JP2010233338A - 圧電モーター、液体噴射装置及び時計 - Google Patents

圧電モーター、液体噴射装置及び時計 Download PDF

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Abstract

【課題】圧電素子の振動特性を向上することができる圧電モーター、液体噴射装置及び時計を提供する。
【解決手段】圧電体層４０と、該圧電体層４０を挟んだ両面にそれぞれ設けられた第１電極５０及び第２電極６０と、を有する圧電素子３０と、該圧電素子３０の前記第１電極５０側に固定された振動部材と、を備える圧電アクチュエーターと、前記振動部材が当接されて回転する回転軸と、を具備する圧電モーターであって、前記圧電体層４０が、短手方向中心側に設けられて縦振動を励起する縦振動励起領域４１と、該縦振動励起領域４１を挟んで対角となる領域が一対となる２組の屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域４２、４３と、を有し、前記圧電体層４０の前記縦振動励起領域４１と前記屈曲振動励起領域４２、４３の一方の組４２と、前記屈曲振動励起領域４２、４３の他方の組４３との分極方向を逆転させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、圧電素子によって被駆動部を駆動する圧電モーター、圧電モーターを用いた液体噴射装置及び圧電モーターを用いた時計に関する。
圧電モーターは、圧電素子を具備する圧電アクチュエーターによって回転軸を回転駆動させるものである。ここで、圧電モーターに用いられる圧電アクチュエーターは、振動部材と、振動部材の一方面側に保持された圧電素子とを具備する。圧電アクチュエーターを構成する圧電素子は、圧電体層を２つの電極で挟持したものである。
ここで、圧電体層には、圧電素子に縦振動を励起する縦振動励起領域と、圧電素子に屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域とが設けられている（例えば、特許文献１参照）。
縦振動励起領域は、圧電体層の短手方向の中央側に設けられ、屈曲振動励起領域は、短手方向で縦振動励起領域を挟んだ対角となる位置に２組設けられている。そして、圧電アクチュエーターは、縦振動励起領域で縦方向に伸張・収縮を行うことで縦振動が行われる。また、圧電アクチュエーターは、２組の屈曲振動励起領域の一方を伸張、他方を収縮させる屈曲駆動と、これを逆転させて一方を収縮、他方を伸張させる屈曲駆動とを交互に繰り返すことで屈曲振動が行われる。そしてこれらの縦振動及び屈曲振動を交互に繰り返すことで、圧電素子の長手方向の端部が楕円軌道を描くように駆動される。
特開２００７−２６７４８２号公報
しかしながら、従来の縦振動励起領域と屈曲振動励起領域とは、一方の電極を５分割することで形成されているため、電極に接続する配線数が増大し、配線の質量が圧電素子の振動を阻害する要因になる虞があるという問題がある。
また、上述した従来構成では、複数の電極に複数の配線を接続するため、接続箇所が増加し、接続時の熱や圧力などによって圧電素子の振動特性が変化し、均一な特性の圧電素子を得ることができなくなる虞があるという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の振動特性を向上することができる圧電モーター、液体噴射装置及び時計を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の態様は、圧電体層と、該圧電体層を挟んだ両面にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、を有する圧電素子と、該圧電素子の前記第１電極側に固定された振動部材と、を備える圧電アクチュエーターと、前記振動部材が当接されて回転する回転軸と、を具備する圧電モーターであって、前記圧電体層が、短手方向中心側に設けられて縦振動を励起する縦振動励起領域と、該縦振動励起領域を挟んで対角となる領域が一対となる２組の屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域と、を有し、前記圧電体層の前記縦振動励起領域と前記屈曲振動励起領域の一方の組と、前記屈曲振動励起領域の他方の組との分極方向が逆転していることを特徴とする圧電モーターにある。
かかる態様では、従来に比べて、一方の電極を複数に分割する必要が無く、全ての屈曲振動励起領域に同一の電界を印加することができる。したがって、電極同士を接続する配線や外部からの配線を接続する数を減少させることができる。このため、電極に接続する配線数の増大によって圧電素子の振動が阻害されることがなく、圧電素子の変位特性を向上することができる。また、電極に接続する配線数を減少させて、配線接続時の熱や圧力などによる圧電素子の振動特性の変化を抑制し、均一な特性の圧電素子を得ることができる。さらに、配線の接続数を減らすことで、コストを低減することができる。
ここで、前記第２電極は、２組の前記屈曲振動励起領域に連続して設けられた屈曲振動用電極部と、前記縦振動励起領域に設けられた縦振動用電極部と、を有することが好ましい。これによれば、さらに屈曲振動用電極部を２組の屈曲振動励起領域に連続させることで、配線の接続数を減少させることができる。
また、前記屈曲振動用電極部は、前記圧電素子の長手方向端部で連続していることが好ましい。これによれば、圧電素子の振動に寄与し難い領域で屈曲振動用電極部を連続させることで、圧電素子の変位特性を低下することなく、屈曲振動用電極部に接続する配線の数を減少させることができる。
また、前記第１電極には、前記圧電体層の分極方向の異なる領域で分割され、且つ電気的に導通するように設けられた第１分極用電極部及び第２分極用電極部を有することが好ましい。これによれば、第１分極用電極部及び第２分極用電極部を用いて、圧電体層を各領域で異なる分極方向で分極処理することができる。
さらに、本発明の他の態様は、上記態様の圧電モーターを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる態様では、コストを低減して小型化した液体噴射装置を実現できる。
ここで、前記圧電モーターが、液体が噴射される被噴射媒体を搬送する給紙手段として用いられることが好ましい。これによれば、安定した給紙を行うことができる液体噴射装置を実現できる。
また、本発明の他の態様は、上記態様の圧電モーターを具備することを特徴とする時計にある。かかる態様では、コストを低減して小型化した時計を実現できる。
実施形態１に係る圧電モーターの分解斜視図である。 実施形態１に係る圧電モーターの平面図である。 実施形態１に係る圧電モーターの断面図である。 実施形態１に係る圧電アクチュエーターの要部平面図である。 実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す平面図である。 実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す平面図である。 実施形態１に係る圧電モーターの制御系を示す図である。 実施形態２に係る圧電アクチュエーターの要部平面図である。 一実施形態に係る記録装置の概略斜視図である。 一実施形態に係る記録装置の要部拡大平面図である。 一実施形態に係る時計の平面図である。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る圧電モーターの分解斜視図であり、図２は、圧電モーターの平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図であり、図４は、圧電アクチュエーターの要部平面図である。
図示するように、本実施形態の圧電モーター１を構成する圧電アクチュエーター１０は、振動部材２０と、振動部材２０の両面にそれぞれ接着された圧電素子３０とを具備する。
振動部材２０の両面にそれぞれ設けられた圧電素子３０は、圧電体層４０と、圧電体層４０の振動部材２０側に設けられた第１電極５０と、圧電体層４０の第１電極５０とは反対側に設けられた第２電極６０と、を有する。
圧電体層４０は、電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層４０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。もちろん、本実施形態の圧電体層４０は、上記した材料に限定されるものではないが、優れた電気機械変換作用を有する圧電体層４０として、鉛を含有するものが挙げられる。
圧電体層４０は、第２電極６０が設けられた面内において、圧電素子３０に縦振動を励起する縦振動励起領域４１と、圧電素子３０に屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域４２、４３とに分割されている。
具体的には、圧電体層４０は、図４（ａ）に示すように、短手方向（詳しくは後述する振動部材２０の当接部２１が設けられた方向とは交差する方向）にほぼ三等分された中央部に縦振動励起領域４１が設けられている。また、圧電素子３０の短手方向における縦振動励起領域４１の両側には、長手方向に２分割されて対角となる領域が一対となる２組（すなわち２対）の屈曲振動励起領域４２、４３が設けられている。
このような圧電体層４０は、縦振動励起領域４１及び屈曲振動励起領域４２、４３の一方の組と、屈曲振動励起領域４２、４３の他方の組とは、分極方向が逆転するように設けられている。本実施形態では、縦振動励起領域４１及び一方の組の屈曲振動励起領域４２を第２電極６０側が正極性（＋）で第１電極５０側が負極性（−）となるように分極すると共に、他方の組の屈曲振動励起領域４３を第２電極６０側が負極性（−）で第１電極５０側が正極性（＋）となるように分極した。
圧電体層４０の分極処理の方法は、特に限定されないが、本実施形態では、第１電極５０を分極方向が異なる領域で分離し、第１電極５０の分離した領域に順次、互いに逆方向となる電圧を印加することで圧電体層４０の分極処理を行うようにした。
第１電極５０は、図４（ｂ）に示すように、分極方向が同じ縦振動励起領域４１及び一方の組の屈曲振動励起領域４２に相対向して設けられた第１分極用電極部５１と、分極方向が逆転する他方の組の屈曲振動励起領域４３に相対向して設けられた第２分極用電極部５２とが分極用溝部５３によって隔離されて面内方向で分割されている。
また、第１電極５０は、図３に示すように、振動部材２０に固定される。このとき、振動部材２０を導電性材料で形成することで、第１分極用電極部５１と第２分極用電極部５２とは、振動部材２０を介して電気的に導通される。ちなみに、第１電極５０と振動部材２０とを絶縁性の接着剤で接着したとしても、第１電極５０と振動部材２０とを互いに押圧した状態で接着することで、２つの第１分極用電極部５１及び第２分極用電極部５２を互いに電気的に導通させることができる。したがって、第１分極用電極部５１と第２分極用電極部５２とは、面内方向で分極用溝部５３によって物理的に分割されているが、振動部材２０を介して電気的に導通されたものである。すなわち、本実施形態の振動部材２０は、２つの圧電素子３０の第１電極５０同士を電気的に導通させる共通電極としても機能する。
このような第１分極用電極部５１と第２分極用電極部５２とを利用して、上述したように圧電体層４０の分極処理が行われる。すなわち、振動部材２０に接合する前の圧電素子３０を分極処理する際に、例えば、第１分極用電極部５１と第２電極６０との間に一方向となる電圧を印加して分極処理を行った後、第２分極用電極部５２と第２電極６０との間に、反対方向の電圧を印加して分極処理を行うことで、圧電体層４０に分極方向の異なる２つの領域を容易に形成することができる。
なお、本実施形態では、第１電極５０として、第１分極用電極部５１と第２分極用電極部５２とを設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、第１分極用電極部５１と第２分極用電極部５２とによって圧電体層４０の分極処理を行った後、第１分極用電極部５１及び第２分極用電極部５２を除去して新たに分割されていない第１電極を形成するようにしてもよい。
第２電極６０は、圧電体層４０の第１電極５０とは反対側に設けられたものであり、図４（ｃ）に示すように、面内の圧電素子３０の短手方向において、圧電体層４０の縦振動励起領域４１と、縦振動励起領域４１の両側に設けられた屈曲振動励起領域４２、４３とを隔離して分割する溝部７０を有する。溝部７０は、圧電素子３０の短手方向において、圧電体層４０の縦振動励起領域４１と、縦振動励起領域４１の両側に設けられたそれぞれの屈曲振動励起領域４２、４３との境界に沿って設けられている。これにより、第２電極６０は、圧電体層４０の縦振動励起領域４１に対応して設けられた縦振動用電極部６１と、縦振動励起領域４１の短手方向両側に設けられ屈曲振動励起領域４２、４３とに設けられた第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３との３つの電極部６１〜６３で構成されている。第１屈曲振動用電極部６２は、縦振動励起領域４１の短手方向の一方側に設けられて、屈曲振動励起領域４２を構成する２つの領域の一方４２Ａと、屈曲振動励起領域４３を構成する２つの領域の一方４３Ａとに跨って設けられている。また、第２屈曲振動用電極部６３は、縦振動励起領域４１の短手方向の他方側に設けられて、屈曲振動励起領域４２を構成する２つの領域の他方４２Ｂと、屈曲振動励起領域４３を構成する２つの領域の他方４３Ｂとに跨って設けられている。また、縦振動用電極部６１の短手方向両側にそれぞれ設けられた第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３は、縦振動用電極部６１の長手方向両端部において互いに連続するように設けられている。すなわち、第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３は、面内で物理的及び電気的に連続して設けられている。したがって、上述した溝部７０は、第２電極６０の表面に矩形状に設けられ、矩形状に設けられた溝部７０の内側に縦振動用電極部６１が画成されていると共に溝部７０の外側に第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３が一体的に画成されている。
ちなみに、圧電素子３０の長手方向の両端部は、圧電素子３０の振動にほとんど寄与しない不活性領域であるため、縦振動用電極部６１の長手方向両端部で、第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３が互いに連続するように設けても、圧電素子３０の振動特性が低下することはない。
このような構成の第２電極６０では、第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３が連続しているため、第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３には同一の駆動信号が印加される。これにより、圧電体層４０の２組の屈曲振動励起領域４２、４３には同じ方向の電圧（電界）が同じタイミングで印加される。しかしながら、一方の組の屈曲振動励起領域４２と他方の組の屈曲振動励起領域４３とは、分極方向が逆転しているため、２組の屈曲振動励起領域４２、４３の変形も同様に反転する。すなわち、２組の屈曲振動励起領域４２、４３に同一方向の電界が印加されても、一方の組の屈曲振動励起領域４２は伸張変形し、他方の組の屈曲振動励起領域４３は収縮変形する。また、印加する電界の方向を逆転させると、２組の屈曲振動励起領域４２、４３の伸張・収縮が反転する。すなわち、一方の屈曲振動励起領域４２は収縮し、他方の屈曲振動励起領域４３は伸張する。
このように、圧電体層４０の縦振動励起領域４１を挟んで対角に位置して対をなす２組の屈曲振動励起領域４２、４３をそれぞれ伸張又は収縮させることで、圧電素子３０をＳ字状及び逆Ｓ字状に屈曲させることができる。
なお、第１電極５０及び第２電極６０は、導電性が高い材料、例えば、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの金属を用いることができる。また、第１電極５０、第２電極６０の圧電体層４０側には、第１電極５０及び第２電極６０には、密着性を向上する密着層を設けてもよい。
また、図１に示すように、振動部材２０は、上述のように圧電素子３０の第１電極５０側と同じ表面形状を有すると共に、長手方向の一端部側に圧電素子３０よりも突出するように延設された当接部２１が設けられている。また、振動部材２０の圧電素子３０の長手方向中央部には、圧電素子３０の短手方向両側に向かって延設された一対の腕部２２を有する。この腕部２２には、厚さ方向に貫通する貫通孔２３が設けられており、貫通孔２３を挿通させたねじ部材８６を介して詳しくは後述する保持部材８１に固定される。すなわち、圧電アクチュエーター１０は、振動部材２０の腕部２２が保持部材８１に固定されることで、圧電素子３０は保持部材８１に対して腕部２２を基点として縦振動及び屈曲振動が可能となるように保持される。
このような圧電アクチュエーター１０では、圧電素子３０の縦振動励起領域４１と、屈曲振動励起領域４２、４３とをそれぞれ面方向で縦振動及び屈曲振動するように駆動する。すなわち、図５（ａ）に示すように、振動部材２０の面方向において、縦振動励起領域４１を縦方向（長手方向）に伸張・収縮させることで、圧電素子３０を長手方向に縦振動を行わせる。
また、図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、振動部材２０の面方向において、屈曲振動励起領域４２、４３を伸張・収縮させることで圧電素子３０を屈曲駆動させる。具体的には、圧電素子３０の短手方向で対角となる一方の組の屈曲振動励起領域４２を伸張させると同時に対角となる他方の一対の屈曲振動励起領域４３を収縮させる。これにより、図５（ｂ）に示すように圧電素子３０をＳ字状に変形させる。また、伸張していた屈曲振動励起領域４２を収縮させると同時に収縮していた屈曲振動励起領域４３を伸張させることで、図５（ｃ）に示すように、圧電素子３０を逆Ｓ字状に屈曲させる。この図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示す屈曲変形を交互に繰り返させることで、圧電素子３０にＳ字状及び逆Ｓ字状の屈曲振動が行われる。
そして、圧電素子３０に縦振動励起領域４１による縦振動と屈曲振動励起領域４２、４３による屈曲振動とを交互に繰り返させることで、図６に示すように、圧電素子３０の長手方向の端部、すなわち、振動部材２０の当接部２１を楕円軌道を描くように回転駆動することができる。具体的には、圧電素子３０に、縦方向（長手方向）の伸張、Ｓ字状の屈曲、縦方向の収縮、逆Ｓ字状の屈曲の変形を順次繰り返し行わせることで、当接部２１を振動部材２０の面内において時計方向に楕円軌道を描くように回転駆動することができる。また、圧電素子３０に変形を行わせる際に、屈曲の順番を入れ替えることで、当接部２１を振動部材２０の面内において反時計方向に楕円軌道を描くように回転駆動することができる。なお、本実施形態では、振動部材２０の両面にそれぞれ圧電素子３０が設けられているが、２つの圧電素子３０は、振動部材２０の面内において同じ縦振動及び屈曲振動を行う。すなわち、２つの圧電素子３０の各縦振動励起領域４１及び屈曲振動励起領域４２、４３は、圧電アクチュエーター１０を一方の圧電素子３０の第２電極６０側から平面視した際に重なるように配置されており、平面視した際に重なる領域において同じ伸張・収縮を行わせることで、振動部材２０は面内方向に変形する。もちろん、振動部材２０の両面の圧電素子３０に異なる変形を行わせることで、振動部材２０と圧電素子３０との積層方向に変形させて駆動することも可能である。
なお、圧電アクチュエーター１０に搭載された圧電素子３０の各電極（第１電極５０及び第２電極６０）には、圧電素子３０を駆動するための配線が接続されている。
図３に示すように、第１電極５０は、振動部材２０に電気的に接続されているため、図２に示すように、振動部材２０を介して共通配線９０が接続される。
また、第２電極６０を構成する縦振動用電極部６１と、第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３とには、図２に示すように、それぞれ縦振動用個別配線９１と、屈曲振動用個別配線９２との２本の個別配線が接続されている。具体的には、共通配線９０は、圧電アクチュエーター１０の振動部材２０の腕部２２に接続されている。これにより、共通配線９０は、振動部材２０を介して第１電極５０に電気的に接続されている。
また、縦振動用個別配線９１は、第２電極６０の縦振動用電極部６１の長手方向中央部に接続されている。また、屈曲振動用個別配線９２は、第２電極６０の第１屈曲振動用電極部６２の長手方向中央部に接続されている。なお、縦振動用個別配線９１及び屈曲振動用個別配線９２は、それぞれ圧電素子３０の縦振動及び屈曲振動における基点となる長手方向の中央部に接続されることで、個別配線９１、９２の断線や個別配線９１、９２による圧電素子３０への変位の阻害を抑制している。
なお、本実施形態では、振動部材２０の両面に圧電素子３０が設けられているため、圧電素子３０の各第１電極５０に個別配線９１、９２を接続するようにしてもよく、また、２つの圧電素子３０の縦振動用電極部６１同士と、屈曲振動用電極部６２（６３）同士とを接続配線等で互いに接続するようにしてもよい。
このように、圧電素子３０の第２電極６０を溝部７０によって隔離する数を減らすことで、１つの圧電素子３０の第２電極６０に２本の個別配線９１、９２を接続するだけで、圧電素子３０を駆動することができる。これに対して、従来の分極方向が面内で同一の圧電体層を用いた圧電素子の場合、１つの圧電素子３０の第１電極は、１つの縦振動用電極と４つの屈曲振動用電極との合計５つに分割される。このような従来の５分割された第２電極を有する圧電素子では、対角となる屈曲用振動電極同士を接続する接続配線をたすき掛けするように２本接続し、さらに縦振動用電極に個別配線を１本、対角をなす２組の屈曲振動用電極にそれぞれ個別配線を１本ずつの合計３本の接続が必要となる。このように、従来の複数に隔離された第２電極を有する圧電素子には、複数本の配線が接続されるため、配線の質量によって圧電素子の振動を阻害して変位特性が低下してしまう。また、従来構成では、複数の配線を接続するための接続箇所が多く、接続時の加熱や加圧などの影響によって圧電素子の圧電特性が変化し、均一な特性の圧電素子を得ることができない。
本発明では、圧電素子３０に接続される配線９１、９２の数を減らすことができるため、配線９１、９２の質量による圧電素子の変位低下を抑制することができると共に、配線９１、９２を接続する際の加熱や加圧による圧電素子３０への悪影響を抑制して、均一な圧電特性を有する圧電素子３０を得ることができる。
また、従来の第２電極を５分割した圧電アクチュエーターでは、圧電素子の短手方向において縦振動用電極を挟んで相対向する領域の個別振動用電極が対となっておらず、導通させることができないが、本実施形態では、縦振動用電極を挟んだ両側の屈曲振動用電極に同一の駆動波形を供給することができるため、縦振動用電極の長手方向両端部で２つの屈曲振動用電極を互いに導通することができる。これによっても接続する配線、すなわち、たすき掛けする接続配線が不要となるものである。
また、本実施形態では、縦振動用電極部６１の両側の第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３を互いに連続させるようにしたが、特にこれに限定されず、第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３にそれぞれ個別配線を接続するようにしてもよい。この場合、外部からの配線は従来の５分割された第２電極と同じ数の３本となるが、従来とは異なり、たすき掛けする２本の接続配線が不要になるため、上述した効果を奏することができる。
なお、配線９０〜９２の接続方法は特に限定されないが、例えば、各配線９０〜９２として、ボンディングワイヤーを用いた場合には、これらをワイヤーボンディングにより接続することができる。
一方、図１及び図２に示すように、圧電モーター１には、装置本体２に軸を中心として回転自在となる回転軸３が設けられている。そして、この回転軸３に圧電アクチュエーター１０の楕円軌道を描くように回転駆動される当接部２１を当接させることで、回転軸３は回転される。本実施形態では、圧電アクチュエーター１０の当接部２１が楕円軌道を描く回転方向が、回転軸３の回転方向とは反対方向となるように、当接部２１が回転軸３の周方向の表面に当接するようにした。もちろん、当接部２１が、回転軸３の端面に当接するようにしてもよい。
また、圧電モーター１には、圧電アクチュエーター１０を回転軸３方向に向かって所定の圧力で押圧する押圧手段８０が設けられている。
押圧手段８０は、圧電アクチュエーター１０を保持する保持部材８１と、保持部材８１に一端が固定されたコイルばね等のばね部材８２と、ばね部材８２の他端に当接すると共に装置本体２に固定されて、ばね部材８２の付勢力を調整する偏心ピン８３と、を具備する。
保持部材８１は、圧電アクチュエーター１０の腕部２２が固定される一対の固定部８４と、固定部８４の間に一体的に設けられて装置本体２に対してスライド移動可能に支持されるスライド部８５とを具備する。固定部８４には、腕部２２の貫通孔２３に対応して、ねじ部材８６が螺合される雌ねじ部８７が形成されている。この雌ねじ部８７に腕部２２の貫通孔２３を挿通したねじ部材８６を螺合させることで、圧電アクチュエーター１０は保持部材８１に保持される。
スライド部８５には、厚さ方向に貫通し、且つスライド方向に延設された長孔であるスライド孔８８が設けられている。そして、スライド孔８８に挿通されて装置本体２に固定されたスライドピン８９によってスライド部８５は装置本体２に対してスライド移動可能に支持されている。
ばね部材８２は、コイルばねからなり、固定部８４に一端が固定されると共に、装置本体２に偏心回転可能に固定された偏心ピン８３の側面に他端が当接するように配置されている。また、ばね部材８２は、スライド部８５のスライド方向に沿って配置されている。このような、ばね部材８２は、圧電アクチュエーター１０を装置本体２に対して回転軸３に向かって付勢する。ちなみに、偏心ピン８３は、装置本体２に対して偏心回転可能に設けられており、偏心ピン８３を偏心回転させることによって、偏心ピン８３の側面と保持部材８１との間隔を変化させて、ばね部材８２による付勢力を調整することができる。
なお、本実施形態では、ばね部材８２としてコイルばねを用いたが、ばね部材８２は特にこれに限定されず、例えば、板ばね等を用いるようにしてもよい。
このような押圧手段８０によって、圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向（縦振動方向）が回転軸３の軸中心となるように、所定の圧力で回転軸３に押圧される。すなわち、本実施形態の圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転軸３の径方向になるように配置され、回転軸３の径方向に向かって押圧される。
そして、上述のように、押圧手段８０によって圧電アクチュエーター１０の当接部２１を回転軸３に押圧させながら、圧電素子３０に縦振動及び屈曲振動を交互に行わせて当接部２１を楕円軌道を描くように回転駆動させることで、回転軸３が回転駆動される。
圧電アクチュエーター１０によって回転される回転軸３の回転数は、縦振動及び屈曲振動を行う振動周期による影響が大きく、また、回転軸３のトルクは、押圧手段８０による圧電アクチュエーター１０の回転軸３への押圧力による影響が大きい。
ここで、本実施形態の圧電モーター１の制御系について図７を参照して説明する。なお、図７は、圧電モーターの制御系を示すブロック図である。
図示するように、信号発生装置３００は、所定の周波数の駆動信号を生成してドライバ回路３０１に出力する。駆動信号としては、本実施形態では、交番電圧からなるアナログ信号や、矩形波のデジタル信号を用いることができる。
ドライバ回路３０１は、移相器３０２を有する。移相器３０２は、信号発生装置３００からの駆動信号の移相を９０度遅らせる機能を有する。具体的には、移相器３０２は、圧電素子３０に縦振動を行わせる駆動信号に対し、位相が９０度遅れた屈曲振動を行わせる駆動信号を生成する。縦振動用の駆動信号は、圧電素子３０の第２電極６０の縦振動用電極部６１に印加され、位相が遅れた屈曲振動用の駆動信号は第２電極６０の第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３に印加される。
移相器３０２には、切換信号を出力する正逆切換信号源３０３が接続されており、正逆切換信号源３０３からの切換信号により移相器３０２は、屈曲振動用の駆動信号として、縦振動用の駆動信号の位相を９０度進めたものを生成する。このように、屈曲振動の駆動信号を、縦振動用の駆動信号に対して＋９０度または−９０度位相をずらすことにより、当接部２１が描く楕円軌道の方向を正逆反転させることができる。これにより回転軸３の回転方向を制御することができる。
このように、圧電モーター１の圧電素子３０では、圧電体層４０の２組の屈曲振動励起領域４２、４３の分極方向を互いに逆転させることで、分極が異なる２つの領域に同一の屈曲振動用の駆動信号を印加することができる。したがって、圧電モーター１を駆動する駆動信号は、縦振動用電極部６１に印加する縦振動用の駆動信号と、第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３に印加する屈曲振動用の駆動信号との２種類のみでよい。このため、従来のように、２つの屈曲振動用電極部に印加する２種類の屈曲振動用の駆動電極を生成する必要が無くなる。したがって、本発明では、１つの屈曲振動用の駆動信号の位相を反転させる位相反転手段が不要となり、圧電モーター１の制御系を簡略化してコストを低減することができるという効果も奏する。
（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２に係る圧電アクチュエーターの要部平面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図８に示すように、本実施形態の圧電モーター１を構成する圧電アクチュエーター１０に搭載された圧電素子３０Ａは、第１電極５０Ａが、分極用溝部５３Ａによって隔離された第１分極用電極部５１Ａと第２分極用電極部５２Ａとで分割されている。第１分極用電極部５１Ａは、圧電体層４０の縦振動励起領域４１及び屈曲振動励起領域４２、４３の一方の組に相対向して設けられている。また、第２分極用電極部５２Ａは、屈曲振動励起領域４２、４３の他方の組に相対向して設けられている。本実施形態では、第１分極用電極部５１Ａは、縦振動励起領域４１及び屈曲振動励起領域４２に相対向し、第２分極用電極部５２Ａは、屈曲振動励起領域４３に相対向して設けられている。すなわち、第２分極用電極部５２Ａは、圧電素子３０Ａの対角となる位置に設けられ、第１分極用電極部５１Ａは、圧電素子３０Ａの表面にほぼＺ字状となるように設けられている。また、第２分極用電極部５２Ａは、圧電素子３０Ａの長手方向の両端部において連続して設けられている。
このように、第２分極用電極部５２Ａを圧電素子３０Ａの面内で連続させることで、圧電体層４０を分極処理する際に、第１電極５０Ａに接続する配線の数を減少させることができ、上述した実施形態１の効果に加えて、さらに分極処理時の配線の接続時の加熱・加圧による圧電素子３０Ａの変位特性の低下を抑制することができる。
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は、上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１及び２では、第２電極６０の第１及び第２屈曲振動用電極部６２、６３が互いに連続するように設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、第１屈曲振動用電極部６２と第２屈曲振動用電極部６３とを不連続となるように設けてもよい。この場合であっても、従来のたすき掛けする接続配線が不要となり、上述した実施形態１と同様の効果を奏することができる。
また、振動部材２０、２０Ａの両面にそれぞれ圧電素子３０、３０Ａを設けた圧電アクチュエーター１０を例示したが、特にこれに限定されず、振動部材２０の一方面のみに圧電素子３０、３０Ａを設けた圧電アクチュエーター１０であっても本発明を適用することができる。
また、上述した実施形態１及び２では、圧電アクチュエーター１０を押圧手段８０によって回転軸３に向かって押圧するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、回転軸３を圧電アクチュエーター１０に向かって押圧するようにしてもよい。もちろん、押圧手段８０は必ずしも必要な物ではない。
また、上述した実施形態の圧電モーター１は、液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の駆動手段として用いることができる。ここで、実施形態１の圧電モーター１を用いたインクジェット式記録装置の一例を図９及図１０に示す。なお、図９は、一実施形態に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略斜視図であり、図１０は、要部を拡大した平面図である。
図９に示すインクジェット式記録装置１００において、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッド１０１を有する記録ヘッドユニット１０２は、インク供給手段を構成するカートリッジ１０３が着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１０２を搭載したキャリッジ１０４は、記録装置本体１０５に取り付けられたキャリッジ軸１０６に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１０２は、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
そして、駆動モーター１０７の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト１０８を介してキャリッジ１０４に伝達されることで、記録ヘッドユニット１０２を搭載したキャリッジ１０４はキャリッジ軸１０６に沿って移動される。一方、記録装置本体１０５にはキャリッジ軸１０６に沿ってプラテン１０９が設けられており、給紙手段１１０によって給紙された紙等の被噴射媒体である記録シートＳがプラテン１０９に巻き掛けられて搬送される。記録シートＳは、プラテン１０９上でインクジェット式記録ヘッド１０１から吐出されたインクによって印刷される。そしてプラテン１０９上で印刷された記録シートＳは、プラテン１０９の給紙手段１１０とは反対側に設けられた排紙手段１２０によって排紙される。
図１０に示すように、給紙手段１１０は、給紙ローラー１１１と従動ローラー１１２とで構成されている。給紙ローラー１１１には、その端部に上述した圧電モーター１の回転軸３が固定されており、圧電アクチュエーター１０の駆動によって回転駆動される。また、給紙ローラー１１１には、同軸上に第１歯車１１３が設けられている。
排紙手段１２０は、排紙ローラー１２１と従動ローラー１２２とで構成されている。排紙ローラー１２１には同軸上に第２歯車１２３が設けられている。そして、給紙ローラー１１１の第１歯車１１３が、この第１歯車１１３に噛み合う第３歯車１３０、第３歯車１３０に噛み合う第４歯車１３１、第４歯車に噛み合う第５歯車１３２を介して排紙ローラー１２１の第２歯車１２３に噛み合うことで、給紙ローラー１１１を回転駆動する圧電モーター１の駆動力が、排紙ローラー１２１に伝達される。
なお、図９及び図１０に示す例では、圧電モーター１によって、給紙手段１１０及び排紙手段１２０を回転駆動するものであるが、例えば、上述した実施形態の圧電モーター１を、キャリッジ１０４を移動させる駆動モーター１０７の代わりに用いることも可能である。もちろん、その他の駆動系、例えば、インクジェット式記録ヘッド１０１にインクを供給するポンプ等に圧電モーター１を用いることもできる。
なお、本発明は、広く液体噴射装置全般を対象としたものであり、圧電モーターは、上述したインクジェット式記録装置以外の液体噴射装置に搭載することが可能である。その他の液体噴射装置としては、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射装置、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射装置等が挙げられる。
さらに、上述した実施形態の圧電モーター１は、時計の駆動手段としても用いることができる。ここで、実施形態１の圧電モーター１を用いた時計の一例を図１１に示す。
図１１に示すように、時計２００を構成するカレンダー表示機能は、圧電モーター１に連結されており、その駆動力によって駆動される。
カレンダー表示機能の主要部は、圧電モーター１の回転軸３の回転を減速する減速輪列とリング状の日車２０１とを具備する。また、減速輪列は日回し中間車２０２と、日回し車２０３とを有する。
そして、上述の圧電モーター１の圧電アクチュエーター１０によって回転軸３を時計回りに回転駆動させると、回転軸３の回転は、日回し中間車２０２を介して日回し車２０３に伝達され、この日回し車２０３が日車２０１を時計回りに回転させる。これら圧電アクチュエーター１０から回転軸３、回転軸３から減速輪列（日回し中間車２０２、日回し車２０３）、減速輪列から日車２０１への力の伝達は、何れも面内方向で行われる。このためカレンダー表示機構を薄型化することができる。
また、日車２０１には、周方向に沿って日付を表す文字が印刷された円盤状の文字板２０４が固定されている。そして、時計２００の本体には、文字板２０４に設けられた一文字を露出する窓部２０５が設けられており、窓部２０５から日付が覗けるようになっている。なお、時計２００には、特に図示していないが、長針及び短針や、これら長針及び短針を駆動するムーブメント等が設けられている。
なお、圧電モーター１は、カレンダー表示機構だけではなく、時計の長針・短針等を駆動するムーブメントとして利用することができる。これら時計の長針・短針等を駆動する構造については従来周知の電磁モーター等の代わりに上述した圧電モーター１を組み込むだけで可能である。
また、本発明は、広く圧電モーター全般を対象としたものであり、上述した液体噴射装置や時計以外の小型デバイスに利用することが可能である。圧電モーターを利用できる小型デバイスとしては、医療用ポンプ、カメラ、産業用や義手などのロボット等が挙げられる。
１ 圧電モーター、 １０ 圧電アクチュエーター、 ２０ 振動部材、 ３０、３０Ａ 圧電素子、 ４０ 圧電体層、 ５０ 第１電極、 ６０ 第２電極、 ６１ 縦振動用電極部、 ６２ 第１屈曲振動用電極部、 ６３ 第２屈曲振動用電極部、 ７０ 溝部、 ８０ 押圧手段、 １００ 記録装置、 ２００ 時計

Claims (7)

  1. 圧電体層と、該圧電体層を挟んだ両面にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、を有する圧電素子と、
    該圧電素子の前記第１電極側に固定された振動部材と、を備える圧電アクチュエーターと、
    前記振動部材が当接されて回転する回転軸と、を具備する圧電モーターであって、
    前記圧電体層が、短手方向中心側に設けられて縦振動を励起する縦振動励起領域と、該縦振動励起領域を挟んで対角となる領域が一対となる２組の屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域と、を有し、
    前記圧電体層の前記縦振動励起領域と前記屈曲振動励起領域の一方の組と、前記屈曲振動励起領域の他方の組との分極方向が逆転していることを特徴とする圧電モーター。
  2. 前記第２電極は、２組の前記屈曲振動励起領域に連続して設けられた屈曲振動用電極部と、前記縦振動励起領域に設けられた縦振動用電極部と、を有することを特徴とする請求項１記載の圧電モーター。
  3. 前記屈曲振動用電極部は、前記圧電素子の長手方向端部で連続していることを特徴とする請求項２記載の圧電モーター。
  4. 前記第１電極には、前記圧電体層の分極方向の異なる領域で分割され、且つ電気的に導通するように設けられた第１分極用電極部及び第２分極用電極部を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電モーター。
  5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電モーターを具備することを特徴とする液体噴射装置。
  6. 前記圧電モーターが、液体が噴射される被噴射媒体を搬送する給紙手段として用いられることを特徴とする請求項５記載の液体噴射装置。
  7. 請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電モーターを具備することを特徴とする時計。
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