JP2023010188A - 圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器 - Google Patents

圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器 Download PDF

Info

Publication number
JP2023010188A
JP2023010188A JP2021114147A JP2021114147A JP2023010188A JP 2023010188 A JP2023010188 A JP 2023010188A JP 2021114147 A JP2021114147 A JP 2021114147A JP 2021114147 A JP2021114147 A JP 2021114147A JP 2023010188 A JP2023010188 A JP 2023010188A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
piezoelectric actuator
electrode layer
elastic plate
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021114147A
Other languages
English (en)
Inventor
啓 小野寺
Kei Onodera
智義 矢野
Tomoyoshi Yano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Shicoh Motor Co Ltd
Original Assignee
New Shicoh Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Shicoh Motor Co Ltd filed Critical New Shicoh Motor Co Ltd
Priority to JP2021114147A priority Critical patent/JP2023010188A/ja
Priority to CN202210703118.5A priority patent/CN115664257A/zh
Priority to US17/848,874 priority patent/US20230009462A1/en
Publication of JP2023010188A publication Critical patent/JP2023010188A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/026Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/874Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices embedded within piezoelectric or electrostrictive material, e.g. via connections
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/506Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a cylindrical shape and having stacking in the radial direction, e.g. coaxial or spiral type rolls

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

【課題】低い電圧の印加でも所定の大きさの駆動軸の変位量を得ることができる圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器を提供する。【解決手段】圧電アクチュエータ10は、平板状の圧電素子18が複数積層され、板面方向に伸縮する圧電体12と、前記圧電体12がその板面上に形成される弾性板34と、前記圧電体12又は前記弾性板34の一方に前記圧電体12の板面方向と直交する方向に一端が固定された駆動軸14と、を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器に関する。
従来の圧電アクチュエータとして、弾性板上に形成された平板状の圧電素子に駆動軸を固定し、圧電素子を弾性板とともにおわん型に変形させて駆動軸を軸方向に往復動させるようにしたものが知られている。
特表2007-516688号公報
しかしながら、従来の圧電アクチュエータは、駆動軸の変位量を大きくしようとすると、高い電圧を印加しなければならないという問題点があった。
本発明は、上記従来の問題点を解消し、低い電圧の印加でも所定の大きさの駆動軸の変位量を得ることができる圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器を提供することを目的とする。
本発明の一つの態様は、圧電アクチュエータであり、
平板状の圧電素子が複数積層され、板面方向に伸縮する圧電体と、前記圧電体がその板面上に形成される弾性板と、前記圧電体又は前記弾性板の一方に前記圧電体の板面方向と直交する方向に一端が固定された駆動軸と、を有する。
好適には、前記弾性板の両側の板面上のそれぞれに前記圧電体が形成されている。
また、好適には、前記圧電素子は、圧電素子本体と、この圧電素子本体を挟んで設けられ、互いに異なる電圧が印加される電極接続層とを有する。また。前記複数の圧電素子には2つのスルーホールが形成され、前記スルーホールにはそれぞれ接続電極部が設けられており、一方の前記接続電極部には奇数番目の前記電極層が接続され、他方の前記接続電極部には偶数番目の前記電極層が接続されている。
また、好適には、前記一方の接続電極部と前記偶数番目の前記電極層は互いに離隔するように形成され、前記他方の接続電極部と前記奇数番目の前記電極層は互いに離隔するように形成されている。
また、好適には、圧電素子の積層数は、奇数である。
本発明の他の態様は、上記圧電アクチュエータを備えたリニア駆動装置である。
また、本発明の他の態様は、上記リニア駆動装置を備えた電子機器である。
本発明によれば、積層することによって各圧電素子の厚さが薄くなり、そのため低い電圧でも従来と同等の伸縮量が得られる。そのため、低い電圧の印加でも所定の大きさの駆動軸の変位量を得ることができる。
本発明の第1実施形態に係る圧電アクチュエータを示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に用いた圧電体の平面図である。 本発明の第1実施形態に用いた圧電体の底面図である。 本発明の第1実施形態に用いた圧電体の断面図である。 本発明の第1実施形態に係る圧電アクチュエータの特性を比較例と比較して示す特性線図である。 本発明の第2実施形態に係る圧電アクチュエータを示す側面図である。 本発明の第2実施形態に係る圧電アクチュエータを用いた駆動装置を示す側面図である。 本発明の第2実施形態に係る圧電アクチュエータを用いた駆動装置に印加する入力電圧を示すタイミングチャートである。 本発明の第2実施形態に係るアクチュエータの配線構造を示し、フレキシブル配線基板を透明にして斜め上から見た斜視図である。 本発明の第2実施形態に係るアクチュエータの配線構造を示し、フレキシブル配線基板を透明にして斜め下から見た斜視図である。 本発明の第2実施形態に係るアクチュエータの配線構造を示し、フレキシブル配線基板を透明にして斜め横から見た斜視図である。
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態に係る圧電アクチュエータ10が示されている。この第1実施形態に係る圧電アクチュエータ10は、ユニモルフ型である。
圧電アクチュエータ10は、圧電体12と、弾性板34と、駆動軸14とを有する。圧電体12及び弾性板34は、例えば円板状に形成されていて、圧電体12は弾性板34の板面上に形成されている。駆動軸14は、該駆動軸14の一端が圧電体12の中心に接着剤16を介して接続されている。圧電体12は、平板状の圧電素子18が複数積層されて構成された圧電素子本体20を有する。圧電素子18は、直径が数mmから1cm程度であり、厚さが例えば0.005mmから0.05mmであり、圧電体12としては、0.05mmから0.5mmである。また、弾性板34は、直径が数mmから1cm程度であり、厚さが例えば0.05mmから0.2mmである。また、駆動軸14の直径は1mm前後である。また、圧電体12の表裏両側には、外部電極層22a,22b(図2から図4に示す)が接続されている。さらに、この外部電極層22a,22bには、フレキシブル配線基板24が接続されている。弾性板34は、圧電体12,12が板面内方向で伸縮するのに伴いおわん型に変形可能である。この弾性板34は、例えばリン青銅から構成されている
図2及び図3に示すように、上部及び下部に配置された外部電極層22a,22bのそれぞれは、圧電素子18よりもやや外形が小さい円板状に形成されているが、下部に配置された外部電極層22bに限って、該外部電極層22bの周囲には切欠き部26が形成されている。この切欠き部26は、外部電極層22a,22bの上下を区別するために設けられている。
圧電素子本体20は、図4に示すように、奇数枚の圧電素子18が積層されて構成されている。この第1実施形態においては7枚の圧電素子18から構成されている。各圧電素子18の間には内部電極層28aと内部電極層28bが交互に設けられている。外部電極層22aを含めて奇数番目の電極層には符号“a”を付し、外部電極層22a、内部電極層28aとした。偶数番目の電極層には符号“b”を付して、外部電極層22b、内部電極層28bとした。最も上部に配置された圧電素子18は、外部電極層22aと内部電極層28bに挟まれ、上部から2番目の圧電素子はこの内部電極層28bと内部電極層28aに挟まれている。以下、上部から6番目までの圧電素子18は、上下を内部電極層28a,28bに挟まれ、最も下部に配置された圧電素子18は、内部電極層28aと外部電極層22bとに挟まれている。1つの圧電素子18の厚さ方向に、電圧が印加される必要があり、そのために、外部電極層22aと内部電極層28aが同電位、外部電極層22bと内部電極層28bが同電位となるように接続する。そして、2つの外部電極層28a、28bに電圧を印加することが必要であることから、電極層の数は全部で偶数であり、圧電素子18の数は奇数となる。
最上部及び最下部の圧電素子18を除いた圧電素子18には、2つのスルーホール30a,30bが形成されている。最上部の圧電素子18には、1つのスルーホール30aが形成され、最下部の圧電素子18には、他の1つのスルーホール30bが形成されている。各圧電素子18のスルーホール30aには、例えばプラス用の接続用電極32aが埋設され、また、スルーホール30bにはマイナス用の接続用電極32bが埋設されている。そして、上部の外部電極層22aは、接続用電極32aを介して3つの内部電極層28aに接続され、下部の外部電極層22bは、接続用電極32bを介して3つの内部電極層28bに接続されている。
スルーホール30a,30bは、圧電体12の中心と周縁とのほぼ中央に位置している。この部分の振動は、圧電体12の中心よりも小さいので、中心にスルーホールを設ける場合と比較して振動によるダメージを受けにくい。また、各内部電極層28aと接続用電極32bは互いに離隔するように形成され、各内部電極層28bと接続用電極32aは互いに離隔するように形成されている。
上記構成において、例えば外部電極層22aと外部電極層22bとの間にパルス電圧を繰り返し印加すると、接続用電極32a,32bを介して全ての圧電素子18が同時に圧電素子18の径方向の同じ向きに伸び縮みし、弾性板34は伸び縮みしないために、圧電素子18は弾性板34とともにおわん型に変形し、弾性板34の弾性で急速に元の平板状に戻ろうとするのを繰り返す。それに伴い駆動軸14も軸方向に微小な往復移動を繰り返す。このとき、例えば周波数一定で、パルス幅を変えると、この往復移動において往路と復路で移動速度を変えることができる。駆動軸14には、図示しない移動体が摩擦接続され、駆動軸14のこの往復動の速度の違いから移動体が駆動軸14に対して一方向に向けて移動する。
上記第1実施形態においては、圧電体12は、圧電素子18を積層して形成され、積層された圧電素子18のそれぞれにパルス電圧を印加するので、圧電素子18が単層で形成された同じ厚さの圧電体12の場合と比較して、低い電圧で同様の伸び縮みをする。即ち、積層することによって各圧電素子18の厚さが薄くなり、そのため低い電圧でも従来と同等の伸縮量が得られる。そのため、従来よりも低い電圧で従来と同等の駆動軸14の軸方向に微小な往復移動の変位量を得ることができる。
図5には、第1実施形態に係る圧電アクチュエータ10の特性を比較例と比較して示されている。比較例は、圧電素子18が単層ではあるが、圧電体12の厚さ及び外形が第1実施形態に係る圧電アクチュエータ10と同じである。
単層の比較例においては、求められる駆動軸端の最大変位量が7μmとすると、15Vを印加する必要があったが、第1実施形態に係る圧電アクチュエータ10によれば、6.5Vで同じ最大変位量7μmを得ることができる。
図6には、本発明の第2実施形態に係る圧電アクチュエータ10が示されている。この第2実施形態の圧電アクチュエータ10は、2つの圧電体12,12の間に弾性板34が挟まれており、バイモルフ型である。即ち、弾性板34の両側の板面上にそれぞれ圧電体12が形成されている。弾性板34は、圧電体12,12の伸び縮みにより圧電体12,12とともにおわん型に変形可能である。この弾性板34は、例えばリン青銅から構成され、外部電極を兼ねている。
図7には、圧電アクチュエータ10を用いた駆動装置36が示されている。この駆動装置36は、2つの支持部材38,38を有し、この支持部材38,38には駆動軸14が挿通され、この支持部材38,38により駆動軸14が軸方向に移動自在に支持されている。支持部材38,38は、例えばゴム部材から構成されている。また、支持部材38,38は、固定部材40により固定されている。そして、支持部材38,38の間で駆動軸14には移動体42が挿通されている。
弾性板34には入力電圧Aが印加され、外部電極層(図7には図示せず)には入力電圧Bが印加される。入力電圧Aと入力電圧Bとは、図8に示すように、予め定められたデューティ比を持つ逆極性のパルス電圧であり、この入力電圧A,Bにより圧電体12及び弾性板34がおわん型に変形し、移動体42を駆動軸14の軸方向に移動させる。
図9から図11には、第2実施形態における圧電アクチュエータ10の配線構造が示されている。
圧電アクチュエータ10には、フレキシブル配線基板24を介して外部と配線されている。フレキシブル配線基板24は、入力電圧Aを印加するための第1配線44と、入力電圧Bを印加するための第2配線46とが設けられている。第1配線44は、図11に示すように、一端から圧電体12側へ延び、はんだ部48に接続されている。この第1配線44は、はんだ部48へ至る途中で第1高さ変更部50により高くなり、第2配線46と高さが異なるように交差している。また、弾性板34の周辺から突出し、上方へ曲げられた突出部52が設けられている。この突出部52は、フレキシブル配線基板24に形成されたスルーホール内を通して、はんだ部48に接続されている。
第2配線46は、第1配線44と同様に一端から圧電体12側に延びている。この第2配線44は、途中で2つに分かれ、分かれた一方が上方の圧電体12に上方から接続されている。分かれた他方には第2高さ変更部54が設けられ、この第2高さ変更部54により高くなり、下方の圧電体12に下方から接続されている。
なお、上記実施形態においては、圧電素子を円板状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば四角板状等、平板状の圧電素子を積層するようなものであれば、形状を問わない。ただし、なるべく対称性が高い形状が好ましい。また、駆動軸14は、圧電体12ではなく、弾性板34に接着してもよい。また、各圧電素子18の厚さは同じである必要は無く、層ごとで厚さを変えてもよい。また、上側の圧電体12と下側の圧電体12の層数も同じである必要は無く、極論すれば、一方を単層の圧電体としてもよい。
10 圧電アクチュエータ
12 圧電体
14 駆動軸
16 接着剤
18 圧電素子
20 圧電素子本体
22a,22b 外部電極層
24 フレキシブル配線基板
26 切欠き部
28 内部電極層
30a,30b スルーホール
32a,32b 接続用電極
34 弾性板
36 駆動装置
38,38 支持部材
40 固定部材
42 移動体
44 第1配線
46 第2配線
48 はんだ部
50 第1高さ変更部
52 突出部
54 第2高さ変更部

Claims (8)

  1. 平板状の圧電素子が複数積層され、板面方向に伸縮する圧電体と、
    前記圧電体がその板面上に形成される弾性板と、
    前記圧電体又は前記弾性板の一方に前記圧電体の板面方向と直交する方向に一端が固定された駆動軸と、
    を有する圧電アクチュエータ。
  2. 前記弾性板の両側の板面上のそれぞれに前記圧電体が形成されている請求項1記載の圧電アクチュエータ。
  3. 前記圧電素子は、圧電素子本体と、この圧電素子本体を挟んで設けられ、互いに異なる電圧が印加される電極層とを有している請求項1又は2記載の圧電アクチュエータ。
  4. 前記複数の圧電素子には2つのスルーホールが形成され、前記スルーホールにはそれぞれ接続電極部が設けられており、一方の前記接続電極部には奇数番目の前記電極層が接続され、他方の前記接続電極部には偶数番目の前記電極層が接続されている請求項3記載の圧電アクチュエータ。
  5. 前記一方の接続電極部と前記偶数番目の前記電極層は互いに離隔するように形成され、前記他方の接続電極部と前記奇数番目の前記電極層は互いに離隔するように形成されている請求項4記載の圧電アクチュエータ。
  6. 奇数の前記圧電素子が積層されている請求項1又は2記載の圧電アクチュエータ。
  7. 請求項1から6いずれか記載の圧電アクチュエータを備えたリニア駆動装置。
  8. 請求項7に記載のリニア駆動装置を備えた電子機器。
JP2021114147A 2021-07-09 2021-07-09 圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器 Pending JP2023010188A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021114147A JP2023010188A (ja) 2021-07-09 2021-07-09 圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器
CN202210703118.5A CN115664257A (zh) 2021-07-09 2022-06-21 压电致动器、线性驱动装置以及电子设备
US17/848,874 US20230009462A1 (en) 2021-07-09 2022-06-24 Piezoelectric actuator, linear driving device, and electronic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021114147A JP2023010188A (ja) 2021-07-09 2021-07-09 圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023010188A true JP2023010188A (ja) 2023-01-20

Family

ID=84798748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021114147A Pending JP2023010188A (ja) 2021-07-09 2021-07-09 圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230009462A1 (ja)
JP (1) JP2023010188A (ja)
CN (1) CN115664257A (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003159697A (ja) * 2000-12-22 2003-06-03 Ngk Insulators Ltd マトリクス型アクチュエータ
JP2006325387A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Korea Inst Of Science & Technology 変位拡大手段を有する圧電線形モータ
JP2017139937A (ja) * 2016-02-05 2017-08-10 Tdk株式会社 圧電駆動装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003159697A (ja) * 2000-12-22 2003-06-03 Ngk Insulators Ltd マトリクス型アクチュエータ
JP2006325387A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Korea Inst Of Science & Technology 変位拡大手段を有する圧電線形モータ
JP2017139937A (ja) * 2016-02-05 2017-08-10 Tdk株式会社 圧電駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20230009462A1 (en) 2023-01-12
CN115664257A (zh) 2023-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6813684B2 (ja) 触覚フィードバックを発生するためのデバイス
US7911115B2 (en) Monolithic electroactive polymers
US7567017B2 (en) Piezoelectric linear motor with displacement amplifying means
JPS6066882A (ja) 圧電変位素子およびその分極方法
JP2018033293A (ja) 誘電エラストマーアクチュエータおよびその駆動システム
CN109980987B (zh) 压电式驱动装置、光学驱动装置、照相装置及电子设备
JP4689993B2 (ja) 振動波モータ
KR100724711B1 (ko) 압전 액츄에이터, 구동 방법, 및 정보 기억 장치
JP2023010188A (ja) 圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器
JP5129998B2 (ja) 電歪素子
US8120231B2 (en) Inertial drive actuator
JP6658716B2 (ja) 圧電アクチュエータ
JP2001211668A (ja) 微小位置決めアクチュエータ、薄膜磁気ヘッド素子の位置決め用アクチュエータ及び該アクチュエータを備えたヘッドサスペンションアセンブリ
US20160133824A1 (en) Actuator
JP2018056374A (ja) 圧電素子
JP2019062025A (ja) 振動ユニット
JP2011176962A (ja) 駆動装置
JP5144097B2 (ja) 超音波モータ装置
JP2012138505A (ja) 圧電アクチュエータ
JP6965742B2 (ja) 圧電素子
JP6011325B2 (ja) アクチュエータ、セル基板複合体、セル基板複合体の製造方法及びアクチュエータの製造方法
JPS61285424A (ja) 光ビ−ム偏向器
JP4967019B2 (ja) 電歪アクチュエータ
JP4818853B2 (ja) 超音波モータ素子
JP3360384B2 (ja) 積層型アクチュエータ

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220425

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230404

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20231024