JP2007049887A - Piezoelectric vibrator, manufacturing method of same, piezoelectric actuator, and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動体、圧電振動体の製造方法、圧電アクチュエータ、および電子機器に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrator, a method for manufacturing a piezoelectric vibrator, a piezoelectric actuator, and an electronic apparatus.
圧電素子は、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率や、応答性に優れているため、近年、圧電素子を有する圧電振動体の振動によって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータが開発されている。
圧電アクチュエータに用いられる圧電振動体の構造は、圧電素子にステンレス製の補強板などが積層されたものであり、これらの圧電素子および補強板の互いの積層面は、接着剤で貼り合せられている(例えば、特許文献1)。これらの圧電素子および補強板は、貼り合わせの際、これらの積層方向に沿ってピンなどを立てて互いに位置決めされる。
Since the piezoelectric element is excellent in conversion efficiency from electric energy to mechanical energy and responsiveness, a piezoelectric actuator that drives a driven body by vibration of a piezoelectric vibrating body having the piezoelectric element has been developed in recent years.
The structure of the piezoelectric vibrator used in the piezoelectric actuator is a piezoelectric element in which a reinforcing plate made of stainless steel or the like is laminated, and the laminated surfaces of these piezoelectric element and reinforcing plate are bonded together with an adhesive. (For example, Patent Document 1). These piezoelectric elements and the reinforcing plate are positioned relative to each other with pins or the like standing in the stacking direction when they are bonded.
ここで、圧電振動体の製造にあたり、圧電素子と補強板との間から接着剤が流出しやすく、圧電素子と補強板とを十分に接着できないという問題がある。特に、高温雰囲気下で接着剤を硬化させると、温度上昇に伴い接着剤の流動性が高まるため、なおさら流出しやすい。
また、位置決め用のピンが当接される部分では、圧電素子および補強版とピンとの間の僅かな隙間における毛細管現象によって接着剤の流出が促進されるため、その部分では圧電素子と補強板との間に隙間が空いてしまい、振動時に圧電素子および補強板が剥離するおそれがある。すなわち、圧電素子と補強板との接着面からの接着剤の流出に起因して、信頼性が低下してしまうという問題があった。
加えて、ピンが当接される部分では、圧電素子および補強板の接着面から流出した接着剤がピンに固着してしまうので、ピンから取り外す際に圧電素子および補強板が剥離するなど、歩留まりが悪くなる。また、ピンに付着した接着剤を取り除く手間も掛かり、生産性が低下していた。
Here, in manufacturing the piezoelectric vibrator, there is a problem that the adhesive easily flows out between the piezoelectric element and the reinforcing plate, and the piezoelectric element and the reinforcing plate cannot be sufficiently bonded. In particular, when the adhesive is cured in a high-temperature atmosphere, the fluidity of the adhesive increases as the temperature rises, so that it is more likely to flow out.
In addition, in the portion where the positioning pin abuts, the outflow of the adhesive is promoted by the capillary phenomenon in the slight gap between the piezoelectric element and the reinforcing plate and the pin. There is a possibility that a gap is left between the piezoelectric element and the piezoelectric element and the reinforcing plate are peeled off during vibration. That is, there is a problem that reliability is lowered due to the outflow of the adhesive from the bonding surface between the piezoelectric element and the reinforcing plate.
In addition, since the adhesive that has flowed out from the bonding surface of the piezoelectric element and the reinforcing plate is fixed to the pin at the portion where the pin comes into contact, the piezoelectric element and the reinforcing plate are peeled off when removed from the pin. Becomes worse. In addition, it takes time to remove the adhesive adhered to the pins, and the productivity has been reduced.
このような問題に鑑みて、本発明の目的は、圧電素子と補強板とを強固に接着して信頼性を大きく向上させることができる圧電振動体、圧電振動体の製造方法、圧電振動体を備えた圧電アクチュエータ、および電子機器を提供することにある。 In view of such problems, an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator capable of greatly improving the reliability by firmly bonding the piezoelectric element and the reinforcing plate, a method for manufacturing the piezoelectric vibrator, and a piezoelectric vibrator. An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator and an electronic device that are provided.
本発明の圧電振動体は、電極が設けられた圧電素子と、この圧電素子と積層される補強部材とを有して前記電極への電圧印加により振動する圧電振動体であって、前記圧電素子および前記補強部材の積層されて重ねられた積層面は、接着剤で互いに接着され、前記補強部材の外周面には、当該補強部材と前記圧電素子との積層方向と交差する方向に窪んだ凹部が形成されていることを特徴とする。 The piezoelectric vibrating body of the present invention is a piezoelectric vibrating body that includes a piezoelectric element provided with an electrode and a reinforcing member laminated with the piezoelectric element, and vibrates when a voltage is applied to the electrode. The laminated surfaces of the reinforcing members that are stacked and laminated are bonded to each other with an adhesive, and the outer peripheral surface of the reinforcing member is a recess that is recessed in a direction that intersects with the lamination direction of the reinforcing member and the piezoelectric element. Is formed.
この発明によれば、補強部材の外周面に積層方向と交差する方向に窪む凹部が形成されているため、圧電素子と補強部材とを積層して接着する際に、圧電素子と補強部材との間から流出しようとする接着剤が凹部に案内され、接着剤を凹部内に留めることが可能とな
る。これにより、生産性の見地から高温雰囲気下で接着剤を硬化させる場合や、位置決め用のピンを圧電素子および補強部材に当接させる場合でも、この凹部内における表面張力で接着剤が保持され、圧電素子および補強部材の間からの接着剤の流出を防止することができる。
したがって、圧電素子と補強部材との間の接着剤が不足することなく、圧電素子と補強部材とを強固に接着でき、高パワーの投入にも耐え得る信頼性を実現できる。
なお、高パワー投入時には特に、電圧印加による圧電素子の発熱や、被駆動体と補強部材との摩擦に伴う発熱が問題となるが、凹部の部分で補強部材の表面積が拡大されているため、放熱に寄与できる。これにより、接着剤が限界温度を超えて劣化することによる圧電素子と補強部材との剥離を防止できる。
一方、接着剤の流出が防止されることで、圧電素子および補強部材と位置決めピンとの間で接着剤が固着しないので、接着冶具から取り外す際の圧電素子および補強部材の剥離を防止でき、歩留まり向上、低コスト化にも繋げることができる。
According to this invention, since the concave portion that is recessed in the direction intersecting the stacking direction is formed on the outer peripheral surface of the reinforcing member, when the piezoelectric element and the reinforcing member are stacked and bonded, the piezoelectric element and the reinforcing member The adhesive that is about to flow out of the gap is guided to the recess, and the adhesive can be retained in the recess. As a result, even when the adhesive is cured in a high temperature atmosphere from the viewpoint of productivity, or when the positioning pin is brought into contact with the piezoelectric element and the reinforcing member, the adhesive is held by the surface tension in the recess, It is possible to prevent the adhesive from flowing out between the piezoelectric element and the reinforcing member.
Therefore, the piezoelectric element and the reinforcing member can be firmly bonded without a shortage of the adhesive between the piezoelectric element and the reinforcing member, and reliability that can withstand high power can be realized.
In particular, when the power is turned on, heat generation of the piezoelectric element due to voltage application and heat generation due to friction between the driven body and the reinforcing member become a problem, but because the surface area of the reinforcing member is enlarged in the recessed portion, Can contribute to heat dissipation. Thereby, peeling of the piezoelectric element and the reinforcing member due to deterioration of the adhesive exceeding the limit temperature can be prevented.
On the other hand, by preventing the adhesive from flowing out, the adhesive does not adhere between the piezoelectric element and the reinforcing member and the positioning pin, so that the piezoelectric element and the reinforcing member can be prevented from being detached when removed from the bonding jig, thereby improving the yield. It can also lead to cost reduction.
本発明の圧電振動体では、前記補強部材の前記積層面の面積は、前記圧電素子の前記積層面の面積よりも大きく、前記補強部材は、前記圧電素子と積層されると、前記圧電素子の外周から突出することが好ましい。
この発明によれば、補強部材と圧電素子との間から流出しようとする接着剤が補強部材の圧電素子外周側に突出した部分における表面張力で保持され、つまり、前述の凹部とこの突出した部分との両方で、接着剤の流出を防止することが可能となるため、圧電素子と補強部材とをより強固に接着でき、信頼性を一層向上させることができる。
また、補強部材が圧電素子の外周に突出しているため表面積が大きく、駆動時に振動体に生じた熱がこの突出部分から放熱されるため、温度上昇による接着剤の変質を防止できる。すなわち、高パワー投入用途に好適である。
In the piezoelectric vibrating body of the present invention, the area of the laminated surface of the reinforcing member is larger than the area of the laminated surface of the piezoelectric element, and when the reinforcing member is laminated with the piezoelectric element, It is preferable to protrude from the outer periphery.
According to the present invention, the adhesive that is about to flow out from between the reinforcing member and the piezoelectric element is held by the surface tension at the portion of the reinforcing member that protrudes toward the outer peripheral side of the piezoelectric element, that is, the aforementioned concave portion and the protruding portion. Thus, it is possible to prevent the adhesive from flowing out, so that the piezoelectric element and the reinforcing member can be bonded more firmly, and the reliability can be further improved.
Further, since the reinforcing member protrudes from the outer periphery of the piezoelectric element, the surface area is large, and heat generated in the vibrating body during driving is dissipated from the protruding portion, so that the adhesive can be prevented from being deteriorated due to temperature rise. That is, it is suitable for high power application.
本発明の圧電振動体では、前記圧電素子および前記補強部材は、板状に形成されてその平面方向に沿った面同士が重ねられ、前記凹部は、前記補強部材の側面に沿って連続した溝状に延びていることが好ましい。
この発明によれば、板状の補強部材において積層面と交差する側面に凹部が形成されていることにより、補強部材および圧電素子の積層面から溢れた接着剤を迅速かつ確実に凹部に案内することが可能となり、信頼性をより向上させることが可能となる。
なお、凹部の断面形状は円弧状、コ字状など任意のものを採用し得る。
In the piezoelectric vibrating body of the present invention, the piezoelectric element and the reinforcing member are formed in a plate shape, and surfaces along the plane direction thereof are overlapped, and the concave portion is a groove that is continuous along the side surface of the reinforcing member. It is preferable to extend in a shape.
According to the present invention, since the concave portion is formed on the side surface intersecting the laminated surface in the plate-shaped reinforcing member, the adhesive overflowing from the laminated surface of the reinforcing member and the piezoelectric element is quickly and surely guided to the concave portion. And reliability can be further improved.
In addition, the cross-sectional shape of a recessed part can employ | adopt arbitrary things, such as circular arc shape and U shape.
本発明の圧電振動体では、前記圧電素子が有する少なくとも1つの角部には、当該角部を面取り形状に形成する面取り部が形成されていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, it is preferable that at least one corner portion of the piezoelectric element has a chamfered portion that forms the corner portion into a chamfered shape.
この発明によれば、圧電素子の角部(面取り部が形成されている角部)に加わる剥離力の大部分は面取り部に加わるようになっており、従来の圧電振動体のように、圧電素子の角部の尖端に剥離力が集中的に加わるようなことがないから、圧電素子と補強部材とが、圧電素子の角部から剥離するのを防止することができる。
加えて、このように圧電素子が面取りされていることにより、補強部材の露出面積が増える。補強部材は、金属製で形成されることが多く、熱伝導率が高いことから、このように補強部材の露出面積が大きいことで、接着剤の硬化時、高温の雰囲気中に置いた際に、補強部材の温度上昇が速くなり、温度分布も一様となる。
このため、補強部材と圧電素子との間にある接着剤の温度上昇も速くなり、接着剤の硬化が促進される。これにより、硬化中に接着剤が流れ出す時間が短くなり、硬化後の残留応力も少なくなって、接着の信頼性が向上する。またさらに、圧電素子の面取りによって補強部材の露出面積が増えることにより、使用時における放熱が促進される。これにより、接着剤の温度上昇が抑えられ、剥離をより確実に防ぐことができる。
すなわち、補強板の側面に凹部を形成することに加えて、このように圧電素子の角部を面取りすることとによって、剥離防止の効果を相乗的に高めることができる。
According to this invention, most of the peeling force applied to the corner portion (corner portion where the chamfered portion is formed) of the piezoelectric element is applied to the chamfered portion. Since the peeling force is not concentrated on the tip of the corner of the element, the piezoelectric element and the reinforcing member can be prevented from peeling from the corner of the piezoelectric element.
In addition, since the piezoelectric element is chamfered in this manner, the exposed area of the reinforcing member increases. Since the reinforcing member is often made of metal and has a high thermal conductivity, the exposed area of the reinforcing member is thus large, when the adhesive is cured and when placed in a high-temperature atmosphere. The temperature rise of the reinforcing member becomes faster and the temperature distribution becomes uniform.
For this reason, the temperature rise of the adhesive between the reinforcing member and the piezoelectric element is also accelerated, and the curing of the adhesive is promoted. This shortens the time during which the adhesive flows out during curing, reduces the residual stress after curing, and improves the reliability of bonding. Further, the exposed area of the reinforcing member is increased by chamfering the piezoelectric element, so that heat dissipation during use is promoted. Thereby, the temperature rise of an adhesive agent is suppressed and peeling can be prevented more reliably.
That is, in addition to forming the concave portion on the side surface of the reinforcing plate and chamfering the corner portion of the piezoelectric element in this way, the effect of preventing peeling can be synergistically enhanced.
本発明の圧電振動体では、前記圧電素子の面取り部は、輪郭線が曲線状に形成されていることが好ましい。
この発明によれば、面取り部の輪郭線を曲線状に形成しているので、直線状に形成する場合に比べて輪郭線を長くすることができる。ここで、面取り部の輪郭線を長くすれば、面取り部自体が大きくなって、剥離力が面取り部の大きさに応じて分散されるので、圧電素子と補強部材との剥離を起こりにくくすることができる。
In the piezoelectric vibrating body of the present invention, it is preferable that the chamfered portion of the piezoelectric element has a contoured line.
According to this invention, since the contour line of the chamfered portion is formed in a curved shape, the contour line can be made longer than in the case of forming it in a linear shape. Here, if the contour line of the chamfered portion is lengthened, the chamfered portion itself becomes larger, and the peeling force is distributed according to the size of the chamfered portion, so that the piezoelectric element and the reinforcing member do not easily peel off. Can do.
本発明の圧電振動体の製造方法は、電極が設けられた圧電素子と、この圧電素子と積層される補強部材とを有して前記電極への電圧印加により振動する圧電振動体の製造方法であって、前記圧電素子と前記補強部材との積層方向に沿って延びるピンに前記圧電素子および前記補強部材を当接して位置決めするとともに、これらの圧電素子および補強部材を接着剤で互いに接着し、前記圧電素子および前記補強部材を前記積層方向に沿って加圧することを特徴とする。 The method for manufacturing a piezoelectric vibrating body according to the present invention is a method for manufacturing a piezoelectric vibrating body having a piezoelectric element provided with an electrode and a reinforcing member laminated with the piezoelectric element, and vibrating when a voltage is applied to the electrode. The piezoelectric element and the reinforcing member are abutted and positioned on a pin extending in the stacking direction of the piezoelectric element and the reinforcing member, and the piezoelectric element and the reinforcing member are bonded to each other with an adhesive, The piezoelectric element and the reinforcing member are pressurized along the stacking direction.
この発明によれば、圧電素子と補強部材とを接着する際にピンによって位置決めを行うことで、圧電素子と補強部材とが正確に貼り合わせられ、振動特性のばらつきを防止できるとともに、積層方向に沿って加圧することで圧電素子と補強部材とがより強固に接着されるため、信頼性をより確実なものとできる。 According to the present invention, when the piezoelectric element and the reinforcing member are bonded, positioning is performed by the pin, so that the piezoelectric element and the reinforcing member are accurately bonded to each other, and variation in vibration characteristics can be prevented, and in the stacking direction. Since the piezoelectric element and the reinforcing member are more firmly bonded by pressurizing along, the reliability can be further ensured.
本発明の圧電振動体の製造方法では、前記ピンの軸方向の途上に段差を設け、前記補強部材の前記圧電素子と積層される積層面の面積を、前記圧電素子の前記補強部材と積層される積層面の面積よりも大きく設け、前記補強部材を、前記補強部材の前記積層面が前記圧電素子の前記積層面の外側に延出するように前記圧電素子と積層し、前記ピンの段差の段落ち側に当接させることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body manufacturing method of the present invention, a step is provided in the axial direction of the pin, and the area of the laminated surface of the reinforcing member laminated with the piezoelectric element is laminated with the reinforcing member of the piezoelectric element. The reinforcing member is laminated with the piezoelectric element such that the laminated surface of the reinforcing member extends outside the laminated surface of the piezoelectric element, and the step of the pin is It is preferable to contact the stepped side.
この発明によれば、段差が設けられたピンにより、その段差を境に圧電素子および補強部材のそれぞれが位置決めされるので、圧電素子と補強部材とをより正確に貼り合わせることが可能となる。 According to the present invention, the piezoelectric element and the reinforcing member are positioned with the step provided by the pin provided with the step, so that the piezoelectric element and the reinforcing member can be bonded together more accurately.
本発明の圧電アクチュエータは、前述の圧電振動体または前述の製造方法により製造された圧電振動体と、この圧電振動体の振動により駆動される被駆動体とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、前述の圧電振動体を備えたことにより、前述と同様の作用および効果を享受することができる。
ここで、圧電アクチュエータは、例えば、カメラのズーム機構およびオートフォーカス機構、プリンタのインクジェットヘッドや紙送り機構、圧電ブザー、可動玩具を駆動する超音波モータなどに使用できる。
The piezoelectric actuator of the present invention includes the above-described piezoelectric vibrator or the piezoelectric vibrator manufactured by the above-described manufacturing method, and a driven body driven by the vibration of the piezoelectric vibrator.
According to the present invention, since the piezoelectric vibrator described above is provided, the same operations and effects as described above can be obtained.
Here, the piezoelectric actuator can be used for, for example, a zoom mechanism and an autofocus mechanism of a camera, an inkjet head and a paper feed mechanism of a printer, a piezoelectric buzzer, an ultrasonic motor that drives a movable toy, and the like.
本発明の電子機器は、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たことにより、前述と同様の作用および効果を享受できる。
An electronic apparatus according to the present invention includes the piezoelectric actuator described above.
According to the present invention, since the piezoelectric actuator described above is provided, the same operations and effects as described above can be enjoyed.
本発明の電子機器は、計時手段と、この計時手段で計時された情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計であることが好ましい。
この発明によれば、前述の圧電アクチュエータで計時手段や計時情報表示部を構成する歯車などを駆動することが可能となる。前述のように、圧電アクチュエータは高パワー投入にも耐えることから、年月日などの暦を表示する場合と比べて連続的に駆動される時分秒などの時刻表示用指針を駆動することなども可能となる。また、高負荷となる厚みがある指針や回転板なども被駆動体として使用でき、重厚感のあるデザインとすることができる。
加えて、圧電アクチュエータにおける利点、すなわち、磁気の影響を受けない、応答性が高く微小送りが可能、小型薄型化に有利、高トルクなどを実現できる。
The electronic apparatus according to the present invention is preferably a timepiece including a time measuring means and a time information display unit for displaying information timed by the time measuring means.
According to the present invention, it is possible to drive the gears constituting the time measuring means and the time information display unit with the piezoelectric actuator described above. As mentioned above, since the piezoelectric actuator can withstand high power input, it can drive time indication hands such as hours, minutes, seconds, etc. that are continuously driven compared to displaying calendars such as dates. Is also possible. Moreover, a pointer or a rotating plate having a thickness that becomes a high load can be used as a driven body, and a design with a profound feeling can be achieved.
In addition, the advantage of the piezoelectric actuator, that is, it is not affected by magnetism, has high responsiveness, can be finely fed, is advantageous for downsizing and thinning, and can realize high torque.
本発明によれば、圧電素子と補強部材とが強固に接着され、また、放熱も図られるため、駆動時における圧電素子および補強部材の剥離が防止されて信頼性を大きく向上させることができるとともに、歩留まりが向上して低コスト化することもできる。 According to the present invention, since the piezoelectric element and the reinforcing member are firmly bonded and heat dissipation is also achieved, peeling of the piezoelectric element and the reinforcing member during driving can be prevented and reliability can be greatly improved. The yield can be improved and the cost can be reduced.
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図面に基いて説明する。
なお、第2実施形態以降の説明において、以下に説明する第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、説明を省略もしくは簡略化する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the description of the second and subsequent embodiments, the same components as those of the first embodiment described below are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
(1.時計の概略構成)
図1は、本実施形態に係る電子時計10を示す平面図である。電子時計10は、計時手段としてのムーブメント1と、通常時刻を表示するための計時情報表示部としての文字板2、時針3、分針4、秒針5のほか、クロノグラフ時間を示す秒クロノグラフ針6、分クロノグラフ針7を備えている。
時針3、分針4、秒針5は、通常のアナログクォーツと同様のものであって、水晶振動子が組み込まれた回路基板と、コイル、ステータ、ロータを有するステッピングモータと、駆動輪列と、電池とによって駆動される。
(1. Schematic configuration of the watch)
FIG. 1 is a plan view showing an
The hour hand 3, the minute hand 4, and the
(2.秒クロノグラフ針の駆動機構)
図2に、秒クロノグラフ針6(図1)を駆動する駆動機構を示した。
秒クロノグラフ針6の駆動機構は、圧電アクチュエータ20と、圧電アクチュエータ20の駆動力を秒クロノグラフ針6に伝達する減速輪列50とを備えて構成されている。
圧電アクチュエータ20は、圧電素子を有する圧電振動体30と、圧電振動体30の振動で回転するロータ40とを備えて構成されている。圧電振動体30については後述する。
ロータ40は、板ばね41によって圧電振動体30側に付勢されており、圧電振動体30とロータ40外周との間に適切な摩擦力が発生することで、圧電振動体30の振動が効率良くロータ40に伝達されるようになっている。
減速輪列50は、ロータ40と同軸に配置されてロータ40と一体的に回転する歯車51と、この歯車51に噛合し、かつ、秒クロノグラフ針6(図1)の回転軸に固定された歯車52とで構成され、これらの歯車51,52において、ロータ40の回転が減速されて伝達される。
(2. Second chronograph hand drive mechanism)
FIG. 2 shows a drive mechanism for driving the second chronograph hand 6 (FIG. 1).
The driving mechanism of the
The
The
The
(3.圧電アクチュエータの振動体の構成)
次に、本実施形態において最も特徴的な圧電振動体30の構造について説明する。
図3は、圧電振動体30の斜視図である。
圧電振動体30は、矩形状である2つの圧電素子31,32と、これらの圧電素子31,32の間に介装された補強部材としての補強板33とを備えている。
(3. Structure of vibrating body of piezoelectric actuator)
Next, the most characteristic structure of the piezoelectric vibrating
FIG. 3 is a perspective view of the piezoelectric vibrating
The piezoelectric vibrating
圧電素子31,32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、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を用いることができる。
そして、圧電素子31,32の表面には、圧電素子31,32に駆動信号を印加するための電極310,320がニッケルあるいは金などによるめっき、スパッタ、蒸着等の方法でそれぞれ形成されている。なお、圧電素子31,32の裏面にも、図示を省略するが、表面側と同様の電極が形成され、この電極は補強板33と重ねられ導通されている。
The materials of the
補強板33は、ステンレス鋼、その他の導電性の金属材料から形成され、圧電素子31,32が接着される矩形状の本体331と、本体331の短辺側の両側面から円弧状に突出する突起332,333と、本体331の片方の側面から本体331の幅方向に突出する腕部334とを一体に有する。
The reinforcing
また、補強板33には、側面外周に沿って溝状に延びる断面円弧状の凹部3311が設けられている。
この凹部3311は、補強板33を金属板から製作する際の金属板の表裏両面におけるエッチングによって形成されたもので、つまり、補強板33は、エッチングを進行させることにより、当該金属板から抜かれて形成される。凹部3311は、補強板33の四辺のほぼ全周に亘って連続して形成されている。
なお、凹部3311は、エッチング以外の手段、例えば、金属板のワイヤカットやプレス打ち抜きで形成された補強板33の側面外周を切削、研磨することなどでも形成可能である。
Further, the reinforcing
The
The
突起332,333は、本体331の対角位置にそれぞれ形成され、一方の突起332がロータ40に当接する。
腕部334には、孔334Aが形成され、この孔334Aにねじ334B(図2)が挿通されることにより、圧電振動体30はムーブメント1を構成する地板に固定されている。
The
A
(4.圧電振動体の組み立て方法)
続いて、圧電振動体30の組み立て(製造)について説明する。
図4は、組み立て工程にある圧電振動体30の平面図であり、図5は、同じく組み立て工程における圧電振動体30の側断面図を示す。
圧電振動体30を組み立てる際は、ベース61に円柱状のピン61A,61B,61Cが立設された接着冶具60を用いる。
(4. Method for assembling piezoelectric vibrator)
Next, assembly (manufacture) of the piezoelectric vibrating
4 is a plan view of the piezoelectric vibrating
When the piezoelectric vibrating
まず、ベース61に圧電素子32を配置し、図5に示すように、圧電素子32の表面に熱硬化型のエポキシ系樹脂等の接着剤AD(図5)を塗布してから、圧電素子32に補強板33を重ねる。さらに、補強板33に接着剤ADを塗布してから、補強板33に圧電素子31を重ね合わせる。
この際、図4に示すように、圧電素子31,32および補強板33の短辺側の側面にピン61Aが当接され、長辺側の側面にはピン61B,61Cが当接されるように、圧電素子31,32および補強板33をその板面の面内方向において位置決めする。
First, the
At this time, as shown in FIG. 4, the
この後、図5に示すように、圧電素子31に板状の加圧プレート62を重ね、図示しない任意の加圧手段により、加圧プレート62とベース61との間に挟まれた圧電素子31,32および補強板33に対して加圧する。また、本実施形態ではこの加圧と並行して、ホットエア、ホットビームなどを使用し、高温雰囲気下で接着剤ADを硬化させる。
この工程では、高温によって接着剤ADの流動性が一担高くなるうえ、加圧されることから、圧電素子31と補強板33と互いに接着される積層面311,331A、および、補強板33と圧電素子32と互いに接着される積層面331B,321の外側に接着剤ADが溢れやすいが、溢れた接着剤ADは、補強板33の積層面331A,331Bのエッジ部331C,331Dを介して凹部3311に案内され、この凹部3311における表面張力で凹部3311内に保持される。
After that, as shown in FIG. 5, a plate-
In this process, the fluidity of the adhesive AD is increased by high temperature and is pressed, so that the
このため、圧電素子31,32および補強板33のピン61A〜61Cが当接された部分において、圧電素子31,32とピン61A〜61Cとの間や補強板33とピン61A〜61Cとの間の僅かな隙間に接着剤ADが毛細管現象で流入することもなく、圧電素子31と補強板33との各積層面311,331A間、および補強板33と圧電素子32との各積層面331B,321間の接着剤ADが不足しない。したがって、圧電素子31,32および補強板33が強固に接着されて、圧電振動体30が完成する。
なお、接着剤ADの流出が防止されることで、圧電素子31,32とピン61A〜61Cとの間や補強板33とピン61A〜61Cとの間で接着剤ADが固着しないので、圧電振動体30を接着冶具60から取り外す際の圧電素子31,32および補強板33の剥離、損傷などを防止できる。
For this reason, between the
Since the adhesive AD is prevented from flowing out, the adhesive AD does not adhere between the
(5.圧電アクチュエータの動作)
以上説明した圧電アクチュエータ20の圧電振動体30は、圧電素子31,32への所定の周波数の交流電圧印加により、長手方向に伸縮する縦一次振動を励振し、圧電振動体30の幅方向の両端に突起332,333がそれぞれあることから、長手方向と交差する方向に屈曲二次振動も励振する。このように縦振動と屈曲振動とが組み合わせられることで突起332は楕円に近似する軌跡R(図2)を描き、この軌跡Rの一部でロータ40が突起332に繰り返し押圧され、回転する。なお、ロータ40に当接されない突起333が突起332の点対称位置でバランサとして機能することで、突起332の移動軌跡が所望の軌跡Rとなる。
そして、ロータ40の回転により、ロータ40と一体の歯車51も回転し、歯車51の回転に伴い歯車52が回転し、歯車52の回転と共に秒クロノグラフ針6が送られる。
(5. Operation of piezoelectric actuator)
The piezoelectric vibrating
As the
(6.本実施形態による効果)
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
(1)圧電アクチュエータ20の圧電振動体30において、補強板33の側面に圧電素子31,32との積層方向と交差するように窪む凹部3311が形成されているため、圧電素子31,32と補強板33とを積層して接着する際に、圧電素子31,32と補強板33との間から流出しようとする接着剤ADを凹部3311に案内でき、接着剤ADを凹部3311内に留めて、圧電素子31,32および補強板33の間からの接着剤ADの流出を防止できる。
したがって、圧電素子31,32と補強板33との間の接着剤ADが不足することなく、圧電素子31,32と補強板33とを強固に接着でき、秒クロノグラフ針6を連続的に駆動するための高パワーの投入にも耐え得る信頼性を実現できる。
(6. Effects of the present embodiment)
According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) In the piezoelectric vibrating
Accordingly, the
(2)また、圧電素子31,32と補強板33との間から接着剤ADの流出が防止されることで、圧電素子31,32と位置決めピン61A〜61Cとの隙間や補強板33と位置決めピン61A〜61Cとの隙間で接着剤ADが固着しないので、接着冶具60から取り外す際に圧電素子31,32および補強板33が剥離するのを防いで歩留まりを良くでき、低コスト化にも繋げることができる。
(2) Further, since the adhesive AD is prevented from flowing out between the
(3)さらに、圧電振動体30への高パワー投入時には特に、圧電素子31,32の発熱や、ロータ40と突起332との摩擦に伴う発熱が問題となるが、凹部3311の部分で補強板33の表面積が拡大されているため、放熱に寄与できる。これにより、接着剤ADの劣化による圧電素子31,32と補強板33との剥離を防止できる。
(3) Further, particularly when high power is applied to the piezoelectric vibrating
(4)圧電素子31,32および補強板33は板状に形成され、圧電素子31,32および補強板33の積層面331A,331Bにエッジ部331C,331Dを介して隣接する補強板33側面に凹部3311が形成されているため、圧電素子31と補強板33との積層面311,331A、および、補強板33と圧電素子32との積層面331B,321から溢れた接着剤ADを迅速かつ確実に凹部3311に案内することができ、信頼性をより向上させることができる。
(4) The
(5)圧電振動体30の組み立てにあたり、ピン61A〜61Cによって圧電素子31,32および補強板33の位置決めを行うため、圧電素子31,32と補強板33とが正確に貼り合わせられ、圧電振動体30における振動特性のばらつきを防止できる。また、圧電素子31,32と補強板33との積層方向に沿って加圧することで圧電素子31,32と補強板33とがより強固に接着されるため、信頼性をより確実なものとできる。
(5) When the piezoelectric vibrating
(6)圧電アクチュエータ20は高パワー投入にも耐えることから、年月日などの暦を表示する場合と比べて連続的に駆動される秒クロノグラフ針6を駆動することもできる。また、駆動対象となる秒クロノグラフ針6が分厚くても駆動できるので、電子時計10を重厚かつ高級感のあるデザインにできる。
(6) Since the
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態では、圧電アクチュエータの圧電振動体が有する補強板の平面寸法が、第1実施形態における補強板33よりも大きい。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, the planar dimension of the reinforcing plate included in the piezoelectric vibrating body of the piezoelectric actuator is larger than that of the reinforcing
図6は、本実施形態における圧電振動体70の平面図、図7は、振動体70の側断面図である。
振動体70の補強板73において、圧電素子31,32が配置された矩形状の本体731の縦横寸法は圧電素子31,32の同寸法よりもそれぞれ一回り大きく、つまり、本体731の面積は圧電素子31,32の面積よりも大きいため、本体731は圧電素子31,32の四辺から突出する。
なお、この圧電振動体70と、ロータ40(図2)とを備えて圧電アクチュエータが構成され、この圧電アクチュエータにより、第1実施形態と同様に秒クロノグラフ針6(図1)が運針される。
FIG. 6 is a plan view of the piezoelectric vibrating
In the reinforcing
The
この振動体70の組み立てに際しては、前述のように、位置決め後、加圧および加熱することによって圧電素子31,32と補強板73との間の接着剤ADを硬化させるが、本実施形態では、図7に示すように、小径部811を挟んで上下両側に大径部812が配置された段差付きのピン81が使用されている。つまり、補強板73が圧電素子31,32から突出する分、ピン81は中央部がくびれて小径部811となっている。
このため、補強板73の表裏両面に圧電素子31,32を重ねた際に、圧電素子31,32はピン81の大径部812にそれぞれ当接されるとともに、補強板73は小径部811に当接される。
なお、ピン81は、第1実施形態におけるピン61A〜61Cのように、振動体70の短辺側と長辺側とにそれぞれ配置されている。
When assembling the vibrating
For this reason, when the
In addition, the
ここで、補強板73が圧電素子31,32の四辺から突出し、すなわち、補強板73の圧電素子31,32と積層される積層面731A,731Bが、圧電素子31,32の補強板73と接着される積層面311,321の外側に延出しているため、補強板73の積層面731A,731Bにおける表面張力で接着剤ADが保持され、圧電素子31,32と補強板73との間からの接着剤ADの流出が抑制される。
Here, the reinforcing
一方、圧電素子31,32に電圧を印加して振動体70を駆動する際、この補強板73は金属製であり熱伝導率が良好であること、また、補強板73の表面積が第1実施形態と比べて拡大されていることから、補強板73の放熱が促進され、圧電素子31,32および補強板73の間の接着剤ADが高温になりにくい。これにより、接着剤ADが限界温度を超えて変質、劣化せず、補強板73と圧電素子31,32との剥離を防止できる。
On the other hand, when the vibrating
以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果を奏する。
(7)補強板73の面積が圧電素子31,32の面積よりも大きく、積層時に圧電素子31,32外周から補強板73が突出するため、この突出部分における圧電素子31,32との積層面731A,731Bによって接着剤ADが保持され、つまり、前述した補強板73の凹部3311とこれらの積層面731A,731Bとの両方で、接着剤ADの流出を防止することが可能となる。このため、圧電素子31,32と補強板73とを第1実施形態よりも強固に接着することができる。
また、補強板73の表面積が大きく、振動体70の放熱が促進されるため、温度上昇による接着剤ADの変質を防止できる。
According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects described in the first embodiment.
(7) Since the area of the reinforcing
Further, since the reinforcing
(8)さらに、振動体70は駆動時、圧電素子31,32が連続的に電圧印加されることで発熱し、また、突起332とロータ40との間の摩擦によっても発熱し、圧電素子31,32と補強板73との間の接着剤ADが高温となりやすいが、前述のように補強板73によって放熱が促進されるため、圧電素子31,32および補強板73の剥離などの問題が生じない。このため、振動体70は、年月日などのカレンダや時分を示す(例えば時針3、分針4)指示部材と比べて単位時間あたりの送り量が大きく、ほぼ連続的に運針される秒クロノグラフ針6などを駆動するための高パワー用途に好適である。
(8) Furthermore, when the vibrating
(9)また、振動体70を組み立てる際は、圧電素子31,32および補強板73のそれぞれがピン81の大径部812および小径部811によって位置決めされるので、圧電素子31,32と補強板73とをより正確に貼り合わせることができる。
(9) When the vibrating
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態における圧電振動体は、大略、第2実施形態における圧電振動体70(図6)において、圧電素子の角部を面取りしたものである。
図8は、本実施形態の圧電振動体90の平面図である。圧電振動体90は、補強板73の表裏両面にそれぞれ圧電素子91が積層されて構成されている。なお、補強板73は、第1実施形態の補強板33(図3)にも置換できる。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The piezoelectric vibrating body in the present embodiment is generally a chamfered corner of a piezoelectric element in the piezoelectric vibrating body 70 (FIG. 6) in the second embodiment.
FIG. 8 is a plan view of the piezoelectric vibrating
図8に示されるように、圧電素子91の平面形状においては、主として、4つの直線状の外周辺91A,91B,91C,91Dによって外周が構成されている。ここで、4つの外周辺91A〜91Dにおいて、対向する2つの外周辺(例えば、91Aおよび91C)は互いに平行に形成され、隣接する2つの外周辺(例えば、91Aおよび91B)は互いに垂直に形成されており、これら4つの外周辺91A〜91Dを含む外周によって略矩形状の平面形状が形成されている。以下、外周辺91Aおよび外周辺91Cの形成方向を長さ方向と称し、外周辺91Bおよび外周辺91Dの形成方向を幅方向と称して、説明を簡略化することがある。
As shown in FIG. 8, in the planar shape of the
より詳しく見れば、圧電素子91の平面視略矩形形状において互いに対角関係にある2つの角部(図8においては左下および右上の角部)には、当該各角部を面取り形状に形成する面取り部911,912が形成されている。より具体的には、外周辺91Aおよび外周辺91Bによって構成される角部において面取り部911が形成され、外周辺91Cおよび外周辺91Dによって構成される角部において面取り部912が形成されている。なお、圧電素子91は種々の形成方法によって形成することができる。例えば、平面視矩形形状の圧電素子板を形成した後、当該圧電素子板の尖った角部を削り落とすことによって面取り部911,912を有する圧電素子91を形成することもできるし、また、初めから面取り部911,912が角部に形成されている圧電素子91を形成することもできる。
More specifically, each corner is formed in a chamfered shape at two corners (lower left corner and upper right corner in FIG. 8) that are diagonally related to each other in the substantially rectangular shape of the
以上のように、圧電素子91の平面形状の外周は、4つの外周辺91A〜91Dと、2つの面取り部911,912とによって構成されている。ここで、圧電素子91の平面形状は、当該平面形状における中心点Oに関して点対称である。したがって、面取り部911と面取り部912とは互いに同一形状である。そこで、以下では、主として面取り部911について説明を行うことにし、面取り部912についての説明は適宜省略する。なお、面取り部911について行う説明のほとんど全てが面取り部912について当てはまることは当然である。
As described above, the outer periphery of the planar shape of the
図8に示されるように、面取り部911の輪郭線は、滑らかな曲線状に形成され、外周辺91Aの延長線91A´と外周辺91Bの延長線91B´とによって形成される直角の内側において当該外周辺91A,91Bを互いに接続する。面取り部911の輪郭線は、両端9111,9112において、外周辺91Aおよび外周辺91Bと滑らかに接続されており、当該各接続部分において尖端部が生じないようになっている。また、面取り部911の輪郭線は、外周辺91Aと接続される端9111において曲率が最小になっており、徐々に曲率が大きくなって、外周辺91Bと接続される端9112において曲率が最大になっている。これにより、面取り部911において、外周辺91Aの形成方向(図8においては左右方向)に沿った長さLが、外周辺91Bの形成方向(図8においては上下方向)に沿った幅Bよりも大きくなっており、L>Bが成立している。
As shown in FIG. 8, the contour line of the chamfered
ここで、突起332と圧電素子91との関係について説明する。突起332は、面取り部911が形成されている圧電素子91の角部の位置において当該角部を構成する一方の外周辺91Aの形成方向(図8においては左右方向)と同一の突出方向に沿って突出形成されている。このように、圧電素子91の面取り部911と補強板73の突起332とは互いに隣接しているので、補強板73の突起332に最も近い圧電素子91の角部に面取り部911が形成されていることになる。また、突起332は、外周辺91Aに接するように形成されている。そして、突起332は、自身の突出方向に対して垂直な幅方向(図8においては上下方向)に沿って幅bを有している。なお、前述したように、突起332は、ロータ40(図3)に当接され、圧電素子91の伸縮に応じて当該ロータ40を回転駆動することができる。
Here, the relationship between the
圧電素子91の面取り部911と、補強板73の突起332との関係について見れば、面取り部911の幅Bは、突起332の幅bよりも小さく、幅bの50分の1よりも大きくなっており、0.02×b<B<bが成立している。ここで、B<bが成立することによって、図8に示されるように、面取り部911が形成されている圧電素子91の角部を構成する他方の外周辺91Bの一部分が、厚さ方向に沿って突起332に重なっている。また、突起332は、面取り部911よりも外側に延出されている。
Looking at the relationship between the chamfered
以上のような構成の圧電振動体90では、面取り部911,912から補強板73が露出しているため、圧電素子91と補強板73との接着工程における高温雰囲気下、金属製である補強板73の露出部分がいち早く温度上昇し、補強板73全体の温度上昇に伴い、圧電素子91と補強板73との間の接着剤ADも温度が上昇する。これにより、接着剤ADの硬化時間が短縮され、凹部3311内に案内された接着剤ADが凹部3311内で確実に硬化する。
In the piezoelectric vibrating
次に、本実施形態における圧電振動体90の駆動性能についての実験結果を示す。図9のグラフは、連続駆動時の駆動距離(m)に対するロータの回転速度(rps)を示している。ここで、グラフ中、破線で示したように、補強板の凹部3311、圧電素子の面取り部911,912のいずれも形成されていない圧電振動体の場合、剥離が生じるなどしてロータ40の回転が停止した駆動距離は3375mであった。これに対し、実線で示した本実施形態の圧電振動体90では、ロータ40の回転が停止した駆動距離は10367mに達した。すなわち、補強板73における凹部3311の形成、および圧電素子91における面取り部911,912の形成により、駆動可能距離が約3倍にまで延びることがわかる。これは、凹部3311および面取り部911,912の形成により接着不良が生じず、信頼性が向上したことに起因するものと結論できる。また、面取り部911,912から露出した補強板73を介して、連続駆動時における放熱が促進されたことも、駆動可能時間の延長に寄与し得る。
Next, the experimental result about the drive performance of the piezoelectric vibrating
以上説明した本実施形態によれば、第2実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果を奏する。
(10)圧電素子91の角部(面取り部911,912が形成されている角部)に加わる剥離力の大部分は面取り部911,912に加わるようになっており、従来の圧電振動体のように、圧電素子91の角部の尖端に剥離力が集中的に加わるようなことがないから、圧電素子91と補強板73とが、圧電素子91の角部から剥離するのを防止することができる。
According to the present embodiment described above, the following effects are obtained in addition to the effects described in the second embodiment.
(10) Most of the peeling force applied to the corners of the piezoelectric element 91 (the corners where the chamfered
(11)加えて、このように圧電素子91が面取りされていることにより、補強板73の露出面積が増えるため、接着剤の硬化時、高温の雰囲気中に置いた際に、補強板73の温度上昇が速くなり、温度分布も一様となる。このため、補強板73と圧電素子91との間にある接着剤ADの温度上昇も速くなり、接着剤ADの硬化が促進される。これにより、硬化中に接着剤ADが流れ出す時間が短くなり、硬化後の残留応力も少なくなって、接着の信頼性が向上する。
またさらに、圧電素子91の面取り部911,912によって補強板73の露出面積が増えることにより、使用時における放熱が促進される。これにより、接着剤ADの温度上昇が抑えられ、剥離をより確実に防ぐことができる。
すなわち、補強板73の外周面に凹部3311を形成することと、このように圧電素子91の角部に面取り部911,912を形成することとの相乗によって、駆動可能距離が約3倍に延びるほど(図9参照)、剥離防止の効果を飛躍的に高めることができる。
(11) In addition, since the
Furthermore, since the exposed area of the reinforcing
In other words, the synergistic effect of forming the
なお、補強板の凹部、圧電素子の面取り部のいずれも形成されていない圧電振動体と、凹部3311(図5)が形成されておらず面取り部911,912のみが形成されている圧電振動体との比較においては、面取り部911,912の形成により、駆動可能距離を約2倍とすることができる。
In addition, the piezoelectric vibrating body in which neither the concave portion of the reinforcing plate nor the chamfered portion of the piezoelectric element is formed, and the piezoelectric vibrating body in which the concave portion 3311 (FIG. 5) is not formed and only the chamfered
(12)さらに、圧電素子91の面取り部911,912の輪郭線が曲線状に(所謂、R形状に)形成されていることにより、面取り部911,912を直線状に形成する場合に比べて(所謂Cカット)、輪郭線を長くすることができる。すなわち、面取り部911,912の輪郭線が、両端9111,9112において、外周辺91Aおよび外周辺91Bと滑らかに接続されて尖端部が形成されず、当該各接続部分においても剥離力が1点に集中的に加わるようなことがないから、圧電素子91と補強板73とが剥離するのをより効果的に防止することができる。
(12) Furthermore, since the contour lines of the chamfered
(13)圧電振動体90においては、駆動効率を向上させるために、補強板73において、被駆動体としてのロータ40に当接される突起332を最も大きく振動させており、圧電素子91と補強板73とを剥離させようとする剥離力が、補強板73の突起332近傍において最大になっているが、この補強板73の突起332が突出形成されている位置に圧電素子91の面取り部911を形成しており、剥離力が最大になる突起332の位置と、圧電素子91と補強板73とが剥離するのを防止するための面取り部911の位置とがほとんど一致しているので、より効果的に剥離を防止することができる。
また、補強板73において突起332との対角位置に形成される突起333についても、突起332と同様に大きく振動するため、面取り部912の形成により、より効果的に剥離を防止することができる。
(13) In the piezoelectric vibrating
Further, the
(14)図8に示されるように、圧電素子91の外周辺91Bの一部分が、厚さ方向(図8においては紙面に垂直な方向)に沿って補強板73の突起332に重なっているので、突起332が厚さ方向に振動するのが抑制され、厚さ方向に略垂直な振動面(図8においては紙面に平行な面)内において突起332を振動させることができ、所期の駆動効率を実現することができる。同様に、圧電素子91の外周辺91Dの一部分が、厚さ方向に沿って補強板73の突起333に重なっているので、突起333が厚さ方向に振動するのが抑制され、厚さ方向に略垂直な振動面内において突起332と同様の振動を突起333に行わせることができる。したがって、突起332と突起333との平衡を良好にとることができ、突起332を所望の振動状態に保って所期の駆動効率を実現することができる。
(14) As shown in FIG. 8, a part of the
(15)圧電素子91の面取り部911,912の幅Bが、補強板73の突起332の幅bの50分の1よりも大きいので(0.02×b<B)、面取り部911,912を形成したことによる剥離防止効果を十分に発揮することができる。
(15) Since the width B of the chamfered
(16)面取り部911,912の長さ方向(図8においては左右方向)に沿った長さLを大きくして(長さL>幅B)、面取り部911,912自体を大きくしているので、剥離力を面取り部911,912の大きさに応じて分散させることができ、圧電素子91と補強板73との剥離を起こりにくくすることができる。
(16) The chamfered
〔第4実施形態〕
続いて、図10を参照して本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態における圧電アクチュエータは、ロータを正方向および逆方向に回転駆動できる点が前記各実施形態における圧電アクチュエータと相違し、このため、圧電素子に形成された面取り部の配置が第3実施形態と相違する。
[Fourth Embodiment]
Subsequently, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The piezoelectric actuator according to this embodiment is different from the piezoelectric actuator according to each of the embodiments described above in that the rotor can be rotationally driven in the forward direction and the reverse direction. Therefore, the arrangement of the chamfered portion formed in the piezoelectric element is the third embodiment. Is different.
図10は、本実施形態の圧電アクチュエータを構成する圧電振動体100の平面図である。圧電振動体100は、補強板103の表裏両面にそれぞれ圧電素子101が積層されて構成されている。そして、圧電素子101の表面には、金やニッケルなどのめっき、スパッタ、蒸着などで形成した電極をエッチング溝などで分割することにより、長手方向に沿った中心線Cに関して線対称に5つの駆動電極111〜115が設けられている。
FIG. 10 is a plan view of the piezoelectric vibrating
また、補強板103における突起1032および突起1033が、それぞれ、補強板103の幅方向(図10においては上下方向)における中間位置から、長さ方向(図10においては左右方向)に沿って突出形成されている。具体的には、突起1032は、外周辺91Bの中間位置から当該外周辺91Bに対して垂直な方向に沿って突出形成され、突起1033は、外周辺91Dの中間位置から当該外周辺91Dに対して垂直な方向に沿って突出形成されている。前述の駆動電極111〜115について、駆動電圧を印加する対象を中心線Cに対して切り替えることにより、圧電振動体100の振動挙動が線対称に変化して突起1032,1033の楕円軌跡の向きが変わり、ロータ40(図2)を正転または逆転させることができる。具体的に、駆動電極111,113,115に電圧を印加した場合、ロータ40は正方向に回転し、駆動電極112,114,115に電圧を印加した場合、ロータ40は逆方向に回転する。
なお、本実施形態の圧電振動体100の振動挙動は、中心線Cに対して線対称に切り替わるため、圧電振動体100を支持する腕部334が圧電振動体100の幅方向両側に一対設けられ、それぞれ地板に固定されている。
Further, the
In addition, since the vibration behavior of the piezoelectric vibrating
また、補強板103における突起1032および突起1033の付け根部分全体に、それぞれ、圧電素子101における外周辺91Bおよび外周辺91Dが厚さ方向(図10においては紙面に垂直な方向)に沿って重なっており、突起1032および突起1033が厚さ方向に振動するのが抑制されるので、厚さ方向に略垂直な振動面(図10においては紙面に平行な面)内において突起1032および突起1033を振動させることができ、所望の駆動効率を実現することができる。
In addition, the
そして、圧電素子101は、平面視略矩形形状を有しており、当該平面視略矩形状の4つの角部には、当該各角部を面取り形状とする4つの面取り部911,912,913,914がそれぞれ形成されている。ここで、4つの面取り部911〜914は、第3実施形態における面取り部911,912(図8)と同一の形状を有している。
なお、圧電素子101における左下および左上の角部(図10中)は、補強板103の突起1032に最も近い角部であり、当該両角部には面取り部911,913がそれぞれ形成されている。同様に、圧電素子101における右上および右下の角部(図10中)は、補強板103に最も近い角部であり、当該両角部には面取り部912,914がそれぞれ形成されている。
The
Note that the lower left and upper left corners (in FIG. 10) of the
本実施形態によれば、第3実施形態における効果に加えて、次のような効果を奏する。
(17)圧電素子101において互いに隣り合う2つの角部の中間位置に、補強板103の突起1032および突起1033がそれぞれ突出形成されている。ここで、突起1032および突起1033は互いに略同様の振動を行うので、圧電素子101における4つの角部には略均等な剥離力が加わる。そして、これら4つの角部には、剥離力を緩和するための互いに等しい形状の面取り部911〜914がそれぞれ形成されているので、効果的に剥離力を緩和することができ、圧電素子101と補強板103とが剥離するのを効果的に防止することができる。
According to this embodiment, in addition to the effect in 3rd Embodiment, there exist the following effects.
(17) In the
(18)また、圧電素子101の平面視略矩形形状において、4つの外周辺91A〜91Dおよび4つの面取り部911〜914の輪郭線が滑らかに接続されて、尖端部のない外周が形成されており、圧電素子101と補強板103とを剥離させようとする剥離力が1点に集中的に加わるようなことがないから、圧電素子101と補強板103とが剥離するのを効果的に防止することができる。
(18) Further, in the substantially rectangular shape in plan view of the
(19)また、圧電素子101の四隅に面取り部911〜914が形成され、この四隅で補強板103が露出することとなるから、第3実施形態よりも放熱効果が高い。このため、第2、第3実施形態のように、補強板73が圧電素子の四辺から突出するように大きく形成されていなくても、補強板103の大きさは圧電素子101と略同じ大きさのままで、十分な放熱効果が得られる。これにより、圧電振動体100を小型化でき、省スペース化することができる。
(19) Since the chamfered
〔本発明の変形例〕
以上、本発明を実施するための最良の構成について具体的に説明したが、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および改良を加えることができるものである。
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。
[Modification of the present invention]
Although the best configuration for carrying out the present invention has been specifically described above, 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 and improvements can be made by those skilled in the art in terms of materials, quantity, and other detailed configurations.
The description limiting 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 removes a part or all of the limitation is included in the present invention.
例えば、前記各実施形態では、補強板33などの表裏に圧電素子31,32が1枚ずつ貼り合わせられた3層構造のものを示したが、これに限らず、補強部材の表裏両面に圧電素子31,32を2枚〜10枚程度、あるいはそれ以上の枚数貼り合わせて、多層構造とすることにより、大パワー化を図ることもできる。
このような圧電振動体の一例を図11、図12に示した。図11は圧電振動体200の分解斜視図であり、図12は、圧電振動体200の側面図である。
圧電振動体200は、補強板203の表裏両面それぞれに、圧電素子201A〜201C、201D〜201Fが3枚ずつ、合計6枚積層されて構成されるとともに、補強板203には突起332´,333´が形成され、突起332´の押圧によりロータ40を回転駆動する。ここで、補強板203のより具体的な形状や、各圧電素子201A〜201Fに設けられた電極の構成などは前記各実施形態と少し異なるが、この圧電振動体200においても、補強板203の側面外周において、凹部3311が形成されている。このため、これらの圧電素子201A〜201F、および補強板203を順に重ねて互いに接着する際、接着剤がこの凹部3311に溜まり、圧電素子201A〜201F同士や圧電素子201C,201Dと補強板203との間からの接着剤の流出を防止することができる。これにより、接着不良とならず、信頼性を確保できる。そのほか、圧電振動体200においても、前記各実施形態で述べた効果と略同様の効果を奏する。
さらに、各圧電素子201A〜201Fにおいて、突起333´の基部近傍、および突起332´の基部近傍には、それぞれ、面取り部2011A〜2011F、および2012A〜2012Fが設けられている。これにより、積層化された圧電素子による大パワーの印加時でも、前述した他の実施例と同様に応力集中の緩和が図られ、これによって補強板203と圧電素子201C、201Dとの剥離を防止できる。また、金属との接合面に比べて放熱が困難なため、接着面の温度上昇が起こりやすく使用条件の厳しい圧電素子201A,201B間や201E,201F間など、圧電素子同士の接合面の剥離も防ぐことができる。
For example, in each of the above embodiments, a three-layer structure in which the
An example of such a piezoelectric vibrator is shown in FIGS. FIG. 11 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrating
The piezoelectric vibrating
Further, in each of the
また、前記各実施形態では、補強板33などの凹部3311は断面円弧状に形成されていたが、これに限らず、断面コ字状やV字状などに形成されていてもよい。また、前記各実施形態で示した連続して延びる溝状の凹部3311に限らず、例えば、補強部材の側面外周において、複数の凹部が散点的に形成されていてもよい。
また、第1〜第3実施形態において、補強板33,73,93は突起332,333や腕部334を有していたが、これに限らず、例えば補強板の両方の側面に腕部がそれぞれ設けられ、これらの腕部により振動体が両側で固定されていてもよい。
さらに、これらの突起や腕部は補強部材に形成されていなくてもよく、例えば矩形状の補強部材の角部が当接することで圧電振動体の振動が被駆動体に伝達されていたり、矩形状の補強部材に形成された孔でねじ止めするなどの手段によって、振動体が地板などの被取付部に取付固定されていてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the
In the first to third embodiments, the reinforcing
Further, these protrusions and arms may not be formed on the reinforcing member. For example, the vibration of the piezoelectric vibrating body is transmitted to the driven body by the contact of the corners of the rectangular reinforcing member, The vibrating body may be attached and fixed to the attached portion such as the ground plate by means such as screwing with a hole formed in the shape reinforcing member.
前記各実施形態では、圧電アクチュエータの適用例として腕時計を例示したが、これに限定されず、本発明は、懐中時計、置時計、掛け時計などにも適用できる。これらの各種時計において、例えばからくり人形などを駆動する機構としても利用できる。
さらに、時計以外に、カメラのズームやオートフォーカス機構、フィルムの巻き上げ機構、プリンタの紙送り機構や、乗り物並びに人形などの玩具類を駆動する機構などにも、本発明の圧電アクチュエータを適宜使用できる。本発明の圧電アクチュエータは、カメラやプリンタ、玩具などをはじめとして、携帯情報端末、電話機などの各種電子機器に広く利用できる。
なお、圧電アクチュエータにおける被駆動体は、回転駆動されるロータに限らず、直線的に駆動されるスライダなどであってもよい。
In each of the above embodiments, a wristwatch is illustrated as an application example of a piezoelectric actuator. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a pocket watch, a table clock, a wall clock, and the like. In these various timepieces, for example, it can be used as a mechanism for driving a mechanism doll or the like.
In addition to the watch, the piezoelectric actuator of the present invention can be used as appropriate for a camera zoom and autofocus mechanism, a film winding mechanism, a paper feed mechanism for a printer, a mechanism for driving toys such as vehicles and dolls, and the like. . The piezoelectric actuator of the present invention can be widely used in various electronic devices such as a portable information terminal and a telephone, including a camera, a printer, and a toy.
The driven body in the piezoelectric actuator is not limited to the rotor that is rotationally driven, but may be a slider that is linearly driven.
10・・・電子時計(時計)、1・・・ムーブメント(計時手段)、2・・・文字板(計時情報表示部)、3・・・時針(計時情報表示部)、4・・・分針(計時情報表示部)、5・・・秒針(計時情報表示部)、6・・・秒クロノグラフ針(計時情報表示部)、7・・・分クロノグラフ針(計時情報表示部)、20・・・圧電アクチュエータ、30,70,90,100,200・・・圧電振動体、31,32,91,101,201A〜201F・・・圧電素子、33,73,103,203・・・補強板(補強部材)、40・・・ロータ(被駆動体)、61A,61B,61C,81・・・ピン、311・・・積層面、321・・・積層面、331A,331B・・・積層面、731A,731B・・・積層面、811・・・小径部(段差に係る)、812・・・大径部(段差に係る)、911〜914・・・面取り部、3311・・・凹部、AD・・・接着剤。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記圧電素子および前記補強部材の積層されて重ねられた積層面は、接着剤で互いに接着され、
前記補強部材の外周面には、当該補強部材と前記圧電素子との積層方向と交差する方向に窪んだ凹部が形成されている
ことを特徴とする圧電振動体。 A piezoelectric vibrator having a piezoelectric element provided with an electrode and a reinforcing member laminated with the piezoelectric element, and vibrating by applying a voltage to the electrode,
The laminated surfaces of the piezoelectric element and the reinforcing member which are laminated and laminated are bonded to each other with an adhesive,
A concave portion that is recessed in a direction intersecting with the lamination direction of the reinforcing member and the piezoelectric element is formed on the outer peripheral surface of the reinforcing member.
前記補強部材の前記積層面の面積は、前記圧電素子の前記積層面の面積よりも大きく、
前記補強部材は、前記圧電素子と積層されると、前記圧電素子の外周から突出する
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 1,
The area of the laminated surface of the reinforcing member is larger than the area of the laminated surface of the piezoelectric element,
When the reinforcing member is laminated with the piezoelectric element, the reinforcing member protrudes from the outer periphery of the piezoelectric element.
前記圧電素子および前記補強部材は、板状に形成されてその平面方向に沿った面同士が重ねられ、
前記凹部は、前記補強部材の側面に沿って連続した溝状に延びている
ことを特徴とする圧電振動体。 In the piezoelectric vibrating body according to claim 1 or 2,
The piezoelectric element and the reinforcing member are formed in a plate shape, and the surfaces along the plane direction are overlapped,
The concave portion extends in a continuous groove shape along the side surface of the reinforcing member.
前記圧電素子が有する少なくとも1つの角部には、当該角部を面取り形状に形成する面取り部が形成されている
ことを特徴とする圧電振動体。 In the piezoelectric vibrating body according to any one of claims 1 to 3,
At least one corner portion of the piezoelectric element is formed with a chamfered portion that forms the corner portion into a chamfered shape.
前記圧電素子の面取り部は、輪郭線が曲線状に形成されている、
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 4,
The chamfered portion of the piezoelectric element has a contour line formed in a curved shape,
A piezoelectric vibrator characterized by that.
前記圧電素子と前記補強部材との積層方向に沿って延びるピンに前記圧電素子および前記補強部材を当接して位置決めするとともに、
これらの圧電素子および補強部材を接着剤で互いに接着し、
前記圧電素子および前記補強部材を前記積層方向に沿って加圧する
ことを特徴とする圧電振動体の製造方法。 A method of manufacturing a piezoelectric vibrating body having a piezoelectric element provided with an electrode and a reinforcing member laminated with the piezoelectric element and vibrating by applying a voltage to the electrode,
While abutting and positioning the piezoelectric element and the reinforcing member on a pin extending in the stacking direction of the piezoelectric element and the reinforcing member,
These piezoelectric elements and reinforcing members are bonded to each other with an adhesive,
The piezoelectric element and the reinforcing member are pressurized along the laminating direction. A method for manufacturing a piezoelectric vibrator.
前記ピンの軸方向の途上に段差を設け、
前記補強部材の前記圧電素子と積層される積層面の面積を、前記圧電素子の前記補強部材と積層される積層面の面積よりも大きく設け、
前記補強部材を、前記補強部材の前記積層面が前記圧電素子の前記積層面の外側に延出するように前記圧電素子と積層し、前記ピンの段差の段落ち側に当接させる
ことを特徴とする圧電振動体の製造方法。 In the manufacturing method of the piezoelectric vibrating body according to claim 6,
A step is provided in the axial direction of the pin,
The area of the laminated surface laminated with the piezoelectric element of the reinforcing member is set larger than the area of the laminated surface laminated with the reinforcing member of the piezoelectric element,
The reinforcing member is laminated with the piezoelectric element such that the laminated surface of the reinforcing member extends outside the laminated surface of the piezoelectric element, and is brought into contact with the stepped side of the step of the pin. A method for manufacturing a piezoelectric vibrating body.
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 The piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 5, or the piezoelectric vibrator manufactured by the method according to any one of claims 6 and 7, and driven by the vibration of the piezoelectric vibrator. And a driven body.
ことを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus comprising the piezoelectric actuator according to claim 8.
ことを特徴とする電子機器。 The electronic device according to claim 9, wherein the electronic device is a timepiece including a time measuring unit and a time information display unit that displays information timed by the time measuring unit.
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JP2011135719A (en) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric oscillator, piezoelectric actuator, electronic device, and manufacturing method for the piezoelectric oscillator |
JP2016226129A (en) * | 2015-05-29 | 2016-12-28 | キヤノン株式会社 | Vibration wave motor |
-
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