圧電アクチュエータ
【課題】圧電アクチュエータの使用により生じるクラックの侵蝕を防止して、耐久性及び信頼性の高い圧電アクチュエータを得る。
【解決手段】圧電素子１１の電極面１４には溝部２０が設けられる。溝部２０は電極面１４の長手方向、すなわち圧電素子１１の伸縮方向全長に渡って形成される。すなわち電極面１４の幅方向に関する断面には必ず溝部２０が設けられる。溝部２０の幅は隣接する溝部２０との間よりも短い。溝部２０の深さは圧電素子１１の厚さの１／２よりも深いが、圧電素子１１の厚さと同じになることはない。使用により圧電素子１１の表面にクラックが生じると、さらなる加振により圧電素子１１の内部をクラックが侵蝕する。しかし電極面１４の幅方向には溝部２０が必ず設けられているため、電極面１４の幅方向に侵蝕するクラックは必ず溝部２０に達する。クラックが溝部２０に到達すると、クラックはそれ以上侵蝕せず圧電素子１１は破断しない。
【解決手段】圧電素子１１の電極面１４には溝部２０が設けられる。溝部２０は電極面１４の長手方向、すなわち圧電素子１１の伸縮方向全長に渡って形成される。すなわち電極面１４の幅方向に関する断面には必ず溝部２０が設けられる。溝部２０の幅は隣接する溝部２０との間よりも短い。溝部２０の深さは圧電素子１１の厚さの１／２よりも深いが、圧電素子１１の厚さと同じになることはない。使用により圧電素子１１の表面にクラックが生じると、さらなる加振により圧電素子１１の内部をクラックが侵蝕する。しかし電極面１４の幅方向には溝部２０が必ず設けられているため、電極面１４の幅方向に侵蝕するクラックは必ず溝部２０に達する。クラックが溝部２０に到達すると、クラックはそれ以上侵蝕せず圧電素子１１は破断しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータは、圧電素子、補強板及び電極からなる。圧電素子は電圧が印加されると逆圧電効果を生じ伸張する。補強板は圧電素子に導電性接着剤等を用いて密着し圧電素子を補強する。電極は補強板と同様にして圧電素子と密着し、電極としても機能する補強板と協同して交流電圧を圧電素子に印加する。
【０００３】
交流電圧を印加された圧電素子は、交流電圧の周波数に従って伸縮を繰り返して振動を生じる。この振動により圧電アクチュエータは被駆動体を駆動する。圧電素子は一方向にのみ伸縮するため、圧電アクチュエータの駆動方向は一方向となる。二方向に圧電アクチュエータを駆動させるために、圧電アクチュエータに複数の電極を設け、選択的に電圧を印加して圧電素子の一部を選択的に伸縮させることにより、二方向への動作を可能にすると共に圧電素子の製造誤差から生じる振動の誤差を補正する構成が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−９４８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、圧電素子は一般的に単結晶のセラミックスから成るため脆く、振動や外力によりクラックが生じて破損する。圧電素子の表面に発生したクラックは、振動を繰り返すことにより圧電素子の内部を侵蝕する。クラックが侵蝕して圧電素子の一部が他の部分から破断すると、破断した一部と他の部分との振動周波数が一致せず、圧電アクチュエータ全体が充分な性能を発揮することが出来なくなる。さらに、圧電素子の破断により電極が破断することがある。電極が破断すると電圧が印加されなくなって破断した圧電素子の一部に電圧が印加されなくなる。これにより振動しない圧電素子が発生して圧電アクチュエータは充分な性能を発揮することが出来なくなる。これらを防止するため圧電素子に補強板が取り付けられるが、完全にクラックを防止することは不可能である。
【０００５】
本発明は、使用により圧電素子に生じるクラックの侵蝕を阻止して、圧電素子及び電極の破断を防ぎ、圧電アクチュエータの耐久性及び信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による圧電アクチュエータは、補強面の反対側の面に電極面が形成された平板状の圧電素子と、補強面に密着して設けられる補強板と、電極面に密着して設けられる電極とを備え、補強面と電極面の少なくとも一方には伸縮方向に延びる一以上の溝部が設けられることを特徴とする。
【０００７】
溝部は電極面及び補強面に設けられてもよく、電極面に設けられる溝部は、補強面に設けられる溝部に対応した位置、又は補強面に設けられる隣接する溝部の間の対応した位置に設けられてもよい。
【０００８】
溝部の幅は、隣接する溝部間の間隔よりも短いことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧電アクチュエータの使用により生じるクラックの侵蝕を防止して、耐久性及び信頼性の高い圧電アクチュエータを得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１１】
第１の実施形態を図１、図２に示す。図１は圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータが取り付けられる部材の斜視図であり、図２は圧電アクチュエータの側面図である。
【００１２】
本実施形態による圧電アクチュエータ１０は、圧電素子１１と圧電素子１１を補強する補強板１２と電極１３とから成り、電極１３は図１では省略されている。圧電素子１１は平板状の直方体である。圧電素子１１の図において上側は電極面１４であり、電極面１４の裏面は補強面１５である。電極面１４全体には導電性接着剤等を用いて電極１３が密着して設けられ、補強面１５にも導電性接着剤等を用いて補強板１２が密着して設けられる。
【００１３】
補強板１２は平板状であって、直方体である補強部１６と支持部１７とが略中心で交差して形成する十字形である。補強部１６における長手方向の長さは、圧電素子１１の長手方向長さと略同じ長さであり、幅は設定される振動周波数に応じて定められ、本実施形態では圧電素子１１の幅よりも狭い。支持部１７における長手方向の長さは圧電素子１１の幅よりも長く、幅は圧電素子１１の振動を妨げない程度の長さである。支持部１７の両端部には輪状の取付部１８が設けられる。
【００１４】
圧電アクチュエータ１０は基部２１に固定される。基部２１は円筒形状である２つの突起部２２を備える。突起部２２の内面は螺子孔部２３を備え、２つの螺子孔部２３の中心軸の間隔は取付部１８が有する２つの開口孔部１９における中心軸の間隔と一致する。そのため取付部１８と突起部２２は互いの孔の中心軸を一致させて、螺子２４により固定される。
【００１５】
補強板１２は導電性の材料から成り電極としても機能する。補強板１２及び電極１３には図示しないリード線が接続されて図示しない電源から電力が供給される。電力の供給により補強板１２と電極１３との間には電位差が生じ、この電位差により圧電素子１１が伸縮する。電力は交流で与えられて補強板１２と電極１３との間の電位差を連続的に変化させる。これによって圧電素子１１は伸縮を繰り返して振動を発生させる。
【００１６】
圧電素子１１は電圧の印加により全ての面に対して垂直方向に伸縮するが、最も伸縮の大きい方向は圧電素子１１の長手方向である。そのため、圧電素子１１の長手方向に発生する伸縮が圧電アクチュエータ１０の駆動に用いられる。そこで、本実施形態では、圧電素子１１の伸縮方向は長手方向とする。圧電素子１１の長手方向に発生した振動は圧電アクチュエータ１０が生じる駆動力として利用され、圧電素子１１から突出する補強部１６の先端部を介して図示しない被駆動体に伝達される。
【００１７】
圧電素子１１の電極面１４には溝部２０が設けられる。溝部２０は電極面１４の長手方向、すなわち圧電素子１１の伸縮方向全長に渡って形成される。言い換えると、電極面１４における幅方向の断面には必ず溝部２０が設けられる。溝部２０の幅は隣接する溝部２０との間よりも短い。溝部２０の深さは圧電素子１１の厚さの１／２よりも深いが、圧電素子１１の厚さと同じになることはない。
【００１８】
使用により圧電素子１１の表面にクラックが生じると、さらなる使用により圧電素子１１の内部をクラックが侵蝕する。しかし電極面１４の幅方向には溝部２０が必ず設けられているため、電極面１４の幅方向に侵蝕するクラックは必ず溝部２０に達する。クラックが溝部２０に到達すると、クラックはそれ以上侵蝕せず圧電素子１１は破断しない。
【００１９】
本実施形態によれば、クラックの侵蝕を防ぐと共に圧電素子１１が完全に破断することを防止できるため、圧電アクチュエータ１０は長期間に渡って性能を維持する。
【００２０】
図３を用いて第２の実施形態について説明する。図３は補強面１５に溝部２０が設けられる圧電アクチュエータ１０の側面図である。第１の実施形態と同様の構成に関しては説明を省略する。
【００２１】
圧電アクチュエータ１０の補強面１５には補強板１２が密着して設けられる。電極面１４には電極１３が密着して設けられ、補強板１２と電極１３の間には上述と同様の構成により電位差が生じる。
【００２２】
補強面１５には溝部２０が設けられる。溝部２０は補強面１５の長手方向、すなわち圧電素子１１の伸縮方向全長に渡って形成される。すなわち補強面１５の幅方向に関する断面には必ず溝部２０が設けられる。溝部２０の幅は隣接する溝部２０との間よりも短い。溝部２０の深さは圧電素子１１の厚さの１／２よりも深いが、圧電素子１１の厚さと同じになることはない。
【００２３】
使用により圧電素子１１の表面にクラックが生じると、さらなる使用により圧電素子１１の内部をクラックが侵蝕する。しかし補強面１５の幅方向には溝部２０が必ず設けられ、補強面１５の幅方向に侵蝕するクラックは必ず溝部２０に達する。クラックが溝部２０に到達すると、クラックはそれ以上侵蝕せず圧電素子１１は破断しない。
【００２４】
本実施形態によれば、加振によるクラックが補強面１５から生じるときに、圧電素子１１の強度を保持しつつ補強面１５から生じるクラックの侵蝕を効率よく阻止することが出来る。
【００２５】
なお、電極１３は電極面１４全体に設けられなくても良い。圧電アクチュエータ１０の駆動に必要な電圧を加えるために必要なだけ設けられれば良い。
【００２６】
溝部２０は補強面１５及び電極面１４の両方に設けられても良い。圧電素子１１の表面から生じるクラックの侵蝕を効率よく阻止することが出来る。
【００２７】
補強面１５及び電極面１４の両方に設けられる溝部２０は、互いに対応する位置、すなわち補強面１５に対して垂直方向に互いの位置が一致する位置に設けられても良い。圧電素子１１の強度低下を最小限にとどめながら、表面から生じるクラックの侵蝕を効率よく阻止することが出来る。
【００２８】
また、補強面１５及び電極面１４の両方に設けられる溝部２０のうち、補強面１５に設けられる溝部２０は電極面１４の溝部２０の間に対応する位置、すなわち補強面１５に対して垂直方向における互いの位置が異なる位置に設けられても良い。圧電素子１１の強度低下を防止しながら、表面から生じるクラックの侵蝕を効率よく阻止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態による圧電アクチュエータの斜視図である。
【図２】第１の実施形態による圧電アクチュエータの側面図である。
【図３】第２の実施形態による圧電アクチュエータの側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 圧電アクチュエータ
１１ 圧電素子
１２ 補強板
１６ 補強部
１７ 支持部
２０ 溝部
２１ 基部
２２ 突起部
２４ 螺子
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータは、圧電素子、補強板及び電極からなる。圧電素子は電圧が印加されると逆圧電効果を生じ伸張する。補強板は圧電素子に導電性接着剤等を用いて密着し圧電素子を補強する。電極は補強板と同様にして圧電素子と密着し、電極としても機能する補強板と協同して交流電圧を圧電素子に印加する。
【０００３】
交流電圧を印加された圧電素子は、交流電圧の周波数に従って伸縮を繰り返して振動を生じる。この振動により圧電アクチュエータは被駆動体を駆動する。圧電素子は一方向にのみ伸縮するため、圧電アクチュエータの駆動方向は一方向となる。二方向に圧電アクチュエータを駆動させるために、圧電アクチュエータに複数の電極を設け、選択的に電圧を印加して圧電素子の一部を選択的に伸縮させることにより、二方向への動作を可能にすると共に圧電素子の製造誤差から生じる振動の誤差を補正する構成が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−９４８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、圧電素子は一般的に単結晶のセラミックスから成るため脆く、振動や外力によりクラックが生じて破損する。圧電素子の表面に発生したクラックは、振動を繰り返すことにより圧電素子の内部を侵蝕する。クラックが侵蝕して圧電素子の一部が他の部分から破断すると、破断した一部と他の部分との振動周波数が一致せず、圧電アクチュエータ全体が充分な性能を発揮することが出来なくなる。さらに、圧電素子の破断により電極が破断することがある。電極が破断すると電圧が印加されなくなって破断した圧電素子の一部に電圧が印加されなくなる。これにより振動しない圧電素子が発生して圧電アクチュエータは充分な性能を発揮することが出来なくなる。これらを防止するため圧電素子に補強板が取り付けられるが、完全にクラックを防止することは不可能である。
【０００５】
本発明は、使用により圧電素子に生じるクラックの侵蝕を阻止して、圧電素子及び電極の破断を防ぎ、圧電アクチュエータの耐久性及び信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による圧電アクチュエータは、補強面の反対側の面に電極面が形成された平板状の圧電素子と、補強面に密着して設けられる補強板と、電極面に密着して設けられる電極とを備え、補強面と電極面の少なくとも一方には伸縮方向に延びる一以上の溝部が設けられることを特徴とする。
【０００７】
溝部は電極面及び補強面に設けられてもよく、電極面に設けられる溝部は、補強面に設けられる溝部に対応した位置、又は補強面に設けられる隣接する溝部の間の対応した位置に設けられてもよい。
【０００８】
溝部の幅は、隣接する溝部間の間隔よりも短いことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧電アクチュエータの使用により生じるクラックの侵蝕を防止して、耐久性及び信頼性の高い圧電アクチュエータを得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１１】
第１の実施形態を図１、図２に示す。図１は圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータが取り付けられる部材の斜視図であり、図２は圧電アクチュエータの側面図である。
【００１２】
本実施形態による圧電アクチュエータ１０は、圧電素子１１と圧電素子１１を補強する補強板１２と電極１３とから成り、電極１３は図１では省略されている。圧電素子１１は平板状の直方体である。圧電素子１１の図において上側は電極面１４であり、電極面１４の裏面は補強面１５である。電極面１４全体には導電性接着剤等を用いて電極１３が密着して設けられ、補強面１５にも導電性接着剤等を用いて補強板１２が密着して設けられる。
【００１３】
補強板１２は平板状であって、直方体である補強部１６と支持部１７とが略中心で交差して形成する十字形である。補強部１６における長手方向の長さは、圧電素子１１の長手方向長さと略同じ長さであり、幅は設定される振動周波数に応じて定められ、本実施形態では圧電素子１１の幅よりも狭い。支持部１７における長手方向の長さは圧電素子１１の幅よりも長く、幅は圧電素子１１の振動を妨げない程度の長さである。支持部１７の両端部には輪状の取付部１８が設けられる。
【００１４】
圧電アクチュエータ１０は基部２１に固定される。基部２１は円筒形状である２つの突起部２２を備える。突起部２２の内面は螺子孔部２３を備え、２つの螺子孔部２３の中心軸の間隔は取付部１８が有する２つの開口孔部１９における中心軸の間隔と一致する。そのため取付部１８と突起部２２は互いの孔の中心軸を一致させて、螺子２４により固定される。
【００１５】
補強板１２は導電性の材料から成り電極としても機能する。補強板１２及び電極１３には図示しないリード線が接続されて図示しない電源から電力が供給される。電力の供給により補強板１２と電極１３との間には電位差が生じ、この電位差により圧電素子１１が伸縮する。電力は交流で与えられて補強板１２と電極１３との間の電位差を連続的に変化させる。これによって圧電素子１１は伸縮を繰り返して振動を発生させる。
【００１６】
圧電素子１１は電圧の印加により全ての面に対して垂直方向に伸縮するが、最も伸縮の大きい方向は圧電素子１１の長手方向である。そのため、圧電素子１１の長手方向に発生する伸縮が圧電アクチュエータ１０の駆動に用いられる。そこで、本実施形態では、圧電素子１１の伸縮方向は長手方向とする。圧電素子１１の長手方向に発生した振動は圧電アクチュエータ１０が生じる駆動力として利用され、圧電素子１１から突出する補強部１６の先端部を介して図示しない被駆動体に伝達される。
【００１７】
圧電素子１１の電極面１４には溝部２０が設けられる。溝部２０は電極面１４の長手方向、すなわち圧電素子１１の伸縮方向全長に渡って形成される。言い換えると、電極面１４における幅方向の断面には必ず溝部２０が設けられる。溝部２０の幅は隣接する溝部２０との間よりも短い。溝部２０の深さは圧電素子１１の厚さの１／２よりも深いが、圧電素子１１の厚さと同じになることはない。
【００１８】
使用により圧電素子１１の表面にクラックが生じると、さらなる使用により圧電素子１１の内部をクラックが侵蝕する。しかし電極面１４の幅方向には溝部２０が必ず設けられているため、電極面１４の幅方向に侵蝕するクラックは必ず溝部２０に達する。クラックが溝部２０に到達すると、クラックはそれ以上侵蝕せず圧電素子１１は破断しない。
【００１９】
本実施形態によれば、クラックの侵蝕を防ぐと共に圧電素子１１が完全に破断することを防止できるため、圧電アクチュエータ１０は長期間に渡って性能を維持する。
【００２０】
図３を用いて第２の実施形態について説明する。図３は補強面１５に溝部２０が設けられる圧電アクチュエータ１０の側面図である。第１の実施形態と同様の構成に関しては説明を省略する。
【００２１】
圧電アクチュエータ１０の補強面１５には補強板１２が密着して設けられる。電極面１４には電極１３が密着して設けられ、補強板１２と電極１３の間には上述と同様の構成により電位差が生じる。
【００２２】
補強面１５には溝部２０が設けられる。溝部２０は補強面１５の長手方向、すなわち圧電素子１１の伸縮方向全長に渡って形成される。すなわち補強面１５の幅方向に関する断面には必ず溝部２０が設けられる。溝部２０の幅は隣接する溝部２０との間よりも短い。溝部２０の深さは圧電素子１１の厚さの１／２よりも深いが、圧電素子１１の厚さと同じになることはない。
【００２３】
使用により圧電素子１１の表面にクラックが生じると、さらなる使用により圧電素子１１の内部をクラックが侵蝕する。しかし補強面１５の幅方向には溝部２０が必ず設けられ、補強面１５の幅方向に侵蝕するクラックは必ず溝部２０に達する。クラックが溝部２０に到達すると、クラックはそれ以上侵蝕せず圧電素子１１は破断しない。
【００２４】
本実施形態によれば、加振によるクラックが補強面１５から生じるときに、圧電素子１１の強度を保持しつつ補強面１５から生じるクラックの侵蝕を効率よく阻止することが出来る。
【００２５】
なお、電極１３は電極面１４全体に設けられなくても良い。圧電アクチュエータ１０の駆動に必要な電圧を加えるために必要なだけ設けられれば良い。
【００２６】
溝部２０は補強面１５及び電極面１４の両方に設けられても良い。圧電素子１１の表面から生じるクラックの侵蝕を効率よく阻止することが出来る。
【００２７】
補強面１５及び電極面１４の両方に設けられる溝部２０は、互いに対応する位置、すなわち補強面１５に対して垂直方向に互いの位置が一致する位置に設けられても良い。圧電素子１１の強度低下を最小限にとどめながら、表面から生じるクラックの侵蝕を効率よく阻止することが出来る。
【００２８】
また、補強面１５及び電極面１４の両方に設けられる溝部２０のうち、補強面１５に設けられる溝部２０は電極面１４の溝部２０の間に対応する位置、すなわち補強面１５に対して垂直方向における互いの位置が異なる位置に設けられても良い。圧電素子１１の強度低下を防止しながら、表面から生じるクラックの侵蝕を効率よく阻止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態による圧電アクチュエータの斜視図である。
【図２】第１の実施形態による圧電アクチュエータの側面図である。
【図３】第２の実施形態による圧電アクチュエータの側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 圧電アクチュエータ
１１ 圧電素子
１２ 補強板
１６ 補強部
１７ 支持部
２０ 溝部
２１ 基部
２２ 突起部
２４ 螺子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強面の反対側の面に電極面が形成された平板状の圧電素子と、
前記補強面に密着して設けられる補強板と、
前記電極面に密着して設けられる電極とを備え、
前記補強面と前記電極面の少なくとも一方には、前記圧電素子の破損を防止する伸縮方向に延びる溝部が設けられることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記溝部は、前記電極面及び前記補強面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記電極面に設けられる溝部は、前記補強面に設けられる溝部に対応した位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記電極面に設けられる溝部は、前記補強面に設けられる隣接する溝部の間の対応した位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記溝部の幅は、隣接する前記溝部間の間隔よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１】
補強面の反対側の面に電極面が形成された平板状の圧電素子と、
前記補強面に密着して設けられる補強板と、
前記電極面に密着して設けられる電極とを備え、
前記補強面と前記電極面の少なくとも一方には、前記圧電素子の破損を防止する伸縮方向に延びる溝部が設けられることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記溝部は、前記電極面及び前記補強面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記電極面に設けられる溝部は、前記補強面に設けられる溝部に対応した位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記電極面に設けられる溝部は、前記補強面に設けられる隣接する溝部の間の対応した位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記溝部の幅は、隣接する前記溝部間の間隔よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−７９３５６（Ｐ２００８−７９３５６Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５２０４４（Ｐ２００６−２５２０４４）
【出願日】平成１８年９月１９日（２００６．９．１９）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１９日（２００６．９．１９）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
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