JP2006340528A - Piezoelectric actuator and apparatus equipped with it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電アクチュエータ及びこの圧電アクチュエータを備えた機器に関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator and a device including the piezoelectric actuator.
従来、矩形薄板状の圧電素子を含む振動体を有し、この振動体の振動方向が振動体の面内方向である圧電アクチュエータであって、圧電アクチュエータを支持する支持部材が、振動体の振動の節近傍となる位置において、振動体に貫通孔を開設し、この貫通孔に支持部材を挿通して振動体を支持する圧電アクチュエータというものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric actuator having a vibrating body including a piezoelectric element in the form of a rectangular thin plate, the vibration direction of which is the in-plane direction of the vibrating body, and the support member that supports the piezoelectric actuator is the vibration of the vibrating body. There is known a piezoelectric actuator in which a through hole is formed in a vibrating body at a position in the vicinity of the node, and a supporting member is inserted into the through hole to support the vibrating body (see, for example, Patent Document 1).
また、圧電素子を備える振動体の幅方向両側に一対の腕部を延在させ、この腕部を剛体の支持体に固定し、支持体を被駆動体の半径方向に沿って配置し、振動体に形成される突起部を被駆動体の外周に当接させて駆動する圧電アクチュエータも知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, a pair of arm portions are extended on both sides in the width direction of the vibrating body including the piezoelectric element, the arm portions are fixed to a rigid support body, and the support body is disposed along the radial direction of the driven body to vibrate. There is also known a piezoelectric actuator that is driven by bringing a protrusion formed on the body into contact with the outer periphery of the driven body (see, for example, Patent Document 2).
このような特許文献1では、圧電素子を含む振動体に貫通孔を開設し、支持部材をこの貫通孔に挿通して振動体を支持しているが、圧電素子は、一般に脆性を有しているため、貫通孔を開設する際、あるいは圧電アクチュエータを機器に取り付けて駆動する際に、貫通孔の周縁が欠ける、圧電素子が割れる、または圧電素子の振動性能が劣化することが考えられる。また、このことにより圧電素子に貫通孔を開設する工程を要することから、コストが高くなるということも考えられる。
In
また、特許文献2によれば、圧電素子を備える振動体の幅方向両側に一対の腕部を延在させ、この腕部を剛体の支持体に固定しているため、振動体に外力が加えられるような場合に腕部が変形し、そのことにより抗力が発生して振動の妨げになることや、腕部が、曲げ振動を繰り返すことで、応力が加えられ続けると、腕部の疲労破壊が生ずることが予測される。 According to Patent Document 2, a pair of arms are extended on both sides in the width direction of a vibrating body provided with a piezoelectric element, and the arms are fixed to a rigid support, so that an external force is applied to the vibrating body. If the arm part is deformed in such a case, a drag is generated and the vibration is hindered, or if the arm part is repeatedly subjected to bending vibration and stress is continuously applied, fatigue failure of the arm part occurs. Is expected to occur.
さらに、振動体の幅方向両側に一対の腕部を延在させる構造であるので、振動体の占有面積が大きくなり、一枚の基材からの取り個数が減少することからコスト高になることが考えられる。また、振動体の占有面積が増すために、機器内の小型化に不利な構造といえる。 Furthermore, since the pair of arm portions extend on both sides in the width direction of the vibrating body, the occupied area of the vibrating body is increased, and the number of pieces taken from one base material is reduced, resulting in an increase in cost. Can be considered. Further, since the area occupied by the vibrating body is increased, it can be said that the structure is disadvantageous for downsizing the device.
本発明の目的は、前述した課題を解決することを要旨とし、圧電素子の欠け、割れが少なく、振動の信頼性を持続し、且つ、構造が簡単で低コストの圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータを備え、高効率駆動の機器を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a piezoelectric actuator that has few chippings and cracks, maintains vibration reliability, has a simple structure and is low in cost, and the piezoelectric actuator. It is providing the apparatus of high efficiency drive.
本発明の圧電アクチュエータは、矩形薄板状の圧電素子を含む振動体を有するとともに、前記振動体の振動方向が該振動体の面内方向である圧電アクチュエータであって、前記振動体を支持する支持部材が、前記振動体の振動の中心節部となる位置近傍の断面周囲を巻回して、前記振動体を支持していることを特徴とする。 The piezoelectric actuator of the present invention is a piezoelectric actuator having a vibrating body including a piezoelectric element having a rectangular thin plate shape, wherein the vibrating direction of the vibrating body is an in-plane direction of the vibrating body, and supporting the vibrating body The member supports the vibrating body by winding around a cross section in the vicinity of a position that becomes a central node of vibration of the vibrating body.
この発明によれば、振動体を支持部材によって振動の中心節部となる位置近傍の断面周囲を巻回して支持しているため、前述した特許文献1のように振動体に支持部材を挿通するための貫通孔を設ける必要がなく、貫通孔を設けることによる貫通孔の周縁の欠け、圧電素子の割れの発生を防止することができる。このことから、安定した振動を維持することができる他、脆性を有する圧電素子に貫通孔を開設する工程がないため、歩留りが向上し、コストの低減を実現できる。
According to the present invention, since the vibrating body is supported by being wound around the cross section in the vicinity of the position that becomes the center node of vibration by the supporting member, the supporting member is inserted into the vibrating body as in
また、前記支持部材が、前記振動体の振動の面内方向に対して略垂直となるように前記振動体の表裏両面方向を支持する支持軸を備えていることが好ましい。 In addition, it is preferable that the support member includes a support shaft that supports both front and back surface directions of the vibrating body so as to be substantially perpendicular to an in-plane direction of vibration of the vibrating body.
この構造によれば、支持部材を、振動平面に対して略垂直に設けており、かつ振動体を表裏両面方向で支持しているので、安定した面内振動を得ることができる。また、支持部材に対して垂直な方向に振動するため、被駆動体との接触が安定し、振動体及び被駆動体の接触面の磨耗を低減し、確実な駆動力の伝達を維持することができる。 According to this structure, since the support member is provided substantially perpendicular to the vibration plane and the vibrating body is supported in both the front and back surfaces, stable in-plane vibration can be obtained. In addition, since it vibrates in a direction perpendicular to the support member, the contact with the driven body is stable, wear of the contact surface of the vibrating body and the driven body is reduced, and reliable transmission of the driving force is maintained. Can do.
また、本発明では、前記圧電素子に形成される複数の電極と、前記複数の電極に電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記複数の電極と前記電圧印加手段との間に、前記支持部材に挿通して設けられる導通端子を備えていることが好ましい。
ここで、電圧印加手段としては、例えば、駆動回路及び検出回路と接続片を有するリード配線及び回路基板等が含まれる。
The present invention further includes a plurality of electrodes formed on the piezoelectric element and a voltage applying unit that applies a voltage to the plurality of electrodes, and the support member is interposed between the plurality of electrodes and the voltage applying unit. It is preferable to provide a conduction terminal that is inserted through the terminal.
Here, examples of the voltage applying unit include a lead wiring having a driving circuit and a detection circuit and a connection piece, a circuit board, and the like.
このようにすれば、前記振動体の振動の中心節部となる位置近傍の断面周囲を支持部材によって巻回する構造において、圧電素子に形成される複数の電極と回路基板の接続片との間の接続を導通端子で行うので、接続の信頼性を高め、薄型の圧電アクチュエータを提供することができる。 According to this configuration, in the structure in which the periphery of the cross section near the position serving as the central node portion of the vibration of the vibrating body is wound by the support member, between the plurality of electrodes formed on the piezoelectric element and the connection piece of the circuit board Therefore, the connection reliability is improved and a thin piezoelectric actuator can be provided.
また、本発明では、前記振動体を合成樹脂によってインサート成形し、前記支持部材を形成することが好ましい。 In the present invention, it is preferable to insert-mold the vibrating body with a synthetic resin to form the support member.
従って、振動体をインサート成形する工法で支持部材を成形するため、振動体と支持部材との相互位置精度を高めることができ、また、振動体と支持部材との間の密着性がよいので、支持部材を設けることによる振動の影響を低減することができる。 Therefore, since the support member is molded by a method of insert-molding the vibration body, the mutual positional accuracy between the vibration body and the support member can be increased, and the adhesion between the vibration body and the support member is good. The influence of vibration caused by providing the support member can be reduced.
また、本発明では、前記圧電素子に形成される電極の前記振動体の振動の中心節部の近傍に非円形の開口部が開設され、前記振動体と前記支持部材とをインサート成形する際、前記開口部の内部に前記支持部材の一部が充填されることが好ましい。
ここで、非円形の開口部としては、支持部材と振動体とが一体で駆動できるための回転止め及び位置ずれ防止の機能を有する形状を示し、開口部形状としては、例えば、矩形や他の多角形、楕円形などがある。
In the present invention, a non-circular opening is opened in the vicinity of the vibration center node of the vibrating body of the electrode formed on the piezoelectric element, and when the vibrating body and the support member are insert-molded, It is preferable that a part of the support member is filled in the opening.
Here, as the non-circular opening, a shape having a function of preventing rotation and misalignment so that the support member and the vibrating body can be driven integrally is shown. There are polygons and ellipses.
このようにすれば、非円形の開口部に支持部材の一部が充填しているために、支持部材に対して振動体が回転することや位置ずれが発生することを防止し、また、振動体に対する支持部材の位置精度をより一層高めることができるので、安定した振動と確実な駆動力の伝達を行うことができる。 In this way, since the non-circular opening is partially filled with the support member, it is possible to prevent the vibrating body from rotating with respect to the support member and to prevent displacement, and to prevent vibration. Since the positional accuracy of the support member with respect to the body can be further increased, stable vibration and reliable transmission of driving force can be performed.
また、前記導通端子が、前記振動体と前記支持部材とをインサート成形する際に装填されていることが望ましい。 Moreover, it is desirable that the conductive terminal is loaded when the vibrating body and the support member are insert-molded.
このように、振動体と導通端子と支持部材とをインサート成形するため、これらの相対的な位置精度を高めるとともに、導通端子を設けても製造工数を低減することができる。 Thus, since the vibrating body, the conductive terminal, and the support member are insert-molded, the relative positional accuracy of these can be improved, and the number of manufacturing steps can be reduced even if the conductive terminal is provided.
また、前記支持部材が、付勢手段によって一方向に付勢され、前記振動体が、振動の面内方向にある被駆動部材に付勢されることが好ましい。 Further, it is preferable that the support member is urged in one direction by an urging unit, and the vibrating body is urged by a driven member in an in-plane direction of vibration.
この発明によれば、付勢手段によって、振動体を振動の面内方向にある被駆動部材に付勢しているので、確実に駆動力を被駆動体に伝達することができる。
また、製造上、振動体及び被駆動体の形状誤差、位置誤差が発生しても確実に振動体と被駆動体との接触を得ることができ、安定した駆動力を伝達することができる。
According to this invention, since the vibrating body is biased to the driven member in the in-plane direction of vibration by the biasing means, the driving force can be reliably transmitted to the driven body.
Further, even if a shape error and a position error of the vibrating body and the driven body occur in manufacturing, the contact between the vibrating body and the driven body can be surely obtained, and a stable driving force can be transmitted.
また、本発明では、前記付勢手段が、弾性を有していることが望ましい。
付勢手段が、弾性を有することから、より一層、振動体と被駆動体との接触を確実に行うことができ、位置ずれに対して付勢力の変化が小さく、付勢力も付勢手段の弾性力の範囲で安定して得ることができる。
In the present invention, it is desirable that the urging means has elasticity.
Since the urging means has elasticity, the vibrating body and the driven body can be further reliably contacted, the change of the urging force with respect to the positional deviation is small, and the urging force is It can be stably obtained within the range of elastic force.
本発明の機器は、前述した構造の圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの振動体を振動の面内方向にある被駆動部材に付勢するための付勢手段と、前記圧電アクチュエータに駆動電圧を印加する電圧印加手段と、前記被駆動部材の回転を伝達する伝達機構と、を備えていることを特徴とする。 The apparatus of the present invention includes a piezoelectric actuator having the above-described structure, a biasing means for biasing a vibrating body of the piezoelectric actuator to a driven member in a vibration in-plane direction, and applying a driving voltage to the piezoelectric actuator. And a transmission mechanism for transmitting the rotation of the driven member.
この発明によれば、前述した圧電アクチュエータを備えているので、前述したような効果を奏することができ、高効率で良好な振動と駆動力の伝達が可能な機器を実現できる。 According to the present invention, since the above-described piezoelectric actuator is provided, the above-described effects can be obtained, and a device capable of transmitting vibration and driving force with high efficiency and high efficiency can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係る圧電アクチュエータを示し、図2は、圧電アクチュエータの振動形態を示している。また、図3は、本発明の実施形態2に係る圧電アクチュエータ、図4,5は、本発明の圧電アクチュエータを備える機器を示している。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a piezoelectric actuator according to
(Embodiment 1)
図1は、実施形態1に係る圧電アクチュエータ10の構造を示す斜視図である。図1において、圧電アクチュエータ10は、基本構成として、振動体20と振動体20を支持する支持部材40とから構成されている。
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a
振動体20は、長手方向を有する矩形薄板状で寸法比が長辺:短辺が約7:2に形成されており、運動伝達板70と、その両面に貼着された圧電素子80と、を含んで構成されている。運動伝達板70は、短辺の一方側に、後述する電極31の幅の範囲の突起部71を有し、この突起部71が被駆動体としてのロータ90(図5、参照)のロータ部91の接触面に当接する。なお、突起部71は、振動の際のバランスをとるために、中心節部に対して点対称位置にも付設されている。
この運動伝達板70は、本実施形態ではステンレス鋼等のように靭性や強度に優れる材料が用いられている。
The vibrating
In this embodiment, the
圧電素子80は、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、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のものから選択使用される。
The
圧電素子80は、長手方向に平行に3等分され、3等分されたうちの両側は、短辺方向に2等分されている。これら等分された圧電素子80の表面には、電極31〜35が形成されている。これらの電極31〜35は、振動体20の表裏両方向に設けられた圧電素子80それぞれに、平面形状が面対称になるように形成されている。
The
圧電素子80の平面方向中央部は、振動体20の振動の中心節部であり、不動点である。この中心節部の近傍周縁部に合成樹脂からなる支持部材40がインサート成形によって形成される。支持部材40は、インサート成形により振動体20の表面に密接されている。支持部材40は、中心節部の近傍の断面周囲を全周にわたって巻回する枠部41と、この枠部41の上面には、中心節部を中心とする突起部が突設されて構成される。この突起部は、平面視四角形の角部42と支持軸43とが段状に形成されている。角部42は、後述する押圧レバー101(図4、参照)に設けられる角孔と嵌合する。
A central portion in the planar direction of the
支持軸43は、振動体20の表面に対して略垂直に突設されており、振動体20の裏面側にも形成され、この一対の支持軸43が圧電アクチュエータ10の上下に設けられる第1基板97、第2基板98に軸支される(図5、参照)。こうして、支持部材40によって、振動体20は、中空に浮いた状態で支持される。
The
支持部材40の枠部41には、導通端子44〜49がインサートされている(図4も参照)。これら導通端子44〜49は、金属で形成され、表面には金メッキ等の電導性がよい材料で被覆されている。導通端子44〜49は、振動体20と共にインサート金型に装填された後、インサート成形される。また、導通端子44〜48は、それぞれ前述した電極31〜35に対応した位置に配置され、導通端子49は、枠部41の側面方向に設けられ、運動伝達板70の断面方向の略中央に配置されている。
導通端子44〜48は、一方の端面が電極31〜35に接続されており、導通端子49は、運動伝達板70に接続されている。導通端子49はアース電極に接続されている。これら導通端子44〜49は、電極31〜35または運動伝達板70に導電性接着剤、半田バンプ、熱圧着等の接続手段により接続されている。導通端子44〜49の他方の端面は、枠部41の表面から僅かに突出しており、後述する回路基板60に形成される接続片61〜66と接続される(図4、参照)。
The
続いて、本実施形態の圧電アクチュエータ10(振動体20)の振動形態について図面を参照して説明する。
図2は、振動体20の振動形態を模式的に示す平面図である。図2(a)は、電極33と運動伝達板70の間に駆動電圧を印加した際の振動形態を示している。まず、電極33に駆動電圧を印加した場合、この電極33が形成されている部分の圧電素子80が伸縮運動(矢印L方向)をする。
振動体20は長手方向を有するため、長手方向に直交する方向(短辺方向)への伸縮より長手方向への伸縮の変位が大きく、従って、振動体20は電極33の略中心(支持軸43の平面位置)を振動の中心節部として縦1次振動を行う。支持部材40は、この縦1次振動の中心節部である中心部分に形成されるので縦1次振動に影響しない不動点に位置する。
Next, the vibration mode of the piezoelectric actuator 10 (vibrating body 20) of this embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a plan view schematically showing the vibration form of the vibrating
Since the vibrating
図2(b)は、電極31及び電極34と運動伝達板70に駆動電圧を印加した際の振動形態を示している。電極31及び電極34に同時に電圧を印加すると、電極31,34が形成される範囲の圧電素子80が伸縮振動をする(矢印G方向)。振動体20の全体をみると、伸縮運動をする電極31,34の部分と伸縮振動をしない電極32,35の部分とが非対称になるため屈曲する。
FIG. 2B shows a vibration mode when a drive voltage is applied to the
従って、振動体20は、電極31,32,34,35から等距離にある振動体20の中心部を節として長手方向に直交する方向に屈曲2次振動する(矢印K方向)。支持部材40は、この屈曲2次振動の節の近傍を支持するため、屈曲2次振動には影響を与えない不動点に位置する。
Therefore, the vibrating
図2(a)、図2(b)により、支持部材40は、縦1次振動と屈曲2次振動の両方の節が最も近づいた位置において振動体20を支持することになり、これらの振動に影響を与えることなしに振動体20を支持することができる。
2A and 2B, the
図2(c)は、電極31,33,34と運動伝達板70に電圧を印加した際の突起部71の動きを示している。図2(c)において、突起部71は、縦1次振動と屈曲2次振動が複合されることで、振動体20の振動方向が、振動体20の面内方向において矢印H方向の回転軌跡を有する楕円運動をする。突起部71は、この楕円運動の一部において、楕円運動の向きと力に応じた駆動力を被駆動体であるロータ90に与える。
FIG. 2C shows the movement of the
なお、ロータ90に与える駆動力の向きを逆にし、ロータ90の回転を逆にするためには、電圧を印加する電極を、中心節部を中心に線対称とするか、一方の電極を逆位相で駆動すればよい。すなわち、電極32,33,35と運動伝達板70に電圧を印加することで、突起部71は逆向きの楕円運動を描き、この楕円運動に応じた向きに駆動力が働く。この際、突起部71とロータ90の当接位置と角度を適宜調整することが好ましい。
In order to reverse the direction of the driving force applied to the
なお、本実施形態では、電圧を印加しない電極(図2(a)では電極32,35に相当)は振動検出に用いられ、接続片65,63(図4、参照)を介して検出信号が、図示しない検出回路に送られる。これにより、振動体20の振動を検出し、フィードバック制御により電極に印加する電圧を調整することが可能になる。
In the present embodiment, the electrodes to which no voltage is applied (corresponding to the
従って、前述した実施形態1によれば、振動体20を支持部材40によって振動の中心節部の近傍を支持しているため、前述した特許文献1のように振動体に支持部材を挿通するための貫通孔を設ける必要がないので、貫通孔を設けることによる貫通孔の周縁の欠け、圧電素子の割れの発生を防止することができる。このことから、安定した振動を維持することができる他、脆性を有する圧電素子に貫通孔を開設する工程がないため、歩留りが向上し、コストの低減を実現できる。
Therefore, according to the first embodiment described above, since the vibrating
また、支持部材40の支持軸43を、振動平面に対して略垂直に設けており、かつ振動体20を表裏両面方向において支持するため、支持状態が安定し、安定した面内振動を得ることができる。また、支持軸43に対して垂直な方向に振動し傾きにくいため、ロータ90との接触が安定し、振動体20の突起部71及びロータ90との接触面の磨耗を低減し、確実な駆動力の伝達を維持することができる。
In addition, since the
また、振動体20が屈曲振動する際、支持軸43が遊嵌の関係に設定されているため、前述した特許文献2のような一対の腕部で振動体を支持する構造に比べ、抗力が発生しにくく振動ロスを低減できる他、振動体の疲労破壊を防ぐことができる。
Further, when the vibrating
また、振動体20の振動の中心節部となる位置近傍の断面周囲を支持部材40によって巻回する構造において、圧電素子80に形成される複数の電極31〜35及び運動伝達板70と回路基板60の接続片61〜66との間の接続を導通端子44〜49で行うため、接続の信頼性を高め、薄型の圧電アクチュエータを提供することができる。
Further, in the structure in which the periphery of the cross section in the vicinity of the position serving as the central node of the vibration of the vibrating
また、振動体20をインサート成形する工法で支持部材40を成形するため、振動体20と支持部材40との相互位置精度を高めることができ、振動体20と支持部材40との間の密着性もよいので、支持部材40を設けることによる振動への影響を低減することができる。
In addition, since the
さらに、導通端子44〜49もインサート成形されるため、圧電素子80に形成される電極31〜35との相対的な位置精度を高めるとともに、導通端子を設けても製造工数を低減することができる。
(実施形態2)
Furthermore, since the
(Embodiment 2)
続いて、本発明の実施形態2に係る圧電アクチュエータについて図面に基き説明する。実施形態2は、振動体と支持部材との間に回転止めを付加したところに特徴を有し、他は前述した実施形態1と同じであるため説明を省略し、同じ符号を附して説明する。
図3は、本実施形態の圧電アクチュエータ10を示す部分断面図であり、振動体20の振動の中心節部において圧電アクチュエータ10を幅方向に切断した構造を示している。
Next, a piezoelectric actuator according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings. The second embodiment is characterized in that a rotation stopper is added between the vibrating body and the support member, and the other parts are the same as in the first embodiment described above, and therefore the description thereof will be omitted and the same reference numerals will be given. To do.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the
図3において、圧電アクチュエータ10は、実施形態1と同じ構成(図1、参照)とし、振動体20の振動の中心節部を支持部材40でインサート成形している。振動体20は、運動伝達板70の表裏両面に圧電素子80が貼着されて構成され、その表面に電極31〜35が形成されている。ここで、図1に示す電極33の中心部には四角形の開口部33aが開設されている。
In FIG. 3, the
開口部33aは、電極33を長手方向に分離しない程度の大きさを有し、厚み方向に貫通している。この状態で支持部材40をインサート成形すると、この開口部33aの内部に支持部材40の一部が充填される。開口部33aは、四角形であるため、振動体20が2次屈曲振動をする際、あるいは付勢手段としてのバネ105の付勢力でロータ90方向に回動する際に(図4、参照)、振動体20が支持部材40に対して回転方向に位置ずれが発生しない回転止めの機能を有している。
The
なお、開口部33aの平面形状は、四角形に限らず回転止めの機能を奏する形状であれば限定されず、三角形や他の多角形、楕円形状であってもよい。また、開口部33aは、電極33をハーフエッチング等で部分的な深さに形成してもよい。
The planar shape of the
従って、前述した実施形態2によれば、電極33に非円形の開口部33aを開設し、この開口部33aに支持部材40の一部を充填しているために、支持部材40に対して振動体20が回転することを防止し、振動体20に対する支持部材40の位置精度を高めることができるとともに、安定した振動と確実な駆動力の伝達を行うことができる。
(圧電アクチュエータを備える機器)
Therefore, according to the second embodiment described above, the
(Equipment with piezoelectric actuator)
続いて、前述の実施形態1、実施形態2で説明した圧電アクチュエータ10を備える機器1について図面に基き説明する。
図4は、本発明による機器1の圧電アクチュエータ周辺を示す部分平面図、図5は、図4に表すA−A断面を示す部分断面図である。図4、図5において、本実施形態の圧電アクチュエータ10を備える機器1は、圧電アクチュエータ10と、圧電アクチュエータに駆動電圧を供給する電圧供給手段としての駆動回路や検出回路(図示しない)と、この電圧供給手段と圧電アクチュエータ10とを接続するための回路基板60と、圧電アクチュエータ10を被駆動体としてのロータ90に向かって付勢するための付勢手段としてのバネ105と、押圧レバー101と、を備えて構成されている。
Next, the
FIG. 4 is a partial plan view showing the periphery of the piezoelectric actuator of the
圧電アクチュエータ10は、実施形態1及び実施形態2において説明しているので説明を省略するが、電極31〜35及び運動伝達板70に接続する導通端子44〜49が支持部材40の枠部41に植立されている。そして、回路基板60に形成される電極パターンが延在された接続片61〜66が、これら導通端子44〜49の端面に接続されている。
Since the
回路基板60は、可撓性を有するフレキシブル基板であって、振動体20の表裏両面に、振動体20の面に対して面対称形状をしており、振動体20の裏面側に設けられる導通端子にも接続片が接続されている。また、回路基板60は、導通端子49の位置では、厚み方向の下方に折り曲げられ、接続片66が導通端子49に接続されている。また、回路基板60に形成される前述の接続片61〜66のそれぞれに連続する電極パターン群67は、図示しない駆動回路、検出回路に接続されている。
The
支持部材40に形成される角部42には、押圧レバー101が装着される。押圧レバー101の一方の端部には、角部42に対応した角孔102が開設されており、この角孔102と角部42とはきつめの嵌合関係に設定されている。押圧レバー101の他方の端部側面側には、付勢手段としてのバネ105が装着されている。
A
バネ105は、図4では、コイルバネを例示している。バネ105の一方の端部は押圧レバー101の側面に当接し、他方の端部は、機器1に設けられる押圧壁103に当接し、押圧レバー101を矢印C方向に付勢している。
なお、押圧レバー101は、支持部材40と一体に成形することもできる。
The
The
従って、圧電アクチュエータ10は、支持軸43を回転中心として、被駆動体としてのロータ90の方向に回転され(矢印D方向)、突起部71がロータ部91の接触面に付勢される。振動体20は、駆動電圧を印加されると、前述した振動形態(図2、参照)で振動し、突起部71が矢印H方向に楕円運動をしてロータ90を矢印F方向に回転する。ロータの回転は、伝達機構としての伝達車95に伝達され、所定の回転速度に増減速される。
Therefore, the
圧電アクチュエータ10、ロータ90、伝達車95は、第1基板97と第2基板98との間で軸支されている。さらに図5を参照して詳しく説明すると、圧電アクチュエータ10は、支持部材40の上下面それぞれに形成される支持軸43で第1基板97と第2基板98とによって軸支されている。ロータ90は、ロータ部91と歯車92とを備え、振動体20の突起部71がロータ部91の側面に当接し、ロータ90を回転する。ロータ90の回転は、歯車92に噛合する伝達車95に伝達される。
The
従って、前述した圧電アクチュエータ10を備える機器は、前述した効果を有する圧電アクチュエータ10を備えることと、この圧電アクチュエータ10を中空に浮かせる構造と、バネ105によって常にロータ90に付勢することによって、高効率で良好な振動と駆動力の伝達を得ることができる。
Therefore, a device including the
さらに、バネ105によって、振動体20を振動の面内方向にある被駆動部材としてのロータ90に付勢しているので、付勢力もバネ105の弾性力の範囲で安定して得ることができるため、安定した駆動力を被駆動体としてのロータ90に伝達することができる。
また、製造上、振動体20及びロータ90の形状誤差、位置誤差が発生しても、振動体20とロータ90とを接触させることができ、確実に駆動力の伝達を行うことができる。
Further, since the vibrating
Further, even if a shape error and a position error of the vibrating
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。
例えば、前述の実施形態の支持部材40の構造、電圧印加手段と振動体20との接続構造は、本発明の目的を達成できる他の構造を採用することができる。
It should be noted that 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 structure of the
前述した実施形態2では、振動体20と支持部材40との回転止めのために、電極33に開口部33aを開設して、この開口部33aに支持部材40の一部を充填しているが、運動伝達板70の中心節部の近傍において、運動伝達板70の側面に小さな突起または凹部を形成して支持部材40でインサート成形しても同じ効果を得ることができる。
In the second embodiment described above, an
さらに、前述の実施形態1では、支持部材40に導通端子44〜49をインサート成形しているが、支持部材40に貫通孔を開設して、この貫通孔に導通端子44〜49を挿着する構造とすることができ、また、この貫通孔に回路基板60に形成される接続片61〜66を挿入して、直接、接続片と電極31〜35及び運動伝達板70に接続する構造を採用することもできる。
Furthermore, in
また、前述した実施形態では、運動伝達板70に形成される突起部71は、電極31に対応する位置に配置されているが、電極32〜35それぞれの位置に配置することもできる。
In the above-described embodiment, the
従って、本発明によれば、圧電素子の欠け、割れを防止し、安定した振動を持続し、構造が簡単で低コストの圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータを備える高効率駆動の機器を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric actuator that prevents chipping and cracking of a piezoelectric element, maintains stable vibration, has a simple structure and is low in cost, and a highly efficient drive device including the piezoelectric actuator. Can do.
1…機器、10…圧電アクチュエータ、20…振動体、40…支持部材、70…運動伝達板、80…圧電素子、90…ロータ、105…付勢手段としてのバネ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記振動体を支持する支持部材が、前記振動体の振動の中心節部となる位置近傍の断面周囲を巻回して、前記振動体を支持していることを特徴とする圧電アクチュエータ。 A piezoelectric actuator having a vibrating body including a rectangular thin plate-like piezoelectric element, wherein the vibrating direction of the vibrating body is an in-plane direction of the vibrating body,
A piezoelectric actuator, wherein a support member that supports the vibrating body is wound around a cross section near a position that becomes a central node of vibration of the vibrating body to support the vibrating body.
前記支持部材が、前記振動体の振動の面内方向に対して略垂直となるように前記振動体の表裏両面方向を支持する支持軸を備え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, wherein
The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the support member includes a support shaft that supports both front and back surfaces of the vibrating body so as to be substantially perpendicular to an in-plane direction of vibration of the vibrating body.
前記圧電素子に形成される複数の電極と、前記複数の電極に電圧を印加する電圧印加手段を備え、
前記複数の電極と前記電圧印加手段との間に、前記支持部材に挿通して設けられる導通端子を備え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,
A plurality of electrodes formed on the piezoelectric element; and voltage applying means for applying a voltage to the plurality of electrodes,
A piezoelectric actuator comprising a conduction terminal provided by being inserted through the support member between the plurality of electrodes and the voltage application means.
前記振動体を合成樹脂によってインサート成形し、前記支持部材を形成す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,
A piezoelectric actuator, wherein the vibration member is insert-molded with a synthetic resin to form the support member.
前記圧電素子に形成される電極の前記振動体の振動の中心節部の近傍に非円形の開口部が開設され、
前記振動体と前記支持部材とをインサート成形する際、前記開口部の内部に前記支持部材の一部が充填されることを特徴とする圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to claim 4, wherein
A non-circular opening is opened in the vicinity of the center node of the vibration of the vibrating body of the electrode formed in the piezoelectric element,
When insert-molding the vibrating body and the support member, a part of the support member is filled in the opening.
前記導通端子が、前記振動体と前記支持部材とをインサート成形する際に装填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 5, wherein
The piezoelectric actuator, wherein the conductive terminal is loaded when insert-molding the vibrating body and the support member.
前記支持部材が、付勢手段によって一方向に付勢され、
前記振動体が、振動の面内方向にある被駆動部材に付勢され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 support member is biased in one direction by a biasing means;
The piezoelectric actuator, wherein the vibrating body is biased by a driven member in an in-plane direction of vibration.
前記付勢手段が、弾性を有し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 7, wherein
The piezoelectric actuator, wherein the biasing means has elasticity.
前記圧電アクチュエータを構成する振動体を振動の面内方向にある被駆動部材に付勢するための付勢手段と、
前記圧電アクチュエータに駆動電圧を印加する電圧印加手段と、
前記被駆動部材の運動を伝達する伝達機構と、
を備えていることを特徴とする機器。
A piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 8,
An urging means for urging a vibrating body constituting the piezoelectric actuator to a driven member in an in-plane direction of vibration;
Voltage applying means for applying a driving voltage to the piezoelectric actuator;
A transmission mechanism for transmitting the movement of the driven member;
A device characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005163572A JP2006340528A (en) | 2005-06-03 | 2005-06-03 | Piezoelectric actuator and apparatus equipped with it |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10615328B2 (en) | 2016-03-28 | 2020-04-07 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, piezoelectric motor, robot, hand, and pump |
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2005
- 2005-06-03 JP JP2005163572A patent/JP2006340528A/en not_active Withdrawn
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