JP2024517458A - 圧電駆動装置及びそれを有する圧電駆動システム - Google Patents
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Abstract
圧電駆動装置であって、キャビティを画定し、閉鎖端を有するケースと、キャビティに設けられ、ケースの閉鎖端に接続される第1の端とケースの開放端に向かう第2の端とを有するホルダであって、ホルダの第2の端がその端面に凹部を有し、凹部が第1の側壁と、第2の側壁と、両者の間に接続される底部とを含み、第1の側壁及び第2側壁が、底部から外側に向かって傾斜して延びるホルダと、凹部の第1の側壁及び第2の側壁にそれぞれ設けられる第1の圧電素子及び第2の圧電素子と、第1の圧電素子及び第2の圧電素子にそれぞれ固定され、互いに対向する第1のアクチュエータ及び第2のアクチュエータと、を含む。【選択図】図1
Description
本開示は圧電駆動技術の分野に関し、具体的には圧電駆動装置及びそれを有する圧電駆動システムに関する。
関連技術では、圧電駆動システムは通常2種類がある。1つはUSM型であり、もう1つはSIDM型である。USM型圧電駆動システムは複雑で高価であり、発生するストロークが非常に小さい。一方、SIDM型圧電駆動システムはカウンタウェイトと軸が必要なため、構造が複雑である。また、SIDM型圧電駆動システムの制御方法は、圧電素子の変形速度を正確に制御する必要があるため、非常に困難である。
そのため、関連技術における上記の技術的課題の少なくとも1つを解決するために、圧電駆動装置及び圧電駆動システムを提案する必要がある。
そこで、本開示の第1の態様の実施例は圧電駆動装置を提供し、前記装置は、内部にキャビティを画定し、閉鎖端と開放端とを有するケースと、前記キャビティに設けられ、前記ケースの閉鎖端に接続される第1の端と前記ケースの開放端に向かう第2の端とを有するホルダであって、前記ホルダの第2の端が端面に凹部を有し、前記凹部が第1の側壁と、第2の側壁と、前記第1の側壁と前記第2の側壁との間に接続される底部とを含み、前記第1の側壁及び前記第2側壁が、前記底部から外側に向かって傾斜して延びるホルダと、前記凹部の第1の側壁及び第2の側壁にそれぞれ設けられる第1の圧電素子及び第2の圧電素子であって、前記第1の圧電素子が、通電又は停電時に前記凹部の第1の側壁に垂直な方向に膨張又は収縮するように構成され、前記第2の圧電素子が、通電又は停電時に前記凹部の第2の側壁に垂直な方向に膨張又は収縮するように構成される第1の圧電素子及び第2の圧電素子と、前記第1の圧電素子及び前記第2の圧電素子にそれぞれ固定され、互いに対向する第1のアクチュエータ及び第2のアクチュエータと、を含む。
いくつかの実施例では、圧電駆動装置は、前記キャビティに設けられ、前記ケースの閉鎖端に当接する第1の端と第1の端に対向する第2の端とを有する保持部材と、前記キャビティに設けられ、前記保持部材の第2の端に係合し、前記保持部材の作用で移動するように構成される軸と、をさらに含む。前記ホルダの第1の端は、前記軸に固定され、前記保持部材の第2の端に当接する。
いくつかの実施例では、前記ケースは、対向する少なくとも2つの側壁を含み、各側壁が開口を有し、前記ケースの対向する2つの側壁の開口は互いに位置が合っており、前記軸の2つの端部は、それぞれ前記ケースの対向する2つの側壁の開口に収容され、前記軸は前記保持部材の作用で前記開口内を移動するように構成される。
いくつかの実施例では、前記軸の2つの端部の端面は、それぞれ前記ケースの対向する2つの側壁の外面と面一である。
いくつかの実施例では、各開口は、前記軸の端部の形状にマッチングする2つの円弧状端部を有し、前記円弧状端部は、前記軸の端部に係合するように構成される。
いくつかの実施例では、前記保持部材の第2の端には第1の溝を有し、前記軸は、前記第1の溝に少なくとも部分的に係合する。
いくつかの実施例では、前記ホルダの第1の端には第2の溝を有し、前記軸は、前記第2の溝に少なくとも部分的に係合する。
いくつかの実施例では、前記第1の溝と、前記軸と、前記第2の溝とは、前記ケースの閉鎖端から開放端までの方向に互いに位置が合っており、前記第1の溝と前記第2の溝のぞれぞれは、前記軸にマッチングする円弧状の断面を有し、前記第1の溝と前記第2の溝は、前記軸の外周を囲む。
いくつかの実施例では、前記凹部の底部は、第1のセクションと第2のセクションと第3のセクションとを含み、前記第1のセクションが前記第1の側壁に接続され、前記第2のセクションが前記第2の側壁に接続され、前記第3のセクションが前記第1のセクションと前記第2のセクションとの間に接続され、前記第1のセクションは前記第1の圧電素子に係合し、前記第2のセクションは前記第2の圧電素子に係合し、前記第1の圧電素子は、前記凹部の前記第1の側壁と前記第1のセクションとに形状及び配向でそれぞれマッチングし、前記第2の圧電素子は、前記凹部の前記第2の側壁と前記第2のセクションとに形状及び配向でそれぞれマッチングする。
いくつかの実施例では、前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とのそれぞれは直方体形状を有し、前記凹部の前記第3のセクションは、前記ホルダの第1の端の端面と平行であり、前記凹部の第1の側壁に垂直な方向は、前記凹部の第1のセクションに垂直な方向に直交し、前記凹部の第2の側壁に垂直な方向は、前記凹部の第2のセクションに垂直な方向に直交する。
いくつかの実施例では、前記凹部の前記第1の側壁と前記第1のセクションとの接続箇所には第1の遷移部が設けられ、前記凹部の前記第2の側壁と前記第2のセクションとの接続箇所には第2の遷移部が設けられる。
いくつかの実施例では、前記凹部の第1の側壁に垂直な方向と、前記ホルダの第1の端の端面が位置する平面とは第1の角度を有し、前記凹部の第1の側壁に垂直な方向と、前記ホルダの第1の端の端面が位置する平面とは第2の角度を有する。
いくつかの実施例では、前記第1の角度の範囲は24度~25度であり、前記第2の角度の範囲は24度~26度である。
いくつかの実施例では、前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とは対称であり、前記第1の角度は前記第2の角度に等しい。
いくつかの実施例では、前記第1のアクチュエータと前記第2のアクチュエータとのそれぞれは前記ホルダに隣接する第1の端と前記ホルダから離れる第2の端とを有し、前記第1のアクチュエータの第1の端は前記第2のアクチュエータの第1の端と離間し、前記第1のアクチュエータの第2の端は前記ホルダから離れる方向に前記第1の圧電素子よりも突出し、前記第2のアクチュエータの第2の端は前記ホルダから離れる方向に前記第2の圧電素子よりも突出している。
いくつかの実施例では、圧電駆動装置は、前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とに電気的に接続され、前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とを通電及び停電するように構成されるフレキシブルプリント回路基板をさらに含む。前記フレキシブルプリント回路基板は前記ケースの前記キャビティ内に設けられ、前記ケースの側壁と前記ホルダとの間に挟まれている。
いくつかの実施例では、前記フレキシブルプリント回路基板は第1の端と第2の端とを有し、前記フレキシブルプリント回路基板の第1の端は前記ケースの前記キャビティ内に収容され、前記フレキシブルプリント回路基板の第2の端は前記ケースの前記キャビティの外部に突出し、前記フレキシブルプリント回路基板の第1の端は前記ホルダの第1の端と面一であり、前記軸に係合する第1の切欠きを有し、前記フレキシブルプリント回路基板の第2の端は、前記凹部の少なくとも一部を露出させるように互いに離間する2つの脚部を含む。
いくつかの実施例では、圧電駆動装置は、前記ケースの前記キャビティ内に設けられ、前記フレキシブルプリント回路基板と前記ケースの側壁との間に挟まれているパッドをさらに含む。
いくつかの実施例では、前記パッドは前記ホルダの第1の端と面一である端部を有し、前記パッドの前記端部は前記軸に係合する第2の切欠きを有する。
本開示の第2の態様の実施例は圧電駆動システムをさらに提供し、前記システムは、上記の実施例のいずれかに記載の圧電駆動装置と、前記圧電駆動装置の下方に設けられ、前記圧電駆動装置の第1のアクチュエータまたは第2のアクチュエータに係合するように構成される可動部材と、を含む。前記保持部材は、前記可動部材に当接して前記第1のアクチュエータまたは前記第2のアクチュエータを保持するように構成され、前記可動部材は、前記第1のアクチュエータまたは前記第2のアクチュエータの駆動で移動するように構成される。
本開示の実施例に係る圧電駆動装置及び圧電駆動システムでは、第1の圧電素子又は第2の圧電素子が通電されると、第1の圧電素子又は第2の圧電素子が凹部の第1の側壁又は第2の側壁に垂直な方向に膨張して、第1のアクチュエータ又は第2のアクチュエータを駆動して同じ方向に移動させ、これによって第1のアクチュエータ又は第2のアクチュエータが圧電駆動システムの可動部材に係合可能であり、可動部材を駆動して所望の方向に移動させる。さらに、第1の圧電素子または第2の圧電素子が停電されると、第1の圧電素子または第2の圧電素子が凹部の第1の側壁または第2の側壁に垂直な方向に収縮するため、可動部材に影響を与えず、第1のアクチュエータまたは第2のアクチュエータもその初期位置に回復する。このように繰り返して、可動部材材は所望の方向に連続的に移動することができる。
従って、本開示の実施例に係る圧電駆動装置及び圧電駆動システムは、構造が簡単で、制御が容易で、駆動ストロークが正確で、駆動力が強く、エネルギー変換効率が高いなどの利点がある。
本開示で説明された円筒形キャビネット室内機の回転刃構造の他の利点、目的、特徴は、以下の説明によって部分的に示され、本開示の研究と実践に基づいて当業者によって部分的に理解される。
本開示の上記及び/又は追加の態様及び利点は、図面と併せた実施例に対する以下の説明によって明らかになり、且つ理解しやすくなる。
本開示の実施例に係る圧電駆動装置の概略図である。
本開示の実施例に係る圧電駆動装置の分解図である。
本開示の実施例に係る圧電駆動装置の正面図である。
本開示の実施例に係る圧電駆動装置の断面図である。
本開示の実施例に係る圧電駆動装置のホルダの概略図である。
本開示の実施例に係る圧電駆動装置の概略図である。
本開示の実施例に係る圧電駆動装置の下面図である。
本開示の実施例に係る圧電駆動装置のフレキシブルプリント回路基板の概略図である。
本開示の実施例に係る圧電駆動システムの概略図である。
以下、本開示の実施例について詳細に説明し、前記実施例の例は添付図面に示され、ここで、最初から最後まで同じまたは類似の符号は同じまたは類似の素子、または同じまたは類似の機能を有する素子を示す。以下、添付図面を参照して説明する実施例は例示的であり、本出願を説明するためのみであり、本出願に対する制限としては理解してはいけない。
本開示の説明では、「中心」、「上」、「下」、「前」、「後」「縦」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「軸方向」、「径方向」、及び「周方向」などの用語が示す方位または位置関係は図面に基づいて示される方位または位置関係であることを理解されたい。本開示を説明し且つ説明を簡素化するためのものに過ぎず、示された装置または素子が必ず特定の方位を有し、特定の方位によって構造及び操作することを指示または暗示するものではない。そのため本開示に対する限定として理解されたくない。
図面を参照して、本開示の実施例に係る圧電駆動装置100及び圧電駆動システム1000を説明する。圧電駆動装置100は、圧電駆動システム1000に使用されることができる。
図1~4に示すように、圧電駆動装置100は、ケース1と、ホルダ4と、第1の圧電素子5と、第2の圧電素子6と、第1のアクチュエータ7と、第2のアクチュエータ8と、を含む。ケース1は内部にキャビティ13を画定し、ケース1は閉鎖端と開放端とを有する。ホルダ4は、キャビティ13内に設けられ、第1の端と第2の端とを有する。ホルダ4の第1の端はケース1の閉鎖端に結合され、ホルダ4の第2の端はケース1の開放端に向かい、ホルダ4の第2の端はその端面に凹部を有する。凹部は、第1の側壁41と、第2の側壁42と、第1の側壁41と第2の側壁42との間に接続される底部43とを含む。第1の側壁41と第2の側壁42は、底部43から外側に向かって傾斜して延びている。第1の圧電素子5と第2の圧電素子6は、それぞれ凹部の第1の側壁41と第2の側壁42に設けられる。第1の圧電素子5は、通電または停電時に凹部の第1の側壁41に垂直な方向に膨張または収縮するように構成され、第2の圧電素子6は、通電または停電時に凹部の第2の側壁42に垂直な方向に膨張または収縮するように構成される。第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8は、それぞれ第1の圧電素子5と第2の圧電素子6に固定され、互いに対向している。
本開示のいくつかの実施例では、図1と図2に示すように、ケース1の上端が閉鎖され、ケース1の下端が開放されるため、他の部品はケース1の開放下端を介してケース1のキャビティ13内に取り付けることができる。ホルダ4の上端はケース1の上端に結合され、ホルダ4の下端はケース1の下端に向かい、その端面に凹部を有する。第1の側壁41は底部43の左側に設けられ、第2の側壁42は底部43の右側に設けられる。第1の側壁41と第2の側壁42は、底部43から外側に向かって傾斜して延びている。言い換えれば、第1の側壁41は底部43から左方向および下方向に延び、第2の側壁42は底部43から右方向および下方向に延びる。さらに、第1の圧電素子5の左端は硬質接着剤によって凹部の第1の側壁41に接着され、第2の圧電素子6の右端は硬質接着剤によって凹部の第2の側壁42に接着される。従って、第1の圧電素子5は、通電または停電時に右方向および下方向に膨張または左方向および上方向に収縮するように構成され、第2の圧電素子6は、通電または停電時に左方向および下方向に膨張または右方向および上方向に収縮するように構成される。第1のアクチュエータ7の左端は硬質接着剤によって第1の圧電素子5の右端に接着され、第2のアクチュエータ8の右端は硬質接着剤によって第2の圧電素子6の左端に接着され、第1のアクチュエータ7の右端と第2のアクチュエータ8の左端は互いに対向し、これにより、第1のアクチュエータ7の右端は右方向及び下方向に向かい、第2のアクチュエータ8の左端は左方向及び下方向に向かう。
なお、ここで使用される「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、及び「右」は図面の方位を表し、本開示の理解を容易にするためのものであるが、本開示の制限として理解されたくない。
本開示の実施例に係る圧電駆動装置では、第1の圧電素子5または第2の圧電素子6が通電する時、第1の圧電素子5または第2の圧電素子6は、凹部の第1の側壁41または第2の側壁42に垂直な方向に膨張して、第1のアクチュエータ7または第2のアクチュエータ8を駆動して同じ方向に移動させ、これによって第1のアクチュエータ7または第2のアクチュエータ8は圧電駆動システム1000の可動部材200に係合して、可動部材200を駆動して所望の方向に移動させることができる。さらに、第1の圧電素子5または第2の圧電素子6が停電される時、第1の圧電素子5または第2の圧電素子6は凹部の第1の側壁41または第2の側壁42に垂直な方向に収縮するため、可動部材200に影響を与えず、第1のアクチュエータ7または第2のアクチュエータ8もその初期位置に回復する。このように繰り返して、可動部材200は所望の方向に連続的に移動することができる。
従って、本開示の実施例に係る圧電駆動装置100は、構造が簡単で、駆動ストロークが正確で、駆動力が強く、エネルギー変換効率が高いなどの利点がある。
さらに、第1の圧電素子5は硬質接着剤によって凹部の第1の側壁41と第1のアクチュエータ7に接着され、第2の圧電素子6は硬質接着剤によって凹部の第2の側壁42と第2のアクチュエータ8に接着され、第1の圧電素子5と凹部の第1の側壁41との接続、第1の圧電素子5と第1のアクチュエータ7との接続、第2の圧電素子6と凹部の第2の側壁42との接続、及び第2の圧電素子6と第2のアクチュエータ8との接続は強固で安定し、硬質接着剤は第1の圧電素子5と第2の圧電素子6の膨張を吸収しにくいため、第1の圧電素子5と第2の圧電素子6は膨張することにより、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8を駆動して確実かつ効率的に運動させることができる。
また、第1の圧電素子5が硬質接着剤によって凹部の第1の側壁41に接着され、第2の圧電素子6が硬質接着剤によって凹部の第2の側壁42に接着されるため、第1の圧電素子5が通電されて凹部の第1の側壁41に垂直な方向に膨張する時、凹部の第1の側壁41は第1の圧電素子5の左端の運動を制限し、これにより、第1の圧電素子5の右端が凹部の第1の側壁41に垂直な方向に膨張して、第1のアクチュエータ7を駆動して移動させる。同様に、第2の圧電素子6が通電されて凹部の第2の側壁42に垂直な方向に膨張する時、凹部の第2の側壁42は、第2の圧電素子6の右端の運動を制限し、これにより、第2の圧電素子6の左端が凹部の第2の側壁42に垂直な方向に膨張して、第2のアクチュエータ8を駆動して移動させる。
本開示のいくつかの実施例では、圧電駆動装置100は、保持部材2と軸3とをさらに含む。保持部材2は、キャビティ13内に設けられ、第1の端と第2の端とを有する。保持部材2の第1の端はケース1の閉鎖端に当接し、保持部材2の第2の端は第1の端に対向する。軸3はキャビティ13内に設けられ、保持部材2の第2の端に係合し、軸3は保持部材2の作用で移動するように構成される。ホルダ4の第1の端は軸3に固定され、保持部材2の第2の端に当接する。
具体的には、図1と図2に示すように、保持部材2の上端はケース1の閉鎖上端に当接し、軸3は保持部材2の下端に係合し、軸3は保持部材2の作用で上下に移動するように構成される。ホルダ4の上端は硬質接着剤によって軸3に接着され、保持部材2の下端に当接する。
本開示のいくつかの実施例では、ケース1は対向する2つの側壁を少なくとも含み、各側壁が開口11を有し、ケース1の対向する2つの側壁の開口11が互いに位置が合っており、軸3の2つの端部は、それぞれケース1の対向する2つの側壁の開口11に収容され、軸3は保持部材2の作用で開口11内を移動するように構成される。
図1~3に示すように、ケース1の前側壁と後側壁は開口11を有し、開口11は鉛直に延び、ケース1の前側壁及び後側壁の開口11は互いに位置が合っており、これにより、保持部材2がケース1のキャビティ13に入れられた後、軸3が開口11を介してケース1に挿入されることができる。取り付けが完了すると、軸3の前端と後端はそれぞれ開口11に係合して収容される。従って、可動部材200の位置が鉛直に変化すると、軸3は保持部材2の作用で開口11内を移動することができる。
例えば、保持部材2はゴムなどの弾性材料で形成されることができ、ケース1のキャビティ13内に圧縮状態で取り付けられることができ、軸3が開口11を介してケース1に挿入されて保持部材2に係合する時、保持部材2は軸3に約200mNの弾性力を加えることができる。さらに、ホルダ4が軸3に固定され、ホルダ4の上端が保持部材2の下端に当接するため、ホルダ4も保持部材2の弾性力を受ける。このように、可動部材200が下方に移動しようとすると、保持部材2は軸3とホルダ4とを押動してを開口11に沿って下方に移動させるため、第1の圧電素子5及び第2の圧電素子6と、第1のアクチュエータ7及び第2のアクチュエータ8とも下方に移動し、これにより、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8が可動部材200と接触及び係合を保持できる。
同様に、保持部材2は弾性を有し、さらに圧縮できるため、可動部材200が上方に移動する時、第1の圧電素子5及び第2の圧電素子6と、第1のアクチュエータ7及び第2のアクチュエータ8とが可動部材200によって駆動されて上方に移動させられるため、軸3とホルダ4も開口11に沿って上方に移動する。この過程で、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8は可動部材200と接触及び係合を保持できる。
従って、本開示の実施例に係る圧電駆動装置100は、可動部材200の様々な鉛直位置の変化に適応し、これによって可動部材200に安定して係合し、これにより、可動部材200を駆動して滑らかかつ確実に移動させることができる。
また、開口部11は水平方向の中心、すなわちケース1の前側壁または後側壁の水平方向の中心に位置することができるため、開口部11を通過する軸3と、軸3に固定されるホルダ4も水平方向の中心に位置させることができる。
さらに、軸3の2つの端部の端面はそれぞれ、ケース1の対向する2つの側壁の外面と面一である。具体的には、図1と図2に示すように、軸3の前端と後端との端面はそれぞれ、ケース1の前側壁と後側壁との外面と面一である。従って、軸3がケース1に取り付けられる時、ケース1は平坦な表面を有し、これにより、清潔な外観を提供し、他の外部の部品との干渉を回避する。
本開示のいくつかの実施例では、各開口11は、軸3の端部形状にマッチングする2つの円弧状端部を有し、円弧状が軸3の端部に係合するように構成される。例えば、図1と図2に示すように、開口11の上端と下端の両方は、軸3が開口11の上端又は下端に移動するときに、軸3の前端又は後端が開口11の上端又は下端に係合するように、軸3の前端又は後端の形状にマッチングする円弧状を有する。従って、軸3は滑らかに移動し、且つ安定して位置決めすることができる。
また、保持部材2の第2の端は、軸3と平行な第1の溝21を有し、軸3は第1の溝21に少なくとも部分的に係合する。例えば、図1と図2に示すように、第1の溝21は保持部材2の下端に形成され、軸3の一部は第1の溝21に係合する。
さらに、ホルダ4の第1の端は、軸3と平行な第2の溝46を有し、軸3は少なくとも第2の溝46に部分的に係合して固定される。例えば、図1~2に図5を組み合わせて示すように、第2の溝46はホルダ4の上端に形成され、軸3の他の部分は第2の溝46に係合して固定される。
第1の溝21と、軸3と、第2の溝と46は、ケース1の閉鎖端から開放端までの方向に互いに位置が合っており、第1の溝21と第2の溝46との各々は、軸3にマッチングする円弧形状の断面を有し、第1の溝21と第2の溝46とは軸3の外周を取り囲んでいる。
具体的には、図1~2に図4~5を組み合わせて示すように、第1の溝21と、軸3と第2の溝46とは鉛直に互いに位置が合っており、第1の溝21と第2の溝46とはいずれも円弧形断面を有し、円弧形断面の形状が軸3にマッチングするため、第1の溝21と第2の溝46との全体は軸3の外周を取り囲んでいる。
このように、軸3は保持部材2とホルダ4との間に安定して挟まれることができ、保持部材2とホルダ4との接触面積を比較的大きくすることができるため、保持部材2が軸3とホルダ4とを駆動して滑らかに移動させることができる。
本開示の他のいくつかの実施例では、ケース1の前側壁と後側壁には開口11を設けなくてもよい。逆に、ケース1の前側壁と後側壁の内面にはそれぞれスリットが形成されてもよく、スリットはケース1の下端まで延び、軸3がスリットを介してケース1に取り付けられ、スリットに係合し、さらにはスリット内を移動することができる。従って、保持部材2は、上述したように、軸3とホルダ4を駆動してスリット内を上下に移動させることができる。
本開示の他のいくつかの実施例では、軸3と開口11を設けずに、ケース1の上端とホルダ4との間に保持部材2だけ挟まれていてもよい。この場合、保持部材2は、上述したように、ホルダ4を駆動して上下に移動させるように、圧縮状態のゴムブロックまたはばねであってもよい。
本開示の他のいくつかの実施形態では、保持部材2と、軸3と、開口11とを設けず、ホルダ4はケース1の上端に直接当接し、ケース1自体が一定の弾性を有してもよい。例えば、上述したように、ケース1の上端は弾性的に変形させられ、これによって、ホルダ4に常に下向きの力が加えられるため、ホルダ4が駆動されて上下に移動することができる。
本開示のいくつかの実施例では、凹部の底部43は第1のセクション431と、第2のセクション432と第3のセクション433とを含み、第1のセクション431が第1の側壁41に接続され、第2のセクション432が第2の側壁42に接続され、第3のセクション433が第1のセクション431と第2のセクション432との間に接続される。例えば、図2と図5に示すように、第1のセクション431と、第3のセクション433と、第2のセクション432は順次接続され、第1のセクション431が第3のセクション433の左側に設けられ、第2のセクション432が第3のセクション433の右側に設けられる。
さらに、第1のセクション431は第1の圧電素子5に係合し、第2のセクション432は第2の圧電素子6に係合する。言い換えれば、第1の圧電素子5は第1のセクション431に接触しているが、第1のセクション431に固定されておらず、第2の圧電素子6は第2のセクション432に接触しているが、第2のセクション432に固定されていない。このように、第1の圧電素子5または第2の圧電素子6が膨張または収縮する時、第1の圧電素子5または第2の圧電素子6が第1のセクション431または第2のセクション432と干渉せず、これにより、第1の圧電素子5または第2の圧電素子6が滑らかに膨張または収縮することができる。
さらに、第1の圧電素子5は凹部の第1の側壁41と第1のセクション431とにそれぞれ形状及び配向にマッチングし、第2の圧電素子6は凹部の第2の側壁42と第2のセクション432とにそれぞれ形状及び配向にマッチングする。例えば、第1の圧電素子5は、第1の側壁41の平坦面と平行な平坦面と、第1のセクション431の平坦面と平行な別の平坦面とを有し、第2の圧電素子6は第2の側壁42の平坦面と平行な平坦面と第2のセクション432の平坦面と平行な別の平坦面とを有する。
このように、第1の圧電素子5は第1の側壁41に安定して接続されることができ、第1のセクション431に滑らかに係合することもでき、第2の圧電素子6は第2の側壁42に安定して接続されることができ、第2のセクション432に滑らかに係合することもできる。従って、第1の圧電素子5は、第1の側壁41に垂直な方向に安定かつ滑らかに膨張または収縮することができ、第2の圧電素子6は、第2の側壁42に垂直な方向に安定かつ滑らかに膨張または収縮することができる。
例えば、図1~4に示すように、第1の圧電素子5と第2の圧電素子6との各々は直方体形状を有し、凹部の第3のセクション433はホルダ4の第1の端(即ち上端)の端面に平行であり、凹部の第1の側壁41に垂直な方向は凹部の第1のセクション431に垂直な方向に直交し、凹部の第2の側壁42に垂直な方向は凹部の第2のセクション432に垂直な方向に直交する。
言い換えれば、第1の圧電素子5は2つの直交面を有し、2つの直交面はそれぞれ第1の側壁41に固定され、第1のセクション431に係合し、第2の圧電素子6は2つの直交面を有し、2つの直交面はそれぞれ第2の側壁42に固定され、第2のセクション432に係合する。
このように、第1の圧電素子5は、第1のセクション431の案内で第1の側壁41に垂直な方向に安定かつ滑らかに膨張または収縮することができ、第2の圧電素子6は、第2のセクション432の案内で第2の側壁42に垂直な方向に安定かつ滑らかに膨張または収縮することができる。
本開示のいくつかの実施例では、凹部の第1の側壁41と第1のセクション431との接続箇所に第1の遷移部44が設けられ、凹部の第2の側壁42と第2のセクション432との接続箇所に第2の遷移部45が設けられる。例えば、第1の遷移部44及び第2の遷移部45の各々は、局所応力集中を回避するために円弧断面を有する溝であってもよい。なお、溝は、図5の紙面に垂直な方向、すなわち図1及び図2の前後方向に延びている。
また、ホルダ4は、上述した構成を有し、必要な剛性を提供すれば、中実であってもよいし、中空であってもよく、ここでは限定されない。例えば、本開示のいくつかの実施例では、ホルダ4は中空であり、すなわち、ホルダ4は、単一のシートを折り曲げ、その頭と尾とを連結することによって形成されるか、または複数のシートの頭と尾とを連結することによって形成される。
本開示のいくつかの実施例では、図3に示すように、凹部の第1の側壁41に垂直な方向と、ホルダ4の第1の端(すなわち上端)の端面が位置する平面とは、第1の角度αを有し、凹部の第2の側壁42に垂直な方向と、ホルダ4の第1の端(すなわち上端)の端面が位置する平面とは、第2の角度βを有する。
さらに、第1の角度αの範囲は24度から25度であり、第2の角度βの範囲は24度から26度である。
例えば、第1の角度αは、24度、24.5度、25度、25.5度または26度であってもよく、第2の角度βは、24度、24.5度、25度、25.5度、または26度であってもよい。
好ましくは、第1の角度αは25度、第2の角度βは25度である。
第1の角度αと第2の角度βの範囲は24度から26度であるため、圧電駆動システム1000の可動部材200は安定かつ滑らかに移動でき、圧電駆動装置100は高い駆動効率を実現できる。
また、第1の圧電素子5は第2の圧電素子6と対称であり、第1の角度αは第2の角度βに等しい。
これにより、圧電駆動装置100の全体構成が安定して強度が高く、これによって圧電駆動システム1000の可動部材200を駆動して安定かつ滑らかに移動させることができる。
本開示のいくつかの実施例では、第1の圧電素子5と第2の圧電素子6は、約500 mNなどの大きな膨張力を提供するためにd33モードで動作するように構成される。ここで、d33モードとは、圧電材料が同じ分極方向と変形方向を有することを指す。言い換えれば、第1の圧電素子5の分極方向は第1の圧電素子5の変形方向と一致し、両方向とも凹部の第1の側壁41に垂直である。同様に、第2の圧電素子5の分極方向は第2の圧電素子5の変形方向と一致し、両方向とも凹部の第2の側壁42に垂直である。
さらに、d33モードで動作する第1の圧電素子5と第2の圧電素子6は、高いエネルギー変換効率を有することができる。
選択的に、図3と図4の紙面に垂直な方向、すなわち図1と図2の前後方向において、第1の圧電素子5は複数の積層を含み、第2の圧電素子6は複数の積層を含む。第1の圧電素子5の積層の数は、第2の圧電素子6の積層の数と同じである。第1の圧電素子5の各層はいずれも第1の側壁41と第1のアクチュエータ7に接着され、第2の圧電素子6の各層はいずれも第2の側壁42と第2のアクチュエータ8に接着される。例えば、第1の圧電素子5の積層の数と第2の圧電素子6の積層の数は15である。しかし、本開示はこれに限定されない。
本開示のいくつかの実施例では、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8との各々は、ホルダ4に隣接する第1の端と、ホルダ4から離れる第2の端とを有する。第1のアクチュエータ7の第1の端は第2のアクチュエータ8の第1の端と離間し、第1のアクチュエータ7の第2の端はホルダ4から離れる方向に第1の圧電素子5よりも突出し、第2のアクチュエータ8の第2の端はホルダ4から離れる方向に第2の圧電素子6よりも突出している。
例えば、図1~図4に示すように、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8は、いずれもホルダ4に隣接する上端と、ホルダ4から離れる下端とを有する。第1のアクチュエータ7の上端は第2のアクチュエータ8の上端と一定の距離で離間し、これにより、第1のアクチュエータ7が第1の圧電素子5によって駆動されて移動する時に第2のアクチュエータ8と干渉しなく、その逆も同様である。第1のアクチュエータ7の下端は、第1の圧電素子5よりも右方及び下方に突出し、第2のアクチュエータ8の下端は、第2の圧電素子6よりも左方及び下方に突出し、これによって、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8が可動部材200に係合するのを容易にする。
本開示のいくつかの実施例では、第1のアクチュエータ7の下端と第2のアクチュエータ8の下端はいずれも球欠形状を有し、これにより、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8が可動部材200に安定して接触することができ、可動部材200の安定した運動を保証する。
本開示のいくつかの実施例では、圧電駆動装置100は、第1の圧電素子5及び第2の圧電素子6に電気的に接続され、第1の圧電素子5と第2の圧電素子6とを通電又は停電するように構成されるフレキシブルプリント回路基板9をさらに含む。さらに、フレキシブルプリント回路基板9は、ケース1のキャビティ13内に設けられ、ケース1の側壁とホルダ4との間に挟まれていている。
例えば、図6と図7に示すように、2つのフレキシブルプリント回路基板9が設けられ、2つのフレキシブルプリント回路基板9の一方がケース1の前側壁とホルダ4との間に挟まれてい、2つのフレキシブルプリント回路基板9の他方がケース1の後側壁とホルダ4との間に挟まれている。しかし、本開示はこれに限定されない。本開示の他のいくつかの実施例では、フレキシブルプリント回路基板9を1つだけ設け、ケース1の前側壁または後側壁とホルダ4との間に挟んでもよい。
2つのフレキシブルプリント回路基板9が設けられる場合、2つのフレキシブルプリント回路基板9は、第1の圧電素子5と第2の圧電素子6とを独立して通電または停電するように構成される。フレキシブルプリント回路基板9が1つだけ設けられる場合、このフレキシブルプリント回路基板9は、第1の圧電素子5と第2の圧電素子6とを独立して通電または停電するように構成される。
また、フレキシブルプリント回路基板9は、第1の端と第2の端とを有し、フレキシブルプリント回路基板9の第1の端はケース1のキャビティ13内に収容され、フレキシブルプリント回路基板9の第2の端はケース1のキャビティ13の外部に突出する。フレキシブルプリント回路基板9の第1の端は、ホルダ4の第1の端と面一であり、軸3に係合する第1の切欠き91を有する。フレキシブルプリント回路基板9の第2の端は、凹部の少なくとも一部を露出させるために互いに離間する2つの脚部を含む。
例えば、図6に図8を組み合わせて示すように、フレキシブルプリント回路基板9の上端はケース1のキャビティ13内に収容され、フレキシブルプリント回路基板9の下端は下方に延びてケース1のキャビティ13の外部に突出している。フレキシブルプリント回路基板9の上端はホルダ4の上端と面一であり、第1の切欠き91はホルダ4の第2の溝46と位置合わせ、これにより、軸3が第2の溝46と第1の切欠き91とに係合する。フレキシブルプリント回路基板9の下端は、フレキシブルプリント回路基板9の下端が圧電素子とアクチュエータと干渉しないように、凹部の少なくとも一部を露出させるように互いに離間し、左右両側にそれぞれ設けられる2つの脚部92を含む。これによって圧電素子とアクチュエータとが動作するのを容易にする。
また、フレキシブルプリント回路基板9の脚部92は、ケース1のキャビティ13の外部に突出した後、外部電源に接続されるように水平に折り曲げられ、これによって第1の圧電素子5と第2の圧電素子6に電力を供給することができる。
本開示のいくつかの実施例では、圧電駆動装置100は、ケース1のキャビティ13内に設けられ、フレキシブルプリント回路基板9とケース1の側壁との間に挟まれているパッド10をさらに含む。
例えば、図7に図8を組み合わせて示すように、パッド10はフレキシブルプリント回路基板9とケース1の前側壁または後側壁との間に挟まれていている。なお、フレキシブルプリント回路基板9の数に応じて、パッド10を1つまたは2つ設けることができる。言い換えれば、パッド10はフレキシブルプリント回路基板9に一対一で対応する。
さらに、パッド10は、ホルダ4の第1の端と面一である端部を有し、且つパッド10の端部は、軸3に係合する第2の切欠き101を有する。
例えば、図8に示すように、パッド10の上端はホルダ4の上端と面一であり、第2の切欠き101は第1の切欠き91とホルダ4の第2の溝46と面一であり、これにより、軸3が第2の溝46と、第1の切欠き91と第2の切欠き101とに係合する。
本開示のいくつかの実施例では、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8との各々は、セラミック材料から形成されてもよい。セラミック材料は耐摩耗性に優れるため、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8の寿命が長い。
本開示のいくつかの実施例では、ケース1は、実際の必要に応じて固定される。例えば、ケース1には、その外周面の少なくとも一部を囲むフランジが設けられ、フランジはネジまたはボルトを介して固定された外部部品に固定されることができる。
本開示の実施例は、図9に示すように、圧電駆動システム1000をさらに提供する。圧電駆動システム1000は、上述した実施例のいずれかに係る圧電駆動装置100と可動部材200とを含む。可動部材品200は、圧電駆動装置100の下方に設けられ、圧電駆動装置100の第1のアクチュエータ7または第2のアクチュエータ8に係合するように構成される。保持部材2は、可動部材200に当接して第1のアクチュエータ7または第2のアクチュエータ8を保持するように構成される。可動部材200は、第1のアクチュエータ7または第2のアクチュエータ8の駆動で移動するように構成される。
本開示のいくつかの実施例では、可動部材200の外周面が平坦である場合、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8は可動部材200を駆動して水平移動させ、可動部材200の外周面が曲がる時、第1のアクチュエータ7と第2のアクチュエータ8は可動部材200を駆動して回転させる。
以下、第1の圧電素子5を例として、圧電駆動システム1000の動作過程を簡単に説明する。
通電する時、第1の圧電素子5は凹部の第1の側壁41に垂直な方向に膨張する。膨張中に、第1の圧電素子5の左端は凹部の第1の側壁41によって制限されるため、第1の圧電素子5の右端は右方及び下方に膨張し、そして第1のアクチュエータ7を駆動して右方及び下方に移動させる。第1のアクチュエータ7は可動部材200に当接して可動部材200に駆動力を加える。第1のアクチュエータ7によって加えられた駆動力は、右成分と下成分とを有する。従って、可動部材200は駆動されて右方に移動する。例えば、可動部材200は駆動されて40nmを一度に正確に移動することができる
停電時に、第1の圧電素子5は収縮し、これによって第1のアクチュエータ7を駆動して左方及び上方に移動させる。凹部の第1の側壁41に垂直な方向は、ホルダ4の上端の端面が位置する平面と24度から26度の第1の角度αを有し、従って、左方及び上方に移動する第1のアクチュエータ7は可動部材200に駆動力を加えることができない。ミクロ的に見て左方及び上方に移動する第1のアクチュエータ7は、可動部材200からさえ分離されている。従って、可動部材200は、第1のアクチュエータ7とともに移動せず、その位置に留まっている。このように、圧電駆動システム1000は1つの運動サイクルを完了する。第1の圧電素子5に周期的なパルス信号を加えることができ、これによって第1の圧電素子5は通電時の膨張と停電時の収縮の運動を交互に完了させることができる。運動サイクルが繰り返されるにつれて、可動部材200は第1のアクチュエータ7の駆動で連続的に右方に移動する。
第2の圧電素子5の動作過程は第1の圧電素子6の動作過程と基本的に同じであり、第1の圧電素子5が動作しているときの可動部材200の移動方向と、第2の圧電素子6が動作しているときの可動部材200の移動方向とが反対である点が異なる。例えば、第1の圧電素子5は可動部材200を駆動して右方に移動させ、第2の圧電素子6は可動部材200を駆動して左方に移動させる。本開示の他のいくつかの実施例では、第1の圧電素子5は可動部材200を駆動して時計回りに移動させることができ、第2の圧電素子6は可動部材200を駆動して反時計回りに移動させることができる。また、同じ時間帯では、第1の圧電素子5と第2の圧電素子6のうちの1つだけが動作する。言い換えれば、第1の圧電素子5と第2の圧電素子6とは互いに反発するように動作する。
本開示の上記の実施例によれば、圧電駆動システム1000は、構造が簡単で、駆動ストロークが正確で、駆動力が強く、エネルギー変換効率が高いなどの利点がある。
本開示の説明では、明確な規定と限定がない限り、「取付」、「つながる」、及び「接続」、などの用語は広義的な理解とすべきであり、例えば、固定的な接続であってもよく、取り外し可能な接続であってもよく、または一体的になってもよい。機械的接続であってもよく、電気的接続であってもよい。直接接続であってもよく、中間媒体による間接的な接続であってもよく、2つの素子の内部の連通であってもよい。当業者にとっては、具体的な状況に応じて上記用語の本開示において具体的な意味を理解することができる。
本明細書では、「実施例」、「具体的な例」、及び「例」などの用語を参照する説明は、当該実施例または例と併せて説明した具体的な特徴、構造、材料、または特性は、本公開の少なくとも1つの実施例または例に含まれることを意味する。本明細書では、上記用語に対する概略的な説明は必ずしも同じ実施例又は例を対象とするとは限らない。また、説明された具体的な特徴、構造、材料または特性はいずれかまたは複数の実施例または例において適切な方式で結合することができる。また、当業者は本明細書で説明された異なる実施例又は例を結合したり組み合わせたりすることができる。
上記、本開示の実施例を示し説明したが、当業者は、本開示の原則と目的を逸脱することなく、実施例において変化、修正、置換、及び変形を行うことができる。本開示の範囲は、請求項およびその均等物によって限定される。
本開示で説明された圧電駆動装置及び圧電駆動システムの他の利点、目的、特徴は、以下の説明によって部分的に示され、本開示の研究と実践に基づいて当業者によって部分的に理解される。
Claims (20)
- 圧電駆動装置であって、
内部にキャビティを画定し、閉鎖端と開放端とを有するケースと、
前記キャビティに設けられ、前記ケースの閉鎖端に接続される第1の端と前記ケースの開放端に向かう第2の端とを有するホルダであって、前記ホルダの第2の端がその端面に凹部を有し、前記凹部が第1の側壁と、第2の側壁と、前記第1の側壁と前記第2の側壁との間に接続される底部とを含み、前記第1の側壁及び前記第2側壁が、前記底部から外側に向かって傾斜して延びるホルダと、
前記凹部の第1の側壁及び第2の側壁にそれぞれ設けられる第1の圧電素子及び第2の圧電素子であって、前記第1の圧電素子が、通電又は停電時に前記凹部の第1の側壁に垂直な方向に膨張又は収縮するように構成され、前記第2の圧電素子が、通電又は停電時に前記凹部の第2の側壁に垂直な方向に膨張又は収縮するように構成される第1の圧電素子及び第2の圧電素子と、
前記第1の圧電素子及び前記第2の圧電素子にそれぞれ固定され、互いに対向する第1のアクチュエータ及び第2のアクチュエータと、を含む、
圧電駆動装置。 - 前記キャビティに設けられ、前記ケースの閉鎖端に当接する第1の端と第1の端に対向する第2の端とを有する保持部材と、
前記キャビティに設けられ、前記保持部材の第2の端に係合し、前記保持部材の作用で移動するように構成される軸と、をさらに含み、
前記ホルダの第1の端は、前記軸に固定されて前記保持部材の第2の端に当接する、
請求項1に記載の圧電駆動装置。 - 前記ケースは、少なくとも対向する2つの側壁を含み、各側壁は開口を有し、前記ケースの対向する2つの側壁の開口は互いに位置が合っており、前記軸の2つの端部は、前記ケースの対向する2つの側壁の開口にそれぞれ収容され、前記軸は前記保持部材の作用で前記開口内を移動するように構成される、
請求項2に記載の圧電駆動装置。 - 前記軸の2つの端部の端面は、前記ケースの対向する2つの側壁の外面とそれぞれ面一である、
請求項3に記載の圧電駆動装置。 - 各開口は、前記軸の端部の形状にマッチングする2つの円弧状端部を有し、前記円弧状端部は、前記軸の端部に係合するように構成する、
請求項3または4に記載の圧電駆動装置。 - 前記保持部材の第2の端は第1の溝を有し、前記軸は、前記第1の溝に少なくとも部分的に係合する、
請求項2~5のいずれかに記載の圧電駆動装置。 - 前記ホルダの第1の端は第2の溝を有し、前記軸は、前記第2の溝に少なくとも部分的に係合する、
請求項6に記載の圧電駆動装置。 - 前記第1の溝と、前記軸と、前記第2の溝とは、前記ケースの閉鎖端から開放端までの方向に互いに位置が合っており、
前記第1の溝と前記第2の溝のぞれぞれは、前記軸にマッチングする円弧状の断面を有し、
前記第1の溝と前記第2の溝は、前記軸の外周を囲む、
請求項7に記載の圧電駆動装置。 - 前記凹部の底部は、第1のセクションと第2のセクションと第3のセクションとを含み、前記第1のセクションが前記第1の側壁に接続され、前記第2のセクションが前記第2の側壁に接続され、前記第3のセクションが前記第1のセクションと前記第2のセクションとの間に接続され、
前記第1のセクションは前記第1の圧電素子に係合し、前記第2のセクションは前記第2の圧電素子に係合し、
前記第1の圧電素子は、前記凹部の前記第1の側壁と前記第1のセクションとに形状及び配向でそれぞれマッチングし、前記第2の圧電素子は、前記凹部の前記第2の側壁と前記第2のセクションとに形状及び配向でそれぞれマッチングする、
請求項1~8のいずれかに記載の圧電駆動装置。 - 前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とのそれぞれは直方体形状を有し、前記凹部の前記第3のセクションは、前記ホルダの第1の端の端面と平行であり、前記凹部の前記第1の側壁に垂直な方向は、前記凹部の前記第1のセクションに垂直な方向に直交し、前記凹部の前記第2の側壁に垂直な方向は、前記凹部の前記第2のセクションに垂直な方向に直交する、
請求項9に記載の圧電駆動装置。 - 前記凹部の前記第1の側壁と前記第1のセクションとの接続箇所には第1の遷移部が設けられ、前記凹部の前記第2の側壁と前記第2のセクションとの接続箇所には第2の遷移部が設けられる、
請求項9または10に記載の圧電駆動装置。 - 前記凹部の前記第1の側壁に垂直な方向と、前記ホルダの第1の端の端面が位置する平面とは第1の角度を有し、前記凹部の前記第2の側壁に垂直な方向と、前記ホルダの第1の端の端面が位置する平面とは第2の角度を有する、
請求項1~11のいずれかに記載の圧電駆動装置。 - 前記第1の角度の範囲は24度~25度であり、前記第2の角度の範囲は24度~26度である、
請求項12に記載の圧電駆動装置。 - 前記第1の圧電素子は前記第2の圧電素子と対称であり、前記第1の角度は前記第2の角度に等しい、
請求項12または13に記載の圧電駆動装置。 - 前記第1のアクチュエータと前記第2のアクチュエータとのそれぞれは前記ホルダに隣接する第1の端と前記ホルダから離れる第2の端とを有し、
前記第1のアクチュエータの第1の端は前記第2のアクチュエータの第1の端と離間し、前記第1のアクチュエータの第2の端は前記ホルダから離れる方向に前記第1の圧電素子よりも突出し、前記第2のアクチュエータの第2の端は前記ホルダから離れる方向に前記第2の圧電素子よりも突出している、
請求項1~14のいずれかに記載の圧電駆動装置。 - 前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とに電気的に接続され、前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とを通電及び停電するように構成されるフレキシブルプリント回路基板をさらに含み、
前記フレキシブルプリント回路基板は前記ケースの前記キャビティ内に設けられ、前記ケースの側壁と前記ホルダとの間に挟まれている、
請求項1~15のいずれかに記載の圧電駆動装置。 - 前記フレキシブルプリント回路基板は第1の端と第2の端とを有し、前記フレキシブルプリント回路基板の第1の端は前記ケースの前記キャビティ内に収容され、前記フレキシブルプリント回路基板の第2の端は前記ケースの前記キャビティの外部に突出し、
前記フレキシブルプリント回路基板の第1の端は前記ホルダの第1の端と面一であり、前記軸に係合する第1の切欠きを有し、
前記フレキシブルプリント回路基板の第2の端は、前記凹部の少なくとも一部を露出させるように互いに離間する2つの脚部を含む、
請求項16に記載の圧電駆動装置。 - 前記ケースの前記キャビティに設けられ、前記フレキシブルプリント回路基板と前記ケースの側壁との間に挟まれているパッドをさらに含む、
請求項16または17に記載の圧電駆動装置。 - 前記パッドは前記ホルダの第1の端と面一である端部を有し、前記パッドの前記端部は前記軸に係合する第2の切欠きを有する、
請求項18に記載の圧電駆動装置。 - 圧電駆動システムであって、
請求項1~19のいずれかに記載の圧電駆動装置と、
前記圧電駆動装置の下方に設けられ、前記圧電駆動装置の第1のアクチュエータまたは第2のアクチュエータに係合するように構成される可動部材と、を含み
前記保持部材は、前記第1のアクチュエータまたは前記第2のアクチュエータを保持するように構成され、前記可動部材は、前記第1のアクチュエータまたは前記第2のアクチュエータの駆動で移動するように構成される、
圧電駆動システム。
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