されている。また、セラミックスペーサの押圧方向に直交する方向には一対の固定支持体およびばね負荷式支持体が設けられており、これらの一対の支持機構によってセラミックスペーサの押圧方向が規制されている。
また、特許文献2の圧電アクチュエータでは、略矩形板状の圧電素子は、長手方向略中央から突出する支持部材によって支持されている。この支持部材の端部は基板に対して回動可能に支持されており、別体で設けられたばね部材が、支持部材を付勢することにより、支持部材は端部中心に回動しながら圧電素子を被駆動体側に付勢している。
しかしながら、特許文献1の圧電アクチュエータでは、セラミックスペーサの押圧方向の規制をばねで行っており、被駆動体の反力や外乱などによって圧電素子が押圧方向以外の方向から力を受けた場合に、圧電素子の姿勢が容易に変化してしまい押圧方向が安定せず、駆動性能が著しく異なってしまう。
また、特許文献2の圧電アクチュエータでは、支持部材が端部を中心に回動してしまうので、長期間の使用によって被駆動体に接触する突出部または被駆動体が摩耗すると、次第に突出部と被駆動体との接触角度が変化してしまう。よって、圧電素子の振動の伝達効率も変化するため、長期間にわたって安定した駆動力を得ることが出来ない。
この発明によれば、圧電素子がガイド部によって被駆動体への押圧方向にガイドされているので、外乱や、被駆動体または圧電アクチュエータの摩耗などによっても、圧電素子が常に所定の押圧方向にのみ移動し、被駆動体への押圧方向(押圧角度)が変化しない。したがって、常に圧電素子の振動が安定して被駆動体に伝達され、圧電アクチュエータの駆動性能が安定する。
また、支持板の接合部が圧電素子に接合されているので、圧電素子の脆性を補う。したがって、圧電アクチュエータの耐衝撃性および耐久性が向上する。
さらに、ガイド部が接合部に一体的に形成されているので、圧電素子を支持するスライダのような部材を別途用意する必要がなく、圧電アクチュエータの構成が簡単になるとともに、部品点数が減少し、製造コストが低減する。
この発明によれば、ガイド部が、基部の溝に挿入されることで圧電素子および支持板が基部に直接保持される。よって、基部と支持板との間に保持機構を別途設ける必要がなく、圧電アクチュエータの部品点数が減少する。また、圧電素子および支持板の保持機構として基部に押圧方向に沿った溝を形成すればよいので、保持機構の構成が簡単になり、圧電アクチュエータの製造コストが低減する。
この発明によれば、ガイド部が、下基部および上基部の少なくとも一方の面に形成された溝に挿入されることにより、圧電素子および支持板が保持されるので、圧電素子および支持板が下基部および上基部を備えて構成される基部に直接保持される。したがって、基部と支持板との間に保持機構を新たに設ける必要がなく、圧電アクチュエータの部品点数が減少する。
また、基部が下基部および上基部を備えて構成され、ガイド部が下基部および上基部の間に介装されるので、圧電素子および支持板の移動が押圧方向に直交する方向にも規制される。したがって、圧電素子および支持板の保持がより確実となり、外力などによってもガイド部が基部から外れることがなく、強固な保持構造となる。
この発明によれば、基部には、圧電素子が収容される凹状部または切欠部が形成されているので、圧電素子が厚み方向に関して基部と一部または全部重なることとなる。よって、圧電素子を基部上に載置する場合と異なり、圧電アクチュエータ全体がより薄型となる。
圧電アクチュエータで被駆動体を駆動する場合には、圧電素子の振動を被駆動体に伝達するために、圧電アクチュエータを被駆動体側に押圧する必要がある。この発明によれば、支持板に押圧手段が一体的に形成されているので、ガイド部や圧電素子などを被駆動体側に押圧する押圧機構を別途設ける必要がなく、圧電アクチュエータの構造がより一層簡略化される。
この発明によれば、支持板の一方の面のみに板状の圧電素子が接合されているので、十分な耐衝撃性を確保しながら、圧電アクチュエータの薄型化が促進される。
この発明によれば、支持部および/またはガイド部が折り曲げられ、圧電素子の厚み寸法の略中央に位置しているので、圧電アクチュエータが厚み方向に関してほぼ中央で支持される。したがって、圧電アクチュエータの厚み方向に関する振動が安定して良好な面内振動が得られ、圧電アクチュエータの駆動伝達効率がより良好となる。
また、ガイド部が圧電アクチュエータの厚み寸法の略中央に位置するように折り曲げられているので、ガイド部の位置が圧電アクチュエータの厚みと重なるため、圧電アクチュエータ全体の薄型化がより一層促進される。
この発明によれば、ガイド部が圧電素子の長辺に沿って形成されているため、圧電アクチュエータは、圧電素子の長辺に沿ってガイドされてスライド可能となり、被駆動体に対して当該長辺方向に沿って押圧される。このとき、被駆動体からの反力や、押圧力の不均衡、外乱などにより、圧電素子がその平面内で回転力を受けた場合でも、ガイド部が回転力を吸収して圧電素子の回転を防止する。よって、圧電素子の被駆動体に対する姿勢保持が確実となり、被駆動体への当接角度の変動が最小限に抑制されるので、より安定した駆動性能が得られる。
この発明によれば、ガイド部が圧電素子の長辺に沿って形成されている場合に、このガイド部の長さが圧電素子の長辺の長さにほぼ等しくなっているので、ガイド部両端が圧電素子の長辺から突出することがない。したがって、圧電アクチュエータ全体の長辺に沿った方向の寸法を大きくすることなく、圧電素子が受ける回転力による回転がガイド部によって効率よくかつ確実に防止され、より確実な安定駆動が可能となる。
この発明によれば、接合部が圧電素子の屈曲振動の腹近傍に接合されているので、圧電素子の屈曲振動が効率よく接合部に伝達される。したがって、支持板が圧電素子とともに振動の腹付近の大きな振幅で良好に振動するので、圧電アクチュエータ全体の伝達効率が向上する。
また、支持板には当接部が一体的に形成されているので、当該当接部が被駆動体と当接し、圧電素子は直接被駆動体に当接されない。したがって、圧電素子と被駆動体との接触による圧電素子の摩耗が防止され、圧電アクチュエータの耐久性が向上する。さらに、圧電素子が被駆動体に直接接触しないので、被駆動体からの反力などによる衝撃を当接部で受けることとなり、圧電アクチュエータの耐衝撃性も向上する。
ここで、圧電素子の屈曲振動とは、圧電素子の面内の一方向に対してほぼ直交する方向に屈曲する振動を意味し、例えば圧電素子の端部を節に屈曲する屈曲一次振動や、圧電素子の面内略中心に対して面内方向に点対称に屈曲する屈曲二次振動などが考えられる。
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、前述の圧電アクチュエータの効果と同様の効果が得られ、装置の駆動性能が安定する。
この発明によれば、時計が前述の圧電アクチュエータを備えているので、前述の圧電アクチュエータの効果と同様の効果が得られ、時計の駆動性能が安定する。
図1には、本発明の第一実施形態にかかる圧電アクチュエータ1が示されている。この図1において、圧電アクチュエータ1は、円盤状の被駆動体100を回転駆動するものであって、電圧を印加することにより伸縮する圧電素子2と、圧電素子2の平面に接合されて圧電素子2を支持する支持板3と、圧電素子2に接合され、被駆動体100に当接される当接部4と、支持板3を被駆動体100側に押圧する押圧手段5と、支持板3を押圧方向にスライド可能に保持する基部6とを備えている。
また、圧電素子2の寸法や、厚さ、電極の分割形態などは、圧電素子2に繰り返し電圧が印加された時に、圧電素子2が長手方向に伸縮する、いわゆる縦一次振動と、圧電素子2の平面中心に対して点対称に、面内で縦一次振動に略直交する方向に屈曲する、いわゆる屈曲二次振動とが同時に現れるように適宜設定される。この時、縦一次振動の共振周波数と、屈曲二次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、縦一次振動の共振周波数に対する屈曲二次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2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。
圧電素子2に印加される電圧の周波数は、縦一次振動の共振周波数と屈曲二次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二次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、圧電素子2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。
接合部31は、圧電素子2の略中央に配置される円形状部311と、円形状部311両側に延出した細長形状の腕部312とを備え、これらの腕部312の一部および円形状部311は、圧電素子2の電極に接着などにより接合されている。
このとき、円形状部311は、圧電素子2の略中央に配置されているので、圧電素子2の縦一次振動および屈曲二次振動の振動の節に配置されることとなる。また、腕部312は、圧電素子2の短辺に沿って両側に延出し、圧電素子2長辺端部から略直角に突出している。これらの腕部312には、圧電素子2の外側で圧電素子2側に折り曲げられる折曲部313が形成されている。
ガイド部32において、被駆動体100から遠い側の端部には、押圧手段5を取り付ける取付部321が形成されている。取付部321の幅寸法(圧電素子2短辺に沿った寸法)は、ガイド部32の幅寸法より小さくなっており、したがってガイド部32との間に段差が形成される。
押圧手段5は、コイルばねなどで構成され、ガイド部32の取付部321と基部6との間に介装され、圧電素子2および支持板3を被駆動体100側に付勢する。これにより、当接部4は、被駆動体100に適切な付勢力(押圧力)で当接される。なお、押圧手段5は、コイルばねに限らず、板ばねやゴムなどの弾性体や、その他支持板3を被駆動体100側に押圧する任意の構成を採用できる。
下基部62において、切欠部621外周の三つの端辺のうち、圧電素子2の長辺に沿った端辺近傍には、当該長辺に沿ってそれぞれ溝63が形成されている。また下基部62には、これらの溝63と空間612とを連通する溝64が形成されている。溝63には、ガイド部32が挿入されており、また溝64には腕部312が配置されている。このとき、溝64において圧電素子2の長辺に沿った方向の寸法は、腕部312の幅寸法(圧電素子2の長辺に沿った方向の寸法)よりも大きく形成されている。これにより、ガイド部32は溝63に沿ってスライド可能に基部6に保持され、つまり圧電素子2および支持板3は、被駆動体100への押圧方向に沿ってスライド可能に基部6に保持されている。
溝63において、被駆動体100から遠い側の端部には、押圧手段5が収納される溝65が形成されている。押圧手段5は、この溝65端部とガイド部32の取付部321との間に配置されて、ガイド部32を溝63に沿って被駆動体100側に押圧する。
上基部61は、下基部62の溝63,64を覆うように配置され、これにより腕部312の一部およびガイド部32は、上基部61および下基部62の間に介装される。
まず、印加装置によって圧電素子2表面の電極と、支持板3との間に交流電圧を印加する。このとき、圧電素子2の表面の電極を適宜選択して、電圧印加を行う。つまり、例えば中央の電極22Aと、その両側で対角線上両端に位置する電極22Bのみに電圧の印加を行う。すると、圧電素子2は、主に電極22Aに対応する部分の圧電素子2によって圧電素子2の長辺方向に沿って伸縮する縦一次振動を励振する。一方、電極22Bに対応する部分の圧電素子2が伸縮すると、これらの部分の伸縮は圧電素子2の長辺方向中心線に対して非対称となるので、主にこれらの電極22Bによって圧電素子2は屈曲二次振動を励振する。これにより、当接部4は縦一次振動と屈曲二次振動を組み合わせた略楕円軌道を描いて振動する。当接部4は、この略楕円軌道の一部で被駆動体100を回転方向に押圧し、被駆動体100を間欠的に回転駆動する。当接部4は、所定周波数で振動するため、被駆動体100を繰り返し押圧し、これにより被駆動体100は所定の速度で回転する。
また、電圧を印加する電極を圧電素子2の長辺方向中心線に対して線対称に切り換える、つまり、電極22Aおよび電極22Cにのみ電圧を印加すると、圧電素子2は、反対方向に屈曲二次振動を励振する。この結果当接部4は、略楕円軌跡の傾きが圧電素子2短辺の中央を通り長辺に平行な線に対し線対称で、回転方向も反対向きの略楕円軌道を描いて振動し、被駆動体100を反対方向に回転駆動する。
(1) ガイド部32が下基部62の溝63に沿ってスライドし、圧電素子2を被駆動体100への押圧方向にガイドするので、被駆動体100からの反力や外乱などによって圧電素子2の姿勢が変動するのを防止でき、当接部4の略楕円軌道の向きを常に安定させることができる。したがって、被駆動体100への振動の伝達を安定して行うことができ、圧電アクチュエータ1の駆動性能を安定させることができる。
また、ガイド部32が溝63に沿って一方向のみにスライドするので、例えば長期間の使用後に被駆動体100側面または当接部4が摩耗しても、当接部4の被駆動体100に対する当接角度が変化しない。したがって、圧電アクチュエータ1の駆動性能を長期間にわたって安定させることができる。
(4) ガイド部32が上基部61および下基部62の間に介装されているので、上基部61および下基部62がガイド部32の移動方向を圧電素子2の長辺方向に規制するだけでなく、厚み方向にも規制する。よって圧電素子2が被駆動体100の反力や外力などによって厚み方向に移動した場合でも、ガイド部32が溝63から外れることがないので、圧電素子2を確実に保持できる。
(6) 折曲部313によって、ガイド部32の厚み寸法の略中央が圧電アクチュエータ1の厚み寸法の略中央に一致するので、圧電素子2が厚み方向に関して対称に支持されるから、圧電素子2の振動を安定させることができる。また、折曲部313により、ガイド部32から圧電素子2表面までの距離が短くなるので、圧電アクチュエータ1の薄型化を促進できる。
また、ガイド部32の長さが圧電素子2の長辺の寸法にほぼ等しいので、圧電アクチュエータ1全体の寸法を大きくしない範囲内で圧電素子2の回転を効率よく防止できる。
(9) 基部6に切欠部611,621が形成され、内部の空間612,622に圧電素子2が収容配置されるので、圧電素子2がその厚み方向に関して下基部62から突出しないように配置できる。したがって圧電素子2が例えば圧電素子2を下基部62に単純に載置する場合に比べて、圧電アクチュエータ1の薄型化を促進できる。
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、第一実施形態における圧電素子2が支持板3の両面に設けられ、また支持板3の構造が異なるものである。
図4には、第二実施形態にかかる圧電アクチュエータ1の平面図が示されている。また、図5には、圧電素子2および支持板3の斜視図が、図6には、圧電素子2および支持板3の断面図が示されている。これらの図4、図5、および図6において、圧電素子2は、略矩形板状に形成され、支持板3の両面に設けられている。これらの圧電素子2の表裏両面には電極が形成されており、支持板3に接合される面に形成された電極は第一実施形態と同様に圧電素子2の平面全面に形成されている。一方、圧電素子2の支持板3に接合された側とは反対側(表側)の面の電極は、溝21Cにより電極が三つに分割されている。具体的には、溝21Cは対角線上両端に略L字形に形成されることにより、対角線上両端に略矩形状の一対の電極22Dを形成し、また、これらの電極22Dを除いた部分には、対角線上電極22Dとは反対側の両端に、略矩形状の電極が形成され、これらの電極が中央部分で互いに連結されて一つの電極22Eを形成している。これらの電極22D、電極22Eおよび支持板3にはそれぞれリード線が接続され、これらのリード線は図示しない印加装置に接続されている。
二カ所の折曲部313の間の腕部33には、被駆動体100から遠い側の側面から突出し、押圧手段5が取り付けられる取付部315が形成されている。
接合部31の短辺略中央には、圧電素子2の長辺方向に突出する当接部4が一体的に形成されている。この当接部4は、第一実施形態と同様に、被駆動体100の側面に、被駆動体100の径方向に沿って当接されている。
取付部315と切欠部611との間にはコイルばねなどの押圧手段5が設けられ、腕部33を圧電素子2の長辺方向に沿って被駆動体100側に押圧する。この押圧手段5により、当接部4は、被駆動体100側面に対して適切な押圧力で当接される。
電圧を印加する電極を一方から他方(例えば電極22Dから電極22E)に変更すると、圧電素子2は反対方向に屈曲する屈曲二次振動を励振するので、被駆動体100を反対方向に回転駆動する。
(10) 圧電素子2および支持板3が板状に形成され厚み方向に積層されているので、圧電アクチュエータ1に必要な耐衝撃性を確保しながら、圧電アクチュエータ1の薄型化を促進できる。
また、圧電素子2が、支持板3両面に設けられているので、圧電アクチュエータ1の振動が支持板3の平面に対して対称となり、当接部4を支持板3の面内で振動させることができる。したがって、被駆動体100に当接部4の振動を良好な伝達効率で伝達できる。
(11) 接合部31が略矩形状に形成され、圧電素子2に全面に接合されているので、圧電素子2の脆性を確実に補強でき、圧電アクチュエータ1の耐衝撃性を向上させることができる。
(13) 圧電素子2表面の電極22Eが圧電素子2中央部分で連結しているので、一つの連続した電極として扱うことができ、電極の数を減少させることができる。また、電極に接続されるリード線の数も減少させることができるから、圧電素子2の電極構造を簡単にできるとともに、断線などの不具合発生を低減できる。
(14) 取付部315が腕部33に設けられているので、押圧手段5をガイド部32と平行に、圧電素子2の長辺端部から突出しないように配置できる。したがって、圧電アクチュエータ1全体の長辺方向に沿った寸法を小さくすることができ、圧電アクチュエータ1の小型化を促進できる。
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、第一実施形態の支持板の構造が異なるものであり、また押圧手段が支持板に一体的に形成されているものである。
図7には、圧電アクチュエータ1の平面図が、図8には圧電アクチュエータ1の側面図が示されている。また、図9には、圧電素子2および支持板3の斜視図が、図10には圧電アクチュエータ1の断面図が示されている。なお、図10は、図7のX-X断面図である。これらの図7〜図10に示されるように、支持板3の接合部31は、圧電素子2の長辺に沿って配置される棒状部316と、棒状部316側面から両側に略直角に突出する腕部312とを備え、全体として略十字形に形成されている。棒状部316は、圧電素子2の長辺の寸法とほぼ等しい長さで構成されており、圧電素子2の短辺略中央に、長手方向沿って接合されている。この棒状部316において被駆動体100に近い側の端部には、圧電素子2の短辺から突出する当接部4が連続して一体的に形成されている。当接部4は、第一実施形態と同様に被駆動体100の側面に当接される。
他方の腕部312は、圧電素子2の長辺端部から突出することなく、圧電素子2の平面内の位置で二つに分岐する連結部314に一体的に連続している。これらの連結部314は、腕部312とガイド部32とを連結するものであり、腕部312端部から圧電素子2の長辺方向両側に沿って形成される第一部材314Aと、第一部材314Aの両端から圧電素子2の短辺に沿ってそれぞれ配置される一対の第二部材314Bとを備えている。第二部材314Bは、折曲部313が設けられ、全体として略L字形に形成されている。
ガイド部32は、一対の第二部材314B端部に連続して一体的に形成され、その平面が圧電素子2の平面と略直交する。ここで、ガイド部32は、図10にも示されるように、圧電素子2の平面内に配置されている。
基部6において、圧電素子2を挟んで被駆動体100とは反対側には、押圧手段5の端部を固定する固定ピン51が設けられている。押圧手段5の端部は湾曲部分を予めある程度さらに湾曲させた状態で固定ピン51に固定されており、このため、押圧手段5は、湾曲部分の復元力により圧電素子2の長辺方向にほぼ沿って押圧力(付勢力)を発生する。また、この押圧手段5は、固定ピン51との接触により支持板3と基部6との導通を図っている。このように、固定ピン51を介して支持板3と基部6との間で導通を図ることにより、ガイド部32と基部6との間で直接導通を図る場合に比べて、導通抵抗などの変動が少なく、より安定した導通が得られる。なお、押圧手段5と固定ピン51との間のみで導通を図り固定ピン51にリード線などを接続する構成とすれば、基部6の材料は導電性材料とする必要がなく、例えば樹脂などの被導電性材料を用いることもできる。
溝63の両端部には、溝63の開口部分を覆うガイド押さえ631がそれぞれ設けられている。これらのガイド押さえ631は、ガイド部32の両端に対応する位置にそれぞれ配置され、ガイド部32が溝63から外れるのを防止している。
このような圧電アクチュエータ1によれば、電極22A,22B,22Cを適宜選択して電圧を印加すると、第一実施形態と同様に当接部4が略楕円軌道を描いて振動し、被駆動体100を回転駆動する。
(15) ガイド押さえ631が溝63の一部を覆うので、構造は異なるものの第一実施形態の(4)の効果と同様の効果が得られ、ガイド部32の移動方向を圧電素子2の長辺方向のみならず、厚み方向にも規制できる。したがって、被駆動体100からの反力が外力によってもガイド部32が溝63から外れることがなく、基部6によって確実に圧電素子2および支持板3を保持できる。また、当接部4が被駆動体100に対して厚み方向に移動するのを防止できるので、圧電アクチュエータ1による駆動をより一層安定させることができる。
また、ガイド押さえ631が溝63のうち、ガイド部32両端部に対応する部分のみを部分的に覆うので、ガイド押さえ631の寸法を最小限に抑制でき、小さい部材でガイド部32を確実かつ良好に溝63に収容できる。
(17) 押圧手段5が腕部312に一体的に形成されているので、圧電アクチュエータ1の構造を簡略化でき、部品点数を減少させることができるから、製造コストを低減できる。
(18) ガイド部32が圧電素子2の平面内に配置されているので、圧電アクチュエータ1の平面占有面積を小さくすることができる。よって、圧電アクチュエータ1の小型化を促進できる。
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、第三実施形態の圧電素子の支持構造が異なるものである。
図11には、第四実施形態にかかる圧電アクチュエータ1の平面図が、図12には、図11のXII-XII断面図が、図13には、圧電アクチュエータ1の側断面図が示されている。これらの図11、図12、および図13において、支持板3は第三実施形態と同様に棒状部316を有しているが、この棒状部316は、複数箇所(本実施形態では三カ所)で圧電素子2に接合されている。具体的には、棒状部316には、圧電素子2の長辺方向両端および中央に対応する位置に圧電素子2側に突出する突出部317A,317Bが形成されており、これらの突出部317A,317Bで圧電素子2に接合されている。なお、これらの突出部317A,317Bは、プレス加工などの任意の加工方法によって形成される。
ここで、突出部317Aは、圧電素子2の平面略中央、つまり縦一次振動および屈曲二次振動の振動の節近傍に配置されている。このとき、腕部312は、突出部317A近傍から両側に突出することとなる。また、二つの突出部317Bは、圧電素子2の長辺方向両端、つまり屈曲二次振動の振動の腹近傍に配置されている。このとき、当接部4は、一方の突出部317Bに近接して配置されている。
連結部314の第二部材314Bは、圧電素子2の平面外側に突出し、当該外側に折曲部313を有している。したがって、ガイド部32は、圧電素子2の平面外側で、圧電素子2の長辺方向に沿って配置されている。
(19) 支持板3の突出部317Aが圧電素子2をその振動の節で接合しているので、突出部317Aによる圧電素子2の振動阻害を最小限に抑制できる。そして、圧電素子2を支持する腕部312がこの突出部317A近傍に配置されているので、振動振幅の最小となる節近傍で圧電素子2を安定して支持できる。
また、突出部317Bは、圧電素子2をその振動の腹近傍で接合しているので、圧電素子2の振動振幅が最大となる部分近傍から振動が伝達されることにより、突出部317Bに伝達される振動振幅を大きくすることができる。そして、当接部4は、この突出部317B近傍に配置されているので、当接部4の振動振幅を大きくすることができる。よって、当接部4での十分な振動振幅を高効率で確保でき、被駆動体100を高効率で駆動できる。
次に、本発明の第五実施形態について説明する。第五実施形態は、第三実施形態の圧電アクチュエータにおいて、圧電素子の支持構造が異なるものである。
図14には、第五実施形態にかかる圧電素子2および支持板3の斜視図が、また図15には、図14の圧電素子2および支持板3を反対の面から見た斜視図が示されている。これらの図14および図15において、圧電素子2は、第二実施形態と同様に略L字形の溝21Cによってその表面に電極22D,22Eが形成されている。また、圧電素子2の四隅には、溝21Dが形成されており、これらの溝21Dによって当該四隅は電極22D,22Eから絶縁されている。
一方の腕部312は、第三実施形態と同様に、圧電素子2の長辺方向略中央に、短辺方向に沿って配置され、押圧手段5に連続している。また、他方の腕部312は、圧電素子2外側で折曲部313を有し、腕部312端部には、ガイド部32が一体的に形成されている。ガイド部32は圧電素子2の長辺方向に沿って配置され、その平面が圧電素子2の平面と略垂直となっている。
棒状部316において圧電素子2の長辺方向端部近傍には、短辺方向両側に向かって突出する保持部318が形成されている。これらの保持部318は、それぞれ端部に爪状部318Aを備えており、これらの爪状部318Aで圧電素子2の四隅をそれぞれ保持することにより、圧電素子2は支持板3に支持されている。このとき、爪状部318Aは、圧電素子2において溝21Dで電極22D,22Eとは絶縁された部分を保持するので、支持板3と圧電素子2の電極22D,22Eとが導通することはない。
(20) 爪状部318Aが圧電素子2の四隅を保持するので、第四実施形態の(19)の効果と同様に、圧電素子2の振動の腹近傍で支持板3を接合でき、圧電素子2の振動振幅が最大となる部分近傍での振動を取り出すことができる。したがって、当接部4の振動振幅を大きくでき、高効率で被駆動体100を駆動できる。
(21) 当接部4が圧電素子2の長辺方向両端にそれぞれ設けられているので、圧電素子2が振動する際に、被駆動体100に当接されない当接部4は、被駆動体100から反力を受けないフリーの状態となる。よってこの当接部4は縦一次振動および屈曲二次振動(特に屈曲二次振動)を励振しやすくなる。この振動が被駆動体100側の圧電素子2に伝達され、圧電素子2全体がより大きな振動を得られる。したがって、圧電アクチュエータ1の駆動効率をより一層向上させることができる。
次に、本発明の第六実施形態について説明する。第六実施形態は、第一実施形態の圧電アクチュエータとは、圧電素子の支持構造が異なるものである。
図16には、第六実施形態の圧電素子2および支持板3の斜視図が、図17には圧電素子2および支持板3の正面図が示されている。これらの図16および図17において、圧電素子2は、第一実施形態と同様に一つ設けられ、一方の面には五分割された電極(図示せず)が形成され、他方の面には全面に電極が形成されている。
支持板本体34は、圧電素子2において五分割された電極が形成されている面と対向して配置されている。支持板本体34の圧電素子2と対向する面には、フレキシブル基板36が取り付けられ、このフレキシブル基板36に形成された配線パターンを介して圧電素子2の各電極が制御回路と導通している。
支持板本体34の長辺には、圧電素子2に向かって突出し、圧電素子2側面を保持する保持部材341が複数個(本実施形態では四個)設けられている。したがって、保持部材341は圧電素子2に接合される接合部の一部を構成している。また、支持板本体34の長辺から、それぞれ二カ所の連結部314を介してガイド部32が形成されている。ガイド部32は、第一実施形態と同様に圧電素子2の長辺方向に沿って配置されている。また連結部314には折曲部313が設けられており、これによりガイド部32は支持板本体34の面より圧電素子2に近い側に配置される。これらのガイド部32は基部6の溝63に収容される。このとき、ガイド部32が圧電素子2平面に近接して配置されているので、圧電素子2表面が基部6上面から突出しない。
当接支持部35は、先端が圧電素子2短辺から突出して当接部4となっている。また当接部4近傍は、曲げ加工などによって圧電素子2に近接し、圧電素子2に接合される接合部352となっている。当接支持部35は、接合部352よりも先端側でさらに圧電素子2に近接する方向に折り曲げられることにより、当接部4の厚み方向の中心が圧電素子2の厚み方向の中心と略一致するように配置される。
(22) 圧電素子2が支持板本体34および当接支持部35の間に介装されているので、圧電素子2がこれらの支持板本体34および当接支持部35によって保護される。よって、圧電アクチュエータ1の耐衝撃性を向上させることができる。
(23) 支持板本体34が圧電素子2に対して所定距離を有して対向配置されているので、支持板本体34にフレキシブル基板36を取り付けることができる。よってフレキシブル基板36を支持板本体34で保護することができ、またフレキシブル基板36と圧電素子2の電極との間の断線などの不具合を防止できる。
次に、本発明の第七実施形態について説明する。第七実施形態は、第一実施形態の圧電アクチュエータとは圧電素子の支持構造が異なるものである。
図18には、第七実施形態にかかる圧電アクチュエータ1の平面図が示されている。また、図19には、圧電素子2および支持板3の斜視図が、図20には、圧電素子2および支持板3の断面図が示されている。これらの図18、図19、および図20において、支持板3は、略矩形板状の接合部31と、接合部31から突出するガイド部32とを備えている。接合部31の短辺略中央には、略半円形状の当接部4が一体的に形成されている。
基部6には、被駆動体100側が開口する凹状部613が形成されている。凹状部613の互いに対向する端辺には、圧電素子2の長辺に沿って溝63が形成されている。
ガイド部32および連結部319の一部は、基部6に形成された溝63に挿入されており、これにより、圧電素子2はその長辺方向に沿ってスライド可能に基部6に支持される。
(24) 基部6に圧電素子2の平面に沿った方向に溝63を形成しているので、第一実施形態のような上基部および下基部を備えていない場合でも、圧電素子2の面内方向および厚み方向に対してガイド部32の移動を規制できるので、基部6の部品点数を減少でき基部6の構造を簡略化できる。
支持板の構造は、各実施形態のものに限らず、例えば図21に示されるように、支持板3は、略十字形の接合部31と、接合部31に連続して一体的に形成されるガイド部32とを備えていてもよい。このとき、当接部4は、接合部31に一体的に形成されていてもよい。また、接合部31に折曲部が形成されず、ガイド部32が接合部31と同一平面内に配置されていてもよい。このような形状であれば折曲部が形成されていないので、支持板の構造を簡単にでき、曲げ加工などの工程を省略できるから製造コストを削減できる。このように、支持板の形状は、接合部、ガイド部の形状や構造は圧電素子の形状、圧電アクチュエータの外部装置への取り付け配置などを勘案して適宜設定してよい。
以上のように、爪状部の形状は任意に設定してよい。
本発明の圧電アクチュエータは、円盤状の回転体を回転駆動する駆動装置の他、棒状部材を直線移動させる駆動装置や、これらの駆動装置を利用した様々な装置に適用できる。例えば本発明の圧電アクチュエータを時計に適用した場合には、歯車が固定された回転体を圧電アクチュエータで回転駆動して時計の歯車機構を駆動するものなどに適用できる。
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。
Claims (12)
- 電圧印加によって振動する圧電素子と、
この圧電素子を振動可能に支持する支持板とを備え、
前記支持板は、前記圧電素子に接合される接合部と、
この接合部に一体的に形成されるとともに前記圧電素子を被駆動体への押圧方向に沿ってガイドするガイド部とを有する
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、
前記ガイド部を被駆動体への押圧方向に沿ってスライド可能に保持する基部を備え、
前記基部には、前記圧電素子の前記押圧方向に沿って溝が形成され、
前記ガイド部は、前記溝に挿入されて当該溝の方向に沿ってスライド可能に取り付けられる
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項1または請求項2に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記ガイド部を被駆動体への押圧方向に沿ってスライド可能に保持する基部を備え、
前記基部は、下基部および上基部を有し、
前記下基部および前記上基部の互いに対向する面の少なくとも一方の面には、前記圧電素子の前記押圧方向に沿って溝が形成され、
前記ガイド部は、前記下基部および前記上基部の間に介装されかつ前記溝に挿入される
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、
前記ガイド部を被駆動体への押圧方向に沿ってスライド可能に保持する基部を備え、
前記基部には、内部に前記圧電素子が収容される凹状部または切欠部が形成されている
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、
前記支持板には、前記圧電素子を被駆動体側に押圧する押圧手段が一体的に形成されている
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、
前記圧電素子は、板状に形成され、前記支持板の一方の面にのみ接合されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項6に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記支持部および/または前記ガイド部は、前記圧電素子の外側で前記圧電素子側に折曲され、
前記ガイド部の厚み寸法の略中央が、当該圧電アクチュエータの厚み寸法の略中央に一致する
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7のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電素子は、略矩形板状に形成され、
前記ガイド部は、前記圧電素子の長辺に沿って形成されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項8に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記ガイド部の長さは、前記圧電素子の長辺の長さにほぼ等しい
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9のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記接合部は、前記圧電素子の屈曲振動の腹近傍に接合され、
前記支持板には、前記圧電素子端部から面内方向に突出し、被駆動体と当接される当接部が一体的に形成されている
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10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。
- 請求項1から請求項10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時計。
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JP2008228556A (ja) * | 2007-02-14 | 2008-09-25 | Seiko Epson Corp | 圧電振動体、圧電アクチュエータ、および携帯機器 |
EP3121861A3 (en) * | 2015-07-03 | 2017-03-15 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric drive device, robot, and method for driving piezoelectric drive device |
-
2003
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