JP2008199773A - 駆動装置および駆動装置の製造方法 - Google Patents

駆動装置および駆動装置の製造方法 Download PDF

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龍一 吉田
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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

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。
特開2002−142470号公報

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。

本発明の第1実施形態の駆動装置の概略図。 図1の駆動装置の製造工程を示す斜視図。 図1の駆動装置の次の製造工程を示す斜視図。 図1の駆動装置の次の製造工程を示す斜視図。 図1の駆動装置の次の製造工程を示す斜視図。 本発明の第2実施形態の駆動装置の製造工程を示す斜視図。 図6の駆動装置の次の製造工程を示す斜視図。 図6の駆動装置の次の製造工程を示す斜視図。 図6の駆動装置の次の製造工程を示す斜視図。

符号の説明

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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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
  11. 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。
  12. 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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