JP2008199773A - 駆動装置および駆動装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気機械変換素子の接着が確実な摩擦駆動方式の駆動装置を提供する。
【解決手段】電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子２と、電気機械変換素子２を固定する錘３と、電気機械変換素子２に一端が固定された振動部材４と、振動部材４に摩擦係合する摩擦係合部材５とを有する駆動装置１において、電気機械変換素子２の母材１０と、錘３の母材１１と、振動部材４の母材１２とを接着した後に、電気機械変換素子２、錘３および振動部材４を一体に切り出す。
【選択図】図１
【解決手段】電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子２と、電気機械変換素子２を固定する錘３と、電気機械変換素子２に一端が固定された振動部材４と、振動部材４に摩擦係合する摩擦係合部材５とを有する駆動装置１において、電気機械変換素子２の母材１０と、錘３の母材１１と、振動部材４の母材１２とを接着した後に、電気機械変換素子２、錘３および振動部材４を一体に切り出す。
【選択図】図１
Description
本発明は、電気機械変換素子を用いた摩擦駆動方式の駆動装置、摩擦駆動方式の駆動装置の製造方法に関する。
例えば特許文献１に記載されているように、電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、電気機械変換素子に一端が固定され、電気機械変換素子の伸縮によって、軸方向に往復変位可能な軸状の振動部材と、振動部材に摩擦係合し、振動部材の往復変位によって、振動部材に対してすべり変位する（摩擦係合部材が移動する場合と、振動部材が移動する場合とがある）摩擦係合部材とを有する駆動装置が公知である。
摩擦駆動方式の駆動装置は、径が１ｍｍ程度の振動部材が使用されるような小型の駆動装置に適用され、電気機械変換素子と振動部材との間の接着、または、電気機械変換素子の他端を錘に固定する場合には、電気機械変換素子と錘との間の接着を保証することが容易ではない。
例えば、電気機械変換素子の伸縮方向と振動部材の軸方向とが一致しないと、共振周波数が変化して、製品毎に駆動性能がばらつくという問題がある。また、電気機械変換素子に対して振動部材が折れ曲がって接着されると、接着部に曲げ応力が作用して接着が剥がれたりする可能性もある。また、接着面が小さいために、接着剤の量を管理することが容易ではなく、接着力不足や接着剤のはみ出しによる不良などの危険がある。
前記問題点に鑑みて、本発明は、電気機械変換素子の接着が確実な摩擦駆動方式の駆動装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明による駆動装置の第１の態様は、電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に一端が固定され、前記電気機械変換素子の伸縮によって、軸方向に往復変位可能な振動部材と、前記振動部材に摩擦係合し、前記振動部材の往復変位によって、前記振動部材に対してすべり変位する摩擦係合部材とを有し、前記電気機械変換素子と前記振動部材とは、前記電気機械変換素子の伸縮方向と直角方向に長いそれぞれの母材を互いに接着した後に、前記電気機械変換素子と前記振動部材とを一体に切り分けてなるものとする。
また、本発明による駆動装置の第２の態様は、電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端が固定された錘と、前記電気機械変換素子に他端に一端が固定され、前記電気機械変換素子の伸縮によって、軸方向に往復変位可能な振動部材と、前記振動部材に摩擦係合し、前記振動部材の往復変位によって、前記振動部材に対してすべり変位する摩擦係合部材とを有し、前記電気機械変換素子と前記錘とは、前記電気機械変換素子の伸縮方向と直角方向に長いそれぞれの母材を互いに接着した後に、前記電気機械変換素子と前記錘とを一体に切り分けてなるものとする。
これらの構成によれば、電気機械変換素子と、振動部材および錘の少なくともいずれかとを、それぞれの母材同士を接着してから、一体に切り分けるので、接着面積が大きく、接着材の塗布量、圧接力、母材間の平行度などの管理が容易である。これによって、電気機械変換素子の振動部材や錘に対する接着が均一で高い接着強度を得られる。このため、駆動装置の製品毎のバラツキが小さく、信頼性の高い駆動装置が提供できる。
また、本発明による駆動装置の製造方法の第１の態様は、電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に一端が固定され、前記電気機械変換素子の伸縮によって、軸方向に往復変位可能な振動部材と、前記振動部材に摩擦係合し、前記振動部材の往復変位によって、前記振動部材に対してすべり変位する摩擦係合部材とを有する駆動装置の製造方法であって、前記電気機械変換素子と前記振動部材とは、前記電気機械変換素子の伸縮方向と直角方向に長いそれぞれの母材を互いに接着した後に、前記電気機械変換素子と前記振動部材とを一体に切り分ける方法とする。
また、本発明による駆動装置の製造方法の第２の態様は、電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端が固定された錘と、前記電気機械変換素子に他端に一端が固定され、前記電気機械変換素子の伸縮によって、軸方向に往復変位可能な振動部材と、前記振動部材に摩擦係合し、前記振動部材の往復変位によって、前記振動部材に対してすべり変位する摩擦係合部材とを有する駆動装置の製造方法であって、前記電気機械変換素子と前記錘とは、前記電気機械変換素子の伸縮方向と直角方向に長いそれぞれの母材を互いに接着した後に、前記電気機械変換素子と前記錘とを一体に切り分ける方法とする。
これらの方法によれば、電気機械変換素子を振動部材および錘の少なくともいずれかを、それぞれの母材同士を接着してから、一体に切り分けるので、電気機械変換素子の振動部材や錘に対する接着が均一で高い接着強度を得られる。これにより、駆動装置の製品毎のバラツキが小さく、信頼性の高い駆動装置を製造できる。
また、本発明の駆動装置の製造方法の第１の態様において、前記電気機械変換素子と前記振動部材とを、断面形状が等しい四角柱状に切り分けてもよい。
また、本発明の駆動装置の製造方法の第２の態様において、前記電気機械変換素子の母材に、さらに、前記振動部材の母材を接着した後に、前記電気機械変換素子、前記錘および前記振動部材を一体に切り分けてもよい。
また、本発明の駆動装置の製造方法の第２の態様において、前記電気機械変換素子と前記錘とを、断面形状が等しい四角柱状に切り分けてもよい。
また、本発明の駆動装置の製造方法の第１および第２の態様において、前記母材間の接着は、熱硬化性接着剤によって行ってもよく、焼成によって行ってもよい。
また、本発明の駆動装置の製造方法の第１および第２の態様において、前記錘は焼成体からなり、好ましくはタングステン粒体を重量５０％以上含み、前記母材間の接着は、前記錘の焼成と同時に行ってもよい。
また、本発明の駆動装置の製造方法の第１および第２の態様において、前記振動部材は、熱硬化性材料からなってもよい。
本発明によれば、電気機械変換素子を振動部材および錘の少なくともいずれかを、それぞれの母材同士を接着してから、一体に切り分けるので、電気機械変換素子の振動部材や錘に対する接着が均一で高い接着強度を得られる。これにより、駆動装置の製品毎のバラツキが小さく、信頼性の高い駆動装置が提供できる。
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態に係る駆動装置１を示す。駆動装置１は、圧電素子（電気機械変換素子）２の一端に錘３が固定され、圧電素子２の他端に軸状の振動部材４が固定され、振動部材４を挟み込むようにして摩擦係合部材５が係合している。駆動装置１は、錘３が機器の筐体などに固定され、圧電素子２の伸縮によって摩擦係合部材５を振動部材４上で移動（すべり変位）させる。
圧電素子２は、互い違いに偏って配置された電極７に挟み込まれたＰＺＴ粒子層６を積層して焼成したものであり、導電性塗料を塗布することによって同じ方向に偏って配置された電極７同士をそれぞれ接続する一対の集合電極８が形成され、集合電極８に電圧を印加するためのリード線９が配線されている。
圧電素子２、錘３および振動部材４は、圧電素子２の伸縮方向に直交する断面形状がほぼ同じ正方形をしており、圧電素子２は、集合電極８の分だけ錘３および振動部材４より断面が大きくなっている。
圧電素子２は、集合電極８に電圧が印加されると、印加された電圧に応じて、ＰＺＴ粒子層６の積層方向に伸縮する。振動部材４は、圧電素子２の伸縮によって軸方向に往復変位する。摩擦係合部材５は、振動部材４が緩慢に移動するときは、振動部材４に係合したままともに移動するが、振動部材４が急峻に移動するときは、自身の慣性力によってその場に留まろうとして、振動部材４に対してすべり変位する。よって、駆動装置１は、リード線９を介して印加する電圧の波形を調節することによって、摩擦係合部材５を自在に移動させることができる。
続いて、本実施形態の駆動装置１の製造工程を、図２から図５に順番に示す。本実施形態では、先ず、図２に示すように、ＰＺＴ粒子を圧電素子２と同じ幅の帯状にバインダによって固めてなるグリーンシート（ＰＺＴ粒子層）６を複数積層する。このグリーンシート６の表面には、片側の縁部を残して導電性塗料を塗布して電極７が形成されており、グリーンシート６は、電極７が互い違いに配置されるように積層される。この積層したグリーンシート６を焼成することで圧電母材１０が形成される。圧電母材１０は、圧電素子２をその伸縮方向と直角な方向に長く引き延ばした棒状をなし、切り分けることによって複数の圧電素子２に分離することができる。
次に、図３に示すように、圧電母材１０の表裏に、それぞれ、圧電母材１０と同じ幅と長さを有する棒状のタングステンからなる錘母材１１と圧電母材１０と同じ幅と同じ長さをと有する熱硬化性のエポキシ樹脂からなる振動母材１２とを、熱硬化性のエポキシ系接着剤によって接着する。
錘母材１１、圧電母材１０および振動母材１２の積層体を加熱炉で加熱することにより、接着剤が硬化し、圧電母材１０に錘母材１１および振動母材１２が堅固に接合される。接着剤が十分に硬化したならば、図４に示すように、圧電母材１０、錘母材１１および振動母材１２を一体に、所望の振動部材４厚み分だけ、ダイサなどを用いて切り分ける。これにより、圧電素子２、錘３および振動部材４は、一体に、四角柱状に切り取られる。
圧電素子２、錘３および振動部材４を一体に切り分けたなら、圧電素子２の、電極７が１つおきに露出している２つの面に、それぞれ、導電性塗料を塗布して集合電極８を形成する。そして、集合電極８にリード線９をそれぞれボンディングする。
最後に、振動部材４に摩擦係合部材５を係合させれば、駆動装置１が完成する。
このようにして製造した駆動装置１は、圧電素子２に切り分ける前の圧電母材１０に、錘母材１１および振動母材１２を接着するので、それらの接着面積が大きく、接着剤をムラなく塗布し、接着剤の厚みが均一になるように接着できる。これによって、切り分けた後の製品毎に接着状態がばらつかず、製品の性能が一定になる。また、接着剤の過不足がなくなるので、接着面の信頼性が高く、故障し難い。
また、駆動装置１では、圧電素子２と錘３および振動部材４とを一体に切り出すので、圧電素子２に対して錘３や振動部材４が折れ曲がって接続されることがない。これによって、駆動装置１を使用する際に、接着部に曲げ応力が作用して接着剤の剥がれを誘発することがない。
また、圧電素子２、錘３および振動部材４を、四角柱状にすることで、母材１０，１１，１２の積層体からの切り出しが容易となり、振動部材４の平行な２つの平面を摩擦係合部材５の２つの平面で挟み込むことで、接触面積が大きく、摩擦力が安定し、駆動装置１の性能のばらつきが小さくなる。
また、摩擦係合部材４を熱硬化性のエポキシ樹脂で形成することで、焼成時に硬度を高め、より好ましい特性を得ることができる。
さらに、図６から図９に、本発明の第２実施形態の圧電素子の製造工程を示す。本実施形態において、錘母材１１は、タングステン粒子とＰＺＴ粒子とを重量１対１で混合してバインダによって固めてなり、圧電素子２の伸縮方向と直角な方向に長く、且つ、幅広である（２方向に長い）。
本実施形態では、図６に示すように、このような錘母材１１の上に、錘母材１１と幅と長さが等しい複数のグリーンシート６を積層して圧電母材１０を形成する。本実施形態のグリーンシート６には、全面に、導電性塗料によって電極７が形成されている。さらに、グリーンシート６の上に、幅と長さが等しいカーボン製のブロック状の振動母材１２を積層する。そして、この錘母材１１、圧電母材１０および振動母材１２の積層体を加熱炉内で焼成することで、錘母材１１および圧電母材１０がそれぞれ焼結して硬度を得るとともに、錘母材１１と圧電母材１０と、および、圧電母材１０と振動母材１２とがそれぞれ固着する。
焼成後、図７に示すように、圧電母材１０、錘母材１１および振動母材１２の積層体を縦横にダイサなどを用いて切り分け、四角柱状に一体となった圧電素子２、錘３および振動部材４を切り出す。
本実施形態では、図８に示すように、圧電素子２の一面に露出する電極７を絶縁性塗料１３によって１つおきにコーティングし、コーティングしていない電極７を圧電素子２の反対面で同様に絶縁性塗料１３によりそれぞれコーティングする。
さらに、図９に示すように、圧電素子２の絶縁性塗料１３のコーティングを施した面を、導電性塗料により全体的にコーティングすることで、ひとつおきに配設された電極７を接続する集合電極８を形成する。そして、集合電極８にリード線９をそれぞれボンディングし、振動部材４に摩擦係合部材５を係合させる。
本実施形態では、圧電母材１０、錘母材１１および振動母材１２がいずれも焼成可能な材質からなっているので、積層状態で加熱焼成することで圧電母材１０に錘母材１１および振動母材１２を強固に接着することができる。
さらに、本実施形態では、錘母材１１をＰＺＴ粒子とタングステン粒子とを混合して形成している。錘母材１１に圧電母材１０に使用されるＰＺＴ粒子を用いたことで、錘母材１１の熱膨張率が圧電母材１０の熱膨張率に近いものとなっている。これによって、加熱時および冷却時に膨張率の違いによる割れが発生しないようにしている。また、錘母材１０に使用するタングステンは、密度が高く、焼成可能な材料であるので、重量５０％以上使用することで錘３の効果を高めることができる。
以上の実施形態では、圧電母材１０に錘母材１１および振動母材１２を接着してから、圧電素子２、錘３および振動部材４を一体に切り出しているが、圧電母材１０と錘母材１１とだけを接着して、圧電素子２と錘３とを一体に切り出し、所望の（例えば円柱状の）振動部材４を圧電素子２に接着することもできる。
また、駆動装置１を固定する筐体などが十分に堅固で質量が大きい場合には、錘３は不要である。また、大きな駆動トルクを必要とする場合は、錘３をより大きくする必要があるかもしれない。そのような場合には、圧電母材１０と振動母材１２とを接着し、圧電素子２と振動部材４とだけを一体に切り出すようにしてもよい。
図１の実施形態において、錘３をレンズユニットの筐体に固定し、摩擦係合部材５にレンズを保持すれば、素子固定式のレンズ移動機構になる。また、錘３を移動ステージに固定し、摩擦係合部材５を筐体に固定すれば、振動部材４、圧電素子２および錘３が摩擦係合部材５に対して移動（摩擦係合部材５が相対的に振動部材４に対してすべり変位）して移動ステージを駆動する、自走式のステージ移動機構となる。
１ 駆動装置
２ 圧電素子（電気機械変換素子）
３ 錘
４ 振動部材
５ 摩擦係合部材
６ 電極
７ グリーンシート
８ 集合電極
９ リード線
１０ 圧電母材
１１ 錘母材
１２ 振動母材
Claims (12)
- 電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子に一端が固定され、前記電気機械変換素子の伸縮によって、軸方向に往復変位可能な振動部材と、
前記振動部材に摩擦係合し、前記振動部材の往復変位によって、前記振動部材に対してすべり変位する摩擦係合部材とを有し、
前記電気機械変換素子と前記振動部材とは、前記圧電素子の伸縮方向と直角方向に長いそれぞれの母材を互いに接着した後に、前記電気機械変換素子と前記振動部材とを一体に切り分けてなることを特徴とする駆動装置。 - 電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の一端が固定された錘と、
前記電気機械変換素子に他端に一端が固定され、前記電気機械変換素子の伸縮によって、軸方向に往復変位可能な振動部材と、
前記振動部材に摩擦係合し、前記振動部材の往復変位によって、前記振動部材に対してすべり変位する摩擦係合部材とを有し、
前記電気機械変換素子と前記錘とは、前記圧電素子の伸縮方向と直角方向に長いそれぞれの母材を互いに接着した後に、前記電気機械変換素子と前記錘とを一体に切り分けてなることを特徴とする駆動装置。 - 電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子に一端が固定され、前記電気機械変換素子の伸縮によって、軸方向に往復変位可能な振動部材と、
前記振動部材に摩擦係合し、前記振動部材の往復変位によって、前記振動部材に対してすべり変位する摩擦係合部材とを有する駆動装置の製造方法であって、
前記電気機械変換素子と前記振動部材とは、前記圧電素子の伸縮方向と直角方向に長いそれぞれの母材を互いに接着した後に、前記電気機械変換素子と前記振動部材とを一体に切り分けることを特徴とする駆動装置の製造方法。 - 前記電気機械変換素子と前記振動部材とを、断面形状が等しい四角柱状に切り分けることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置の製造方法。
- 電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の一端が固定された錘と、
前記電気機械変換素子に他端に一端が固定され、前記電気機械変換素子の伸縮によって、軸方向に往復変位可能な振動部材と、
前記振動部材に摩擦係合し、前記振動部材の往復変位によって、前記振動部材に対してすべり変位する摩擦係合部材とを有する駆動装置の製造方法であって、
前記電気機械変換素子と前記錘とは、前記圧電素子の伸縮方向と直角方向に長いそれぞれの母材を互いに接着した後に、前記電気機械変換素子と前記錘とを一体に切り分けることを特徴とする駆動装置の製造方法。 - 前記電気機械変換素子の母材に、さらに、前記振動部材の母材を接着した後に、前記電気機械変換素子、前記錘および前記振動部材を一体に切り分けることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置の製造方法。
- 前記電気機械変換素子と前記錘とを、断面形状が等しい四角柱状に切り分けることを特徴とする請求項５または６に記載の駆動装置の製造方法。
- 前記母材間の接着は、熱硬化性接着剤によって行うことを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の駆動装置の製造方法。
- 前記母材間の接着は、焼成によって行うことを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の駆動装置の製造方法。
- 前記錘は焼成体からなり、前記母材間の接着は、前記錘の焼成と同時に行うことを特徴とする請求項９に記載の駆動装置の製造方法
- 前記錘は、タングステン粒体を重量５０％以上含むことを特徴とする請求項５から１０のいずれかに記載の駆動装置の製造方法。
- 前記振動部材は、熱硬化性材料からなることを特徴とする請求項３から１１のいずれかに記載の駆動装置の製造方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2010103174A (ja) * | 2008-10-21 | 2010-05-06 | Tdk Corp | 圧電アクチュエータ |
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| CN101931339A (zh) * | 2009-06-19 | 2010-12-29 | 株式会社村田制作所 | 压电致动器 |
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-
2007
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