JP2007336685A - Vibrator, piezoelectric actuator, electronic apparatus, and manufacturing method of vibrator - Google Patents
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本発明は、振動体、圧電アクチュエータ、電子機器、および振動体の製造方法に関する。 The present invention relates to a vibrating body, a piezoelectric actuator, an electronic device, and a method for manufacturing the vibrating body.
圧電素子は電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率や応答性などに優れ、小型化・薄型化に適するため、マイクロエレクトロニクスの分野などでは、圧電素子に交流電圧を印加した際の振動によりロータなどの被駆動体を駆動する圧電アクチュエータ(超音波モータ)の開発が進められている。 Piezoelectric elements are excellent in conversion efficiency and responsiveness from electrical energy to mechanical energy, and are suitable for miniaturization and thinning. Therefore, in the field of microelectronics, the vibration of a piezoelectric element due to vibration when an AC voltage is applied to the piezoelectric element. Development of a piezoelectric actuator (ultrasonic motor) for driving a driven body is in progress.
ここで、小型薄型化に好適な定在波方式であって矩形状の振動体を有する圧電アクチュエータの構造の一例として特許文献1を示す。この特許文献1の圧電アクチュエータは、2枚の矩形板状の圧電素子と、これらの圧電素子の間に介装される導電性の補強板と、圧電素子と外部基板とを導通するリード基板とを備えて構成されている。各圧電素子は厚み方向に互いに逆向きに分極されており、各圧電素子の裏側が接合される補強板を各圧電素子の共通電極として、この補強板と、各圧電素子の表側にめっきなどで形成された電極それぞれとの間に分極方向に沿って駆動電圧が印加され、圧電横効果によって各圧電素子は同時に伸縮する。 Here, Patent Document 1 shows an example of a structure of a piezoelectric actuator that is a standing wave system suitable for miniaturization and thinning and has a rectangular vibrating body. The piezoelectric actuator of Patent Document 1 includes two rectangular plate-shaped piezoelectric elements, a conductive reinforcing plate interposed between the piezoelectric elements, a lead substrate that conducts the piezoelectric element and an external substrate, and It is configured with. Each piezoelectric element is polarized in the direction opposite to each other in the thickness direction, and a reinforcing plate to which the back side of each piezoelectric element is joined is used as a common electrode of each piezoelectric element, and the reinforcing plate and the front side of each piezoelectric element are plated or the like. A drive voltage is applied along the polarization direction between each of the formed electrodes, and the piezoelectric elements simultaneously expand and contract due to the piezoelectric lateral effect.
このような圧電アクチュエータにおける導通実装に関し、圧電素子に複数の電極が形成された特許文献1では、リード基板に形成するオーバーハング部を使用し、全電極からオーバーハング部でリード基板に引き出した後、外部回路内で導通をとっている。補強板の表裏の各圧電素子のそれぞれの表面に形成された各電極は略同電位とされるため、補強板の表側の圧電素子に設けられたリード基板と、補強板裏側の圧電素子に設けられたリード基板とを互いに導通して電圧印加装置に接続する。ここで、特許文献1では、1枚の基板を振動体の表裏両側に向けて折り曲げることでリード基板同士の接続を不要としている。そして、この折り曲げたリード基板の両端縁からそれぞれ、各圧電素子表面の電極に向かって突出する可撓性を有するオーバーハングパターンを配置し、オーバーハング部の先端を熱溶着などで電極に取り付ける。 With regard to conductive mounting in such a piezoelectric actuator, in Patent Document 1 in which a plurality of electrodes are formed on a piezoelectric element, an overhang portion formed on a lead substrate is used, and after all the electrodes are pulled out to the lead substrate at the overhang portion. Continuity in the external circuit. Since each electrode formed on the surface of each piezoelectric element on the front and back sides of the reinforcing plate has substantially the same potential, the lead board provided on the piezoelectric element on the front side of the reinforcing plate and the piezoelectric element on the back side of the reinforcing plate are provided. The lead substrates thus formed are electrically connected to each other and connected to the voltage application device. Here, in Patent Document 1, it is unnecessary to connect the lead substrates by bending one substrate toward both the front and back sides of the vibrating body. And the flexible overhang pattern which protrudes toward the electrode of each piezoelectric element surface from the both ends edge of this bent lead substrate is arrange | positioned, and the front-end | tip of an overhang part is attached to an electrode by heat welding etc. FIG.
なお、オーバーハングパターンによる導通の代わりに、図37に示すようにワイヤボンディングを用いることもある。この場合、同じリード基板990に対して各圧電素子991,992の表面電極からそれぞれワイヤ993で導通を図ることが可能である。
さらに、同じく圧電アクチュエータの導通構造に関し、特許文献2の図16には、ワイヤ配線構造が示され、また同文献の図32には、可撓性基板(FPC;フレキシブルプリント配線板)を用いた導通構造が示されている。
Note that wire bonding may be used as shown in FIG. 37 instead of conduction by the overhang pattern. In this case, the
Further, regarding the conductive structure of the piezoelectric actuator, FIG. 16 of
しかしながら、前述のような導通関係の実装では、圧電アクチュエータの厚みが大きくなるという問題がある。すなわち、特許文献1の図3(B)を参照して説明すると、オーバーハング部461と圧電素子表面の電極とが接触しないように、リード基板46の実装の際には、オーバーハング部461の寸法に応じてリード基板46を圧電素子表面から所定間隔離してリード基板46を配置する必要があり、このように間隔を空ける分、厚くなってしまう。特に、外部衝撃を受けた際にも圧電素子の電極と導通部(配線)とが電気的なショートを起こさない隙間を設定する必要がある。
なお、特許文献2における図16のワイヤ37や、同文献における図32の基板15も、圧電素子の表面側と裏面側とにU字状に折り曲げられているため、同様の隙間をあける必要があり、同様に厚くなる。
また、特許文献1、2でもそうであるように、圧電素子表面の電極が複数に分割されている場合は、落下、振動によりオーバーハング部が撓んで他の電極に短絡しないように、その間隔を大きくする必要がある。
このように、補強板の片面側の圧電素子だけ見ても、圧電アクチュエータが厚くなる要因があるところ、特許文献1、2のように2枚の圧電素子表面の電極をそれぞれ導通させる場合は片側の実装構造に対して2倍の厚みが必要となるため、圧電アクチュエータ全体ではかなり嵩張ってしまう。また、圧電素子1枚だけで構成される単板タイプの圧電アクチュエータにおいても、表面側および裏面側の電極の導通を取るためのリード基板などがそれぞれ必要となるから、表裏合わせて2倍の厚みが出て嵩張る点は同様である。圧電アクチュエータは、他のモータなどと比べてその厚みや長さなどの寸法に対して大きな駆動力が得られることから、小型の電子機器に搭載されることが多く、機器の小型化に伴い、今後一層の小型化が望まれている。
このような厚み寸法の問題に加えて、リード基板と圧電素子との間の所定の間隔を保持しながらオーバーハング部を圧電素子表面の電極に接合する組立作業は煩雑という問題もある。さらに、このようなリード基板を保持するスペーサやピンなどの部品が必要となり、部品点数が多くなる点でも、圧電アクチュエータ製造における組立作業が煩雑であり、またコストアップに繋がる。
However, there is a problem that the thickness of the piezoelectric actuator is increased in the above-described conductive mounting. That is, with reference to FIG. 3B of Patent Document 1, when mounting the lead substrate 46, the overhang portion 461 is arranged so that the overhang portion 461 and the electrode on the surface of the piezoelectric element do not contact each other. The lead substrate 46 needs to be arranged with a predetermined distance from the surface of the piezoelectric element in accordance with the dimensions, and the lead substrate 46 is thickened by such an interval. In particular, it is necessary to set a gap that does not cause an electrical short between the electrode of the piezoelectric element and the conducting portion (wiring) even when subjected to an external impact.
Note that the
In addition, as in
In this way, even if only the piezoelectric element on one side of the reinforcing plate is seen, there is a factor that the piezoelectric actuator becomes thick. Since the thickness twice as large as that of the mounting structure is required, the entire piezoelectric actuator is considerably bulky. In addition, a single-plate type piezoelectric actuator composed of only one piezoelectric element also requires a lead substrate for conducting the electrodes on the front surface side and the back surface side. The point that appears and becomes bulky is the same. Piezoelectric actuators are often mounted on small electronic devices because they can provide a large driving force with respect to dimensions such as thickness and length compared to other motors, etc. Further downsizing is desired in the future.
In addition to the problem of the thickness dimension, there is also a problem that the assembling work for joining the overhang portion to the electrode on the surface of the piezoelectric element while maintaining a predetermined distance between the lead substrate and the piezoelectric element is complicated. Furthermore, parts such as spacers and pins for holding such a lead substrate are required, and the assembly work in manufacturing the piezoelectric actuator is complicated and leads to an increase in cost in terms of an increase in the number of parts.
一方、図37や、特許文献2の図16のようなワイヤボンディングによる実装構造では、ワイヤ993の可撓性により振動体に平面的に隣接する位置にリード基板990を設けることが可能であって、これによって厚みを減らす一定の効果はあるものの、ワイヤ993に可撓性があるがゆえにその位置が定まらず、またはんだの盛り上がりにより、やはり圧電素子991,992の表面からワイヤ993を所定間隔離して配置する必要がある。
そのうえ、振動に影響しない程度のワイヤ993の細さでは、その位置が非常に定まり難く、作業ばらつきが許容される余裕ある間隔設定が必要となるから、厚みはさらに増大する。
なお、圧電素子表面の電極が複数に分割されている場合に、落下、振動によりワイヤが撓んで他の電極に短絡しないようにその間隔を大きくする必要があったり、2枚の圧電素子を備える場合や単板タイプの場合など、表裏それぞれの導通に際して厚みが2倍となるのはオーバーハング部の場合と同様である。
On the other hand, in the mounting structure by wire bonding as shown in FIG. 37 or FIG. 16 of
In addition, if the
In addition, when the electrode on the surface of the piezoelectric element is divided into a plurality of parts, it is necessary to increase the interval so that the wire is not bent and short-circuited to other electrodes due to dropping or vibration, or two piezoelectric elements are provided. In the case of a case or a single plate type, the thickness is doubled when conducting both front and back, as in the case of the overhang portion.
また、ワイヤボンディングの場合は、ボンディング作業を既に実施した一方の圧電素子の側を保持して反対側のもう一方の圧電素子に対してボンディングを実施する際に、既にボンディングされたワイヤの位置がばらついていることから、これらのワイヤが確実に圧電素子を保持可能な領域が狭い。このため、圧電素子を安定的に保持できず、ボンディングツールからの振動および熱を確実に伝えることができないため、ワイヤの接続品質が著しく不安定となる。 In the case of wire bonding, the position of the already bonded wire is determined when holding the side of one piezoelectric element that has already been bonded and performing bonding to the other piezoelectric element on the opposite side. Because of the variation, the area where these wires can reliably hold the piezoelectric element is narrow. For this reason, the piezoelectric element cannot be stably held, and vibration and heat from the bonding tool cannot be reliably transmitted, so that the connection quality of the wire becomes extremely unstable.
加えて、前述のボンディングワイヤも、また箔状といえどもオーバーハングも、その抗力やはんだの重みなどによって圧電素子の振動が妨げられ、また、これらワイヤやオーバーハング自体も圧電素子とは別に振動することから不要な振動モードが発生し、圧電アクチュエータのエネルギー効率が低下するという問題もある。特に、ワイヤの場合は、振動により断線するおそれもあり、信頼性の低下が懸念される。 In addition, the bonding wires mentioned above and foils, even overhangs, hinder the vibration of piezoelectric elements due to their drag and solder weight, and these wires and overhangs themselves vibrate separately from the piezoelectric elements. As a result, an unnecessary vibration mode is generated and the energy efficiency of the piezoelectric actuator is lowered. In particular, in the case of a wire, there is a risk of disconnection due to vibration, and there is a concern about a decrease in reliability.
このような問題に鑑みて、本発明の目的は、導通構造に関し、格段に小型化できるとともに容易に製造でき、エネルギ効率も低下しない振動体、圧電アクチュエータ、電子機器、および振動体の製造方法を提供することにある。 In view of such a problem, an object of the present invention relates to a conductive structure, a vibration body, a piezoelectric actuator, an electronic device, and a method for manufacturing the vibration body that can be remarkably reduced in size and can be easily manufactured without reducing energy efficiency. It is to provide.
本件の第1発明の振動体は、略板状とされ表面部および裏面部にそれぞれ電極が形成される圧電素子を備え、前記表面部および前記裏面部のいずれかにおける一部には、部分電極が形成され、前記部分電極とこの部分電極が形成された側とは反対側に形成された前記電極とを前記圧電素子側面部を介して互いに電気的に接続する導通部が形成され、前記導通部は、前記互いに導通される前記部分電極および前記電極がそれぞれ形成された電極平面部と前記圧電素子側面部とを含む前記圧電素子の体表面部に、常温では導電性粒子を含有した液状物を設けた後、当該液状物を常温より高い温度で乾燥固化させることにより前記導電性粒子を相互接触させて形成されることを特徴とする。 The vibrating body according to the first aspect of the present invention includes a piezoelectric element that is substantially plate-shaped and has electrodes formed on the front surface portion and the back surface portion, respectively, and a partial electrode is provided on a part of either the front surface portion or the back surface portion. A conductive portion is formed to electrically connect the partial electrode and the electrode formed on the side opposite to the side where the partial electrode is formed through the side surface of the piezoelectric element. A liquid material containing conductive particles at room temperature on the body surface portion of the piezoelectric element including the electrode portion on which the partial electrode and the electrode are formed, and the side surface portion of the piezoelectric element. Then, the liquid particles are dried and solidified at a temperature higher than normal temperature to form the conductive particles in contact with each other.
また、本件の第2発明の振動体は、略板状とされ表面部および裏面部の少なくとも一方に電極が形成される2つの圧電素子が積層されて構成され、前記圧電素子による積層体の積層方向両端側における積層体表面部と積層体裏面部とはそれぞれ、前記電極が形成された電極平面部とされ、前記電極平面部の一方と前記各圧電素子それぞれの圧電素子側面部と前記電極平面部の他方とを含む前記圧電素子の体表面部には、前記各電極平面部における前記電極同士を互いに電気的に接続する導通部が形成され、前記導通部は、常温では導電性粒子を含有した液状物を前記体表面部に設けた後、当該液状物を常温より高い温度で乾燥固化させることにより前記導電性粒子を相互接触させて形成されていることを特徴とする。 The vibrating body according to the second aspect of the present invention is configured by laminating two piezoelectric elements having a substantially plate shape and electrodes formed on at least one of a front surface portion and a back surface portion, and stacking the multilayer body by the piezoelectric elements. The laminate front surface portion and the laminate back surface portion on both ends in the direction are respectively electrode flat portions on which the electrodes are formed, and one of the electrode flat portions, the piezoelectric element side surface portions of the respective piezoelectric elements, and the electrode planes. The body surface portion of the piezoelectric element including the other of the portions is formed with a conductive portion that electrically connects the electrodes in each electrode plane portion to each other, and the conductive portion contains conductive particles at room temperature. After the liquid material is provided on the body surface, the conductive particles are formed in contact with each other by drying and solidifying the liquid material at a temperature higher than room temperature.
これらの第1、第2発明によれば、圧電素子の側面部を介して電極同士を導通する導通部に関し、このような液状物を用いることによって電極平面部および側面部に沿った薄膜として導通部を形成することが可能となり、電極が圧電素子と一体化されることと略同様に、導通部も圧電素子と一体化される。このため、ワイヤやオーバーハング部などの導通手段によって圧電素子の厚みが嵩張ることなく、このような圧電素子を有する振動体の小型化を格段に促進できる。このように形成された導通部により、従来とは根本的に異なる圧電素子の導通構造を提供できる。
ここで、液状物を用いることから、従来実現し得なかった微細な導通パターンの形成が可能となり、細密配線が可能となるから、小型化・薄型化を一層促進できる。
また、液状物を圧電素子の体表面部で乾燥固化させることにより、導通部の位置が定まらないということがなく、導通部は精密にパターニングされる。さらに、導通部の組み立てが不要であるから、製造が極めて容易となる。またさらに、このように圧電素子に直接導通部を形成しているので、従来の電極への導通を取るリード基板を不要にすることもでき、このような基板を保持する構造も不要であることから、一層、製造容易となる。そのうえ、基板コストが削減でき、コストダウンもできる。
そして、配線、組み立てに起因して信頼性が低下するおそれもない。
またさらに、液状物を用いて振動体に一体的に配線することから、特許文献1、2における前記構成等と比べて、振動体全体の平面サイズおよび振動体を配置するのに必要な空間占有域を小型化できる。前述したような、電極と(配線)との間の隙間が不要である。
According to these first and second inventions, the conductive portion that conducts the electrodes through the side surface portion of the piezoelectric element, and by using such a liquid material, the conductive material is conducted as a thin film along the electrode plane portion and the side surface portion. It is possible to form a portion, and the conductive portion is also integrated with the piezoelectric element in substantially the same manner as the electrode is integrated with the piezoelectric element. For this reason, the piezoelectric element can be significantly reduced in size without increasing the thickness of the piezoelectric element by conducting means such as a wire or an overhang portion. The conduction part formed in this way can provide a conduction structure of a piezoelectric element that is fundamentally different from the conventional one.
Here, since the liquid material is used, it is possible to form a fine conductive pattern that could not be realized in the past, and fine wiring can be realized, so that further miniaturization and thinning can be further promoted.
Further, by drying and solidifying the liquid material on the body surface portion of the piezoelectric element, the position of the conductive portion is not fixed, and the conductive portion is precisely patterned. Furthermore, since the assembly of the conducting portion is unnecessary, the manufacturing becomes extremely easy. Furthermore, since the conductive portion is directly formed in the piezoelectric element in this way, a conventional lead substrate that conducts to the electrode can be eliminated, and a structure for holding such a substrate is also unnecessary. Therefore, it becomes easier to manufacture. In addition, the substrate cost can be reduced and the cost can be reduced.
And there is no possibility that reliability will fall due to wiring and assembly.
Furthermore, since wiring is integrally made with the vibrating body using a liquid material, the planar size of the entire vibrating body and the space occupation necessary for arranging the vibrating body are compared with the configurations described in
加えて、導通部が薄膜として圧電素子に一体化されるので、圧電素子の電気エネルギと機械エネルギとの相互変換の効率が良く、エネルギ効率が低下しない。圧電素子を圧電アクチュエータに使用する場合は、導通部が圧電素子と一体に変位するから、当該変位が導通部によって妨げられず、駆動効率が良好になる。
なお、振動体の用途は、特に限定されず、発振子、フィルタ、およびトランスなどの電子部品や、物品寸法形状等の非接触測定装置、物品変位の測定装置、生体の診断装置、および流量計などの情報機器や、加工機械、治療器、および圧電アクチュエータなどの動力装置などとして広く利用できる。
In addition, since the conducting portion is integrated into the piezoelectric element as a thin film, the efficiency of mutual conversion between the electrical energy and mechanical energy of the piezoelectric element is good, and the energy efficiency does not decrease. When the piezoelectric element is used for a piezoelectric actuator, since the conducting portion is displaced integrally with the piezoelectric element, the displacement is not hindered by the conducting portion, and driving efficiency is improved.
The use of the vibrating body is not particularly limited, and electronic parts such as an oscillator, a filter, and a transformer, a non-contact measuring device such as an article size and shape, an article displacement measuring apparatus, a living body diagnostic apparatus, and a flow meter It can be widely used as an information device such as a power device such as a processing machine, a treatment device, and a piezoelectric actuator.
ここで、第1発明によれば、圧電素子の表面部および裏面部の一方の一部に、他方の側の電極と導通される部分電極が設けられているため、この部分電極と、一方の側の電極とについて、圧電素子の一方の側から配線を行えばよく、実装の方向を同一方向に揃えることができる。これにより、圧電素子の導通実装の作業が容易になるとともに、電極を外部の回路基板などに導通させる導通実装構造を一方の側にのみ設ければよいことから、圧電素子全体の厚みを薄くできる。この一方の側の導通手段をリード基板に連設されるオーバーハング部とするような場合も、このリード基板およびオーバーハング部を圧電素子の一方の側に設ければよいことから、薄型化できる。 Here, according to the first aspect of the present invention, a partial electrode that is electrically connected to the electrode on the other side is provided on one of the front surface portion and the back surface portion of the piezoelectric element. With respect to the side electrode, wiring may be performed from one side of the piezoelectric element, and the mounting direction can be aligned in the same direction. This facilitates the conductive mounting operation of the piezoelectric element, and it is only necessary to provide a conductive mounting structure for conducting the electrode to an external circuit board or the like on one side, thereby reducing the thickness of the entire piezoelectric element. . Even in the case where the conduction means on one side is an overhang portion connected to the lead substrate, the lead substrate and the overhang portion may be provided on one side of the piezoelectric element, so that the thickness can be reduced. .
また、第2発明によれば、2つの圧電素子を積層体の側面部を介して導通させることにより、第1発明と同様、2つの圧電素子の一方の側から配線を行えばよく、実装の方向を同一方向に揃えることができる。これにより、これら圧電素子の導通実装の作業が容易になるとともに、圧電素子に形成された電極を外部の回路基板などに導通させる導通実装構造を一方の圧電素子の側にのみ設ければよいことから、振動体全体の厚みを薄くできる。この一方の圧電素子の導通手段をリード基板に連設されるオーバーハング部とするような場合も、このリード基板およびオーバーハング部を圧電素子の一方の面側に設ければよいことから、薄型化できる。
さらに、圧電素子が補強板の両面に設けられることで安定的に振動するうえ、前述の導通部により、1つ1つの圧電素子における厚みが抑えられていることで振動体の厚みを表裏両方で薄くできるので、前述した効果を大きくできる。
Further, according to the second invention, the two piezoelectric elements are electrically connected through the side surface portion of the multilayer body, so that wiring can be performed from one side of the two piezoelectric elements as in the first invention. The direction can be aligned in the same direction. This facilitates the conductive mounting operation of these piezoelectric elements, and it is only necessary to provide a conductive mounting structure on one side of the piezoelectric element for conducting the electrodes formed on the piezoelectric elements to an external circuit board or the like. Therefore, the thickness of the entire vibrating body can be reduced. Even when the conduction means of this one piezoelectric element is an overhang portion connected to the lead substrate, the lead substrate and the overhang portion need only be provided on one surface side of the piezoelectric element. Can be
Furthermore, since the piezoelectric element is provided on both sides of the reinforcing plate, it vibrates stably, and the thickness of each piezoelectric element is suppressed by the conductive portion described above, so that the thickness of the vibrating body can be reduced both front and back. Since the thickness can be reduced, the above-described effect can be increased.
なお、圧電素子の電極は、Au,Niなどによるめっき、スパッタ、蒸着などによって形成できる。
また、導通部を形成する導通性粒子としては、Ag,Au,Cuなどを例示できる。
ここで、液状物とは、導電性粒子分散媒すなわち媒質に導電性粒子が分散された状態にあるものをいう。この液状物には、粒径数μm程度のAg等の導電性粒子がエポキシ樹脂等を分散剤として水等の媒質に分散された状態のゲルやペースト状のものも含まれる。また、分散剤などを用いることにより、常温では数nm程度の非常に微細な超微粒子が高い金属含有量で分散したナノインクも液状物に含まれる。つまり、圧電素子の体表面部に吐出、塗布、噴出、滴下等が可能な程度の流動性を有するものであれば、本発明の液状物として用いることができる。なお、以下において、「液状物」はこれと同様の意味内容である。
さらに、液状物を設ける手段としては、後述するインクジェット法のほか、タンポ(パット)印刷、スクリーン印刷、ディスペンサによる塗布などを例示できる。
そして、圧電素子の平面形状については、矩形状、円環状、円形、トラス状、台形状などを例示できる。
The electrodes of the piezoelectric element can be formed by plating with Au, Ni, etc., sputtering, vapor deposition, or the like.
Moreover, Ag, Au, Cu etc. can be illustrated as a conductive particle which forms a conduction | electrical_connection part.
Here, the liquid substance means a conductive particle dispersion medium, that is, a medium in which conductive particles are dispersed in a medium. This liquid material includes a gel or paste in which conductive particles such as Ag having a particle size of about several μm are dispersed in a medium such as water using an epoxy resin as a dispersant. In addition, by using a dispersant or the like, the liquid material includes nano ink in which very fine ultrafine particles of about several nanometers are dispersed at a high metal content at room temperature. That is, any material having fluidity that can be discharged, applied, ejected, dropped, etc. on the body surface of the piezoelectric element can be used as the liquid material of the present invention. In the following, “liquid material” has the same meaning as this.
Further, examples of means for providing the liquid material include tampo (pat) printing, screen printing, and application by a dispenser, in addition to the inkjet method described later.
The planar shape of the piezoelectric element can be exemplified by a rectangular shape, an annular shape, a circular shape, a truss shape, a trapezoidal shape, and the like.
第2発明の振動体では、前記圧電素子と前記圧電素子との間に介装される導電性の補強板を備え、前記体表面部は、前記補強板側面部を含み、前記導通部と前記補強板側面部との間には、絶縁層が介装されていることが好ましい。 The vibrating body according to a second aspect of the present invention includes a conductive reinforcing plate interposed between the piezoelectric element and the piezoelectric element, and the body surface portion includes the reinforcing plate side surface portion, It is preferable that an insulating layer is interposed between the side surfaces of the reinforcing plate.
この発明によれば、導電性の補強板を用いることと、補強板側面部と導通部との間の絶縁とによって、前記電極が形成された電極平面部と補強板との間に電圧を印加することができ、つまり電極として補強板を利用できる。ここで、導通部と補強板側面部との間に絶縁層などを形成しても、ワイヤボンディングやオーバーハングの場合は短絡防止のため所定寸法の隙間が必要となることと比べて格段に薄型化できる。 According to the present invention, a voltage is applied between the electrode flat portion on which the electrode is formed and the reinforcing plate by using a conductive reinforcing plate and insulation between the side surface portion of the reinforcing plate and the conductive portion. That is, a reinforcing plate can be used as an electrode. Here, even if an insulating layer or the like is formed between the conductive portion and the side surface portion of the reinforcing plate, the wire bonding and overhang are much thinner than a gap of a predetermined dimension is necessary to prevent a short circuit. Can be
第2発明の振動体では、前記絶縁層は、常温では液状である絶縁体を前記補強板側面部に設けた後、当該絶縁体を常温より高い温度で乾燥固化させることにより形成されていることが好ましい。 In the vibrator according to the second aspect of the invention, the insulating layer is formed by providing an insulator that is liquid at room temperature on the side surface of the reinforcing plate, and then drying and solidifying the insulator at a temperature higher than room temperature. Is preferred.
この発明によれば、導通部と同様の手段で絶縁層も形成したので、絶縁板などを設ける場合と比べ、小型化できること、製造が容易となること、およびエネルギ効率を低下させないことなどの前述した効果をより大きいものとできる。
なお、この絶縁層の形成に関しても、後述するインクジェット法などを使用でき、インクとして使用できる絶縁体としては、エポキシ系絶縁樹脂を例示できる。
According to the present invention, since the insulating layer is also formed by the same means as that of the conductive portion, it is possible to reduce the size, facilitate the manufacture, and not reduce the energy efficiency as compared with the case where an insulating plate is provided. The effect can be made larger.
In addition, regarding the formation of this insulating layer, an ink jet method, which will be described later, can be used. As an insulator that can be used as ink, an epoxy insulating resin can be exemplified.
第2発明の振動体では、前記補強板側面部には、前記積層方向と交差する方向に窪んだ凹部が形成されていることが好ましい。 In the vibrating body according to the second aspect of the invention, it is preferable that a concave portion recessed in a direction intersecting the stacking direction is formed on the side surface of the reinforcing plate.
この発明によれば、絶縁層を形成する際、液状の絶縁体が凹部に溜まり、液状物が電極平面部と圧電素子側面部とが為す角部などにタレにくい。このため、この絶縁層に重ねて導通部を形成する際、液状物が角部においても安定し、導通部を形成し易くなる。これにより、導通部の導通品質をより良好にできる。 According to the present invention, when the insulating layer is formed, the liquid insulator accumulates in the concave portion, and the liquid material is less likely to sagg at the corner portion formed by the electrode flat surface portion and the piezoelectric element side surface portion. For this reason, when forming a conduction | electrical_connection part on this insulating layer, a liquid substance is stabilized also in a corner | angular part and it becomes easy to form a conduction | electrical_connection part. Thereby, the conduction | electrical_connection quality of a conduction | electrical_connection part can be made more favorable.
ここで、凹部の一形態として、例えば、補強板側面部が圧電素子側面部よりも内側にオフセットされて配置され、補強板側面部と各圧電素子それぞれの平面部とで囲まれて形成された凹部なども含まれる。
また、金属板の表裏両面におけるエッチングによって補強板を当該金属板から抜いて形成するような場合、エッチングを進行させることでこのような凹部を形成することができる。このほか、金属板のワイヤカットやプレス打ち抜きで形成された補強板側面部を切削、研磨することなどでも凹部を形成可能である。
Here, as one form of the concave portion, for example, the reinforcing plate side surface portion is arranged to be offset inward from the piezoelectric element side surface portion, and is formed by being surrounded by the reinforcing plate side surface portion and the plane portion of each piezoelectric element. Concave portions and the like are also included.
Further, when the reinforcing plate is formed by removing the metal plate by etching on both the front and back surfaces of the metal plate, such a recess can be formed by proceeding with the etching. In addition, the concave portion can be formed by cutting and polishing a reinforcing plate side surface portion formed by wire cutting or press punching of a metal plate.
第2発明の振動体では、前記電極平面部と前記圧電素子側面部との間の角部には、断面略L字入隅(いりすみ)状の段差部が形成されていることが好ましい。 In the vibrating body according to the second aspect of the present invention, it is preferable that a step portion having a substantially L-shaped cross section is formed at a corner portion between the electrode plane portion and the side surface portion of the piezoelectric element.
この発明によれば、絶縁層を形成する際、液状物が段差部の内側に溜まるため、液状物が振動体の角部にタレて盛り上がりにくく、絶縁層を振動体の側面部に平滑に形成し易い。この絶縁層に重ねて導通部を形成する際は、段差部の内側に溜まった絶縁層の外周部に液状物がのりやすいため、導通部を形成し易くなる。これにより、前述の凹部が形成された構成と略同様に、導通部の導通品質をより良好にできる。
なお、このような段差部は、いわゆるステップカットなどによって形成することができる。
According to this invention, when the insulating layer is formed, the liquid material accumulates inside the stepped portion, so that the liquid material does not sag at the corners of the vibrating body, and the insulating layer is formed smoothly on the side surface portion of the vibrating body. Easy to do. When the conductive portion is formed over the insulating layer, since the liquid material is easily deposited on the outer peripheral portion of the insulating layer accumulated inside the stepped portion, the conductive portion is easily formed. Thereby, the conduction | electrical_connection quality of a conduction | electrical_connection part can be made better like the structure in which the above-mentioned recessed part was formed.
Such a stepped portion can be formed by so-called step cut or the like.
第2発明の振動体では、前記電極平面部と前記圧電素子側面部との間の角部は、前記圧電素子の厚み方向に対して斜めに面取りされていることが好ましい。 In the vibrating body according to the second aspect of the present invention, it is preferable that a corner between the electrode plane portion and the side surface portion of the piezoelectric element is chamfered obliquely with respect to the thickness direction of the piezoelectric element.
この発明によれば、絶縁層を形成する際、面取りにより、電極平面部と圧電素子側面部との間の角部が直角である場合などと比べて、液状の絶縁体の角部へのタレが抑制されるので、絶縁層を平滑に形成し易い。この絶縁層に重ねて導通部を形成する際、液状物が角部においても安定し、導通部を形成し易くなる。これにより、前述の凹部や段差部が形成された構成と略同様に、導通部の導通品質をより良好にできる。 According to the present invention, when the insulating layer is formed, the chamfering causes a sagging to the corner portion of the liquid insulator as compared with a case where the corner portion between the electrode plane portion and the side surface portion of the piezoelectric element is a right angle. Therefore, it is easy to form the insulating layer smoothly. When the conductive portion is formed over the insulating layer, the liquid material is stabilized even at the corner portion, and the conductive portion is easily formed. Thereby, the conduction | electrical_connection quality of a conduction | electrical_connection part can be made better like the structure in which the above-mentioned recessed part and level | step-difference part were formed.
第2発明の振動体では、前記圧電素子と前記圧電素子との間に介装される絶縁性の補強板を備え、前記体表面部は、前記補強板側面部を含んでいることが好ましい。 In the vibrating body according to the second aspect of the present invention, it is preferable that an insulating reinforcing plate interposed between the piezoelectric element and the piezoelectric element is provided, and the body surface portion includes the reinforcing plate side surface portion.
この発明によれば、補強板が絶縁性であるため、補強板側面部と導通部との間に絶縁層などの絶縁手段を設けることを不要にできる。 According to this invention, since the reinforcing plate is insulative, it is not necessary to provide an insulating means such as an insulating layer between the side surface portion of the reinforcing plate and the conducting portion.
本発明の圧電アクチュエータは、前述した振動体を備え、前記振動体の振動を被駆動体に伝達することにより当該被駆動体を駆動することを特徴とする。 The piezoelectric actuator of the present invention includes the above-described vibrating body, and drives the driven body by transmitting the vibration of the vibrating body to the driven body.
この発明によれば、前述の振動体を備えたことにより、前述と同様の作用および効果を享受できる。
なお、圧電アクチュエータの駆動方式は問わず、振動により被駆動体を駆動するタイプ(超音波モータ)としては、例えば、振動の節および腹の位置が不変の定在波駆動方式や、節および腹の位置が遷移する進行波駆動方式等を適宜採用できる。また、圧電素子の分極方向および電圧印加の方向等も任意に構成できる。
なお、被駆動体としては、回転駆動されるロータ、直線駆動されるリニア被駆動体などを採用でき、被駆動体の駆動方向は任意に構成できる。
According to this invention, since the above-described vibrating body is provided, the same operations and effects as described above can be enjoyed.
The type of driving the driven body by vibration (ultrasonic motor), regardless of the driving method of the piezoelectric actuator, is, for example, a standing wave driving method in which the position of the vibration node and the antinode is unchanged, the node and antinode A traveling wave driving method in which the position of the transition is appropriately adopted. Further, the polarization direction of the piezoelectric element, the direction of voltage application, and the like can be arbitrarily configured.
As the driven body, a rotor that is rotationally driven, a linear driven body that is linearly driven, or the like can be adopted, and the driving direction of the driven body can be arbitrarily configured.
また、本発明の圧電アクチュエータは、第2発明において補強板を有する振動体を備え、前記振動体の振動を被駆動体に伝達することにより当該被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであって、前記補強板の側面部には、前記被駆動体に向かって突出する突起が形成され、前記突起が形成された側とは反対側の前記補強板の側面部には、当該側面部と前記導通部との間に、絶縁性のモールド部材が設けられていることを特徴とする。 The piezoelectric actuator of the present invention is a piezoelectric actuator comprising the vibrating body having a reinforcing plate in the second invention, and driving the driven body by transmitting the vibration of the vibrating body to the driven body, A protrusion projecting toward the driven body is formed on the side surface portion of the reinforcing plate, and the side surface portion and the conducting portion are formed on the side surface portion of the reinforcing plate opposite to the side on which the protrusion is formed. An insulating mold member is provided between the two.
この発明によれば、モールド部材を適宜成形することにより、このモールド部材を突起のカウンタとして機能させることが可能となる。また、補強板が導電性である場合は、モールド部材によって導通部と補強板側面部との絶縁が図られる。なお、前述のように補強板側面部に凹部が形成されている場合は、モールド部材をこの凹部内に良好に保持できる。 According to the present invention, it is possible to cause the mold member to function as a projection counter by appropriately forming the mold member. Moreover, when a reinforcement board is electroconductive, insulation with a conduction | electrical_connection part and a reinforcement board side part is achieved by the mold member. In addition, when the recessed part is formed in the reinforcement board side part as mentioned above, a mold member can be favorably hold | maintained in this recessed part.
本発明の電子機器は、前述の振動体、または前述の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。 An electronic apparatus according to the present invention includes the above-described vibrator or the above-described piezoelectric actuator.
この発明によれば、前述の振動体または圧電アクチュエータを備えたことにより、前述と同様の作用および効果を享受できる。
ここで、本発明の電子機器としては、カメラ、プリンタ、携帯情報機器、可動玩具、計測機器など各種の電子機器が対象となる。これら電子機器における駆動機構や発振子などとして前述の圧電素子が組み込まれる。
According to the present invention, since the vibration body or the piezoelectric actuator described above is provided, the same operations and effects as described above can be enjoyed.
Here, as the electronic device of the present invention, various electronic devices such as a camera, a printer, a portable information device, a movable toy, and a measuring device are targeted. The above-described piezoelectric element is incorporated as a drive mechanism or an oscillator in these electronic devices.
本発明の電子機器では、計時部と、この計時部で計時された情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計であることが好ましい。 The electronic device of the present invention is preferably a timepiece including a timekeeping section and a time information display section for displaying information timed by the timekeeping section.
この発明によれば、時計における駆動手段として一般的なステッピングモータなどに置換して、本発明の圧電素子を使用した圧電アクチュエータを採用することにより、磁気の影響を受けない、応答性が高く微小送りが可能、小型化・薄型化に有利、高トルク、保持トルク(無通電であってもロータ位置が保持される)が大きいなどの数々のメリットを享受できる。
ここで、圧電アクチュエータは、カレンダ駆動機構や時刻を示す指針の駆動機構などに組み込むことができる。この場合、圧電素子の振動によって送られるロータなどで歯車を駆動し、この歯車などを介して指針や回転板などを駆動することによって時刻や暦の情報を表示することができる。
According to this invention, by replacing a general stepping motor or the like as a driving means in a timepiece and adopting a piezoelectric actuator using the piezoelectric element of the present invention, it is not affected by magnetism and has a high response and a minute response. Feeding is possible, which is advantageous for downsizing and thinning, and offers many advantages such as high torque and large holding torque (the rotor position is maintained even when no power is supplied).
Here, the piezoelectric actuator can be incorporated in a calendar driving mechanism or a driving mechanism for a pointer indicating time. In this case, the time and calendar information can be displayed by driving a gear with a rotor or the like sent by vibration of the piezoelectric element and driving a pointer, a rotating plate, or the like via the gear.
本発明の振動体の製造方法は、振動体を構成する圧電素子に複数の電極をそれぞれ形成する電極形成工程と、常温では導電性粒子を含有した液状物を前記圧電素子側面部を含む前記振動体の体表面部に設けた後、当該液状物を常温より高い温度で乾燥固化させることにより前記導電性粒子を相互接触させて、前記電極同士を電気的に接続する導通部を形成する導通部形成工程とを備えることを特徴とする。 The method for manufacturing a vibrating body according to the present invention includes an electrode forming step of forming a plurality of electrodes on each of the piezoelectric elements constituting the vibrating body, and a liquid containing conductive particles at room temperature including the side surface of the piezoelectric element. A conductive part that forms a conductive part that electrically connects the electrodes by bringing the conductive particles into contact with each other by drying and solidifying the liquid material at a temperature higher than normal temperature after being provided on the body surface part of the body And a forming step.
この発明によれば、液状物を用いることによって圧電素子側面部に沿った薄膜として導通部を形成することが可能となるので、前述のように、小型化、製造の容易化、およびエネルギ効率の向上などの効果が得られる。 According to the present invention, the conductive portion can be formed as a thin film along the side surface portion of the piezoelectric element by using the liquid material. Therefore, as described above, downsizing, ease of manufacture, and energy efficiency can be achieved. Effects such as improvement can be obtained.
本発明の振動体製造方法では、前記導通部形成工程において、前記液状物としてのインクを前記体表面部に噴射することによって前記導通部を形成することが好ましい。 In the vibrating body manufacturing method according to the aspect of the invention, it is preferable that, in the conduction portion forming step, the conduction portion is formed by ejecting ink as the liquid material onto the body surface portion.
この発明によれば、このようなインクジェット法により、導通部の形成が必要な箇所のみに必要量だけインクを噴射し、導通部を一層微細にかつ薄く成膜できるため、一層の薄型化が図られる。また、その薄さによって振動体と導通部との一体性が高まるから、エネルギ効率を良好にできる。さらに、噴射量(吐出量)を制御することにより膜厚制御が容易であり、振動体の体表面部における異なる場所に、異なった膜厚および材料で成膜することが可能となる。
なお、インクジェット法では、必要な部分にのみインクを過不足無く噴射するため、フォトリソグラフィ等を用いて導通部を形成する場合と比べて材料の使用量が少なくてすむというメリットがある。
また、マスクを使わないため多品種少量生産が可能であり、設備コストも大幅に低減できる。また、薬液の廃液などがほとんどない。
According to the present invention, by using such an ink jet method, a necessary amount of ink is ejected only to a portion where the conductive portion needs to be formed, and the conductive portion can be formed more finely and thinly. It is done. Moreover, since the integrity of the vibrating body and the conductive portion is increased by the thinness, energy efficiency can be improved. Furthermore, the film thickness can be easily controlled by controlling the injection amount (discharge amount), and the film can be formed with different film thicknesses and materials at different locations on the body surface portion of the vibrator.
Note that the ink jet method has an advantage that the amount of material used can be reduced as compared with the case where the conductive portion is formed using photolithography or the like because the ink is ejected only in a necessary portion without excess or deficiency.
In addition, since no mask is used, high-mix low-volume production is possible and equipment costs can be greatly reduced. In addition, there is almost no chemical waste.
ここで、インクジェット法は被噴射面に非接触の方法であるため、電極平面部と圧電素子側面部との間の角部についても、他の印刷手段などと比べて導通部を容易に形成できる。 Here, since the ink jet method is a method that does not contact the surface to be ejected, it is possible to easily form a conductive portion at the corner portion between the electrode plane portion and the side surface portion of the piezoelectric element as compared with other printing means. .
以上の本発明によれば、圧電素子の導通構造に関し、格段に小型化できるとともに製造が容易であって、エネルギ効率も低下しない圧電素子、圧電アクチュエータ、および電子機器を提供できる。 According to the above-described present invention, a piezoelectric element, a piezoelectric actuator, and an electronic device that can be remarkably reduced in size and easy to manufacture with no reduction in energy efficiency can be provided regarding the conduction structure of the piezoelectric element.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、電子機器の実施形態として、圧電アクチュエータが組み込まれたプリンタと、電子時計(第9実施形態)とを例示する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As an embodiment of the electronic apparatus, a printer incorporating a piezoelectric actuator and an electronic timepiece (9th embodiment) will be exemplified.
〔第1実施形態〕
[1.全体概略構成]
図1は、本実施形態に係るプリンタ1の概略図である。プリンタ1は、印刷用紙がセットされる用紙トレイ2と、印刷された紙PPが排出される排出部3と、筐体4内部に設置される紙送りローラ5とを備える。
ローラ5は、図示しない印刷駆動部で印刷された紙PPを排出部3に送るものである。
[First Embodiment]
[1. Overall schematic configuration]
FIG. 1 is a schematic diagram of a printer 1 according to the present embodiment. The printer 1 includes a
The roller 5 sends the paper PP printed by a print driving unit (not shown) to the discharge unit 3.
[2.紙送りローラの駆動機構]
ローラ5を駆動する駆動機構は、圧電アクチュエータ(超音波モータ)20と、この圧電アクチュエータ20の振動によって回転駆動されるロータ28と、ロータ28の回転を減速しつつ伝達する減速輪列29とを備えて構成されている。
減速輪列29は、ロータ28と同軸に設けられてロータ28と一体的に回転する歯車291と、この歯車291に噛合し、かつ、ローラ5の回転軸に固定された歯車292とで構成されている。
なお、圧電アクチュエータ20と、ロータ28とは、図2に示すように、圧電アクチュエータユニット10としてユニット化されている。
[2. Paper feed roller drive mechanism]
The driving mechanism for driving the roller 5 includes a piezoelectric actuator (ultrasonic motor) 20, a
The
The
[3.圧電アクチュエータユニットの構成]
圧電アクチュエータユニット10は、筐体4のフレーム等に取り付けられる矩形状の支持プレート11と、支持プレート11にそれぞれ取り付けられる圧電アクチュエータ20と、圧電アクチュエータ20による被駆動体としてのロータ28とを備えて構成されている。このように、圧電アクチュエータユニット10は、圧電アクチュエータ20とロータ28とが平面的に隣接して配置されていることで薄型となっている。
[3. Configuration of piezoelectric actuator unit]
The
支持プレート11の四隅には、筐体4のフレーム側に取り付けるための孔11Aと、図示しないカバー部材等を取り付けるためのネジピン11Bとがそれぞれ形成され、圧電アクチュエータ20は、支持プレート11の略中央にビス11C等の固定手段によって固定される。なお、圧電アクチュエータ20を固定する際の位置決め用のピン11Dがビス11Cの近傍に形成されている。
また、支持プレート11の圧電アクチュエータ20が対向する部分には、支持プレート11の厚み方向に窪む凹部11Eが圧電アクチュエータ20よりも大きい平面寸法で形成されており、圧電アクチュエータ20が十分な振幅で振動可能となっている。
At the four corners of the
In addition, a
[4.圧電アクチュエータの構成]
図3は、圧電アクチュエータ20の斜視図であり、図4および図5は、圧電アクチュエータ20の断面図である。
圧電アクチュエータ20は、図3〜図5に示すように、2枚の矩形板状の圧電素子30A,30Bと、これらの圧電素子30A,30Bの間に介装される板状の補強板21とを備えている。これら圧電素子30A、補強板21、および圧電素子30Bは互いに積層され、圧電素子30A,30Bの伸縮変位に伴い振動する振動体(圧電素子、積層体)20Aとして構成されている。
[4. Configuration of piezoelectric actuator]
FIG. 3 is a perspective view of the
3 to 5, the
補強板21は、ステンレス鋼などの導電性部材であり、圧電素子30Aが積層される略矩形状の本体211と、本体211の両側面にそれぞれ連設され、本体211の外側に延出する一対の延出部としての腕部212,213とを有する。
The reinforcing
本体211の一方の短辺の略中央には、ロータ28(図2)の外周面(本実施形態では断面円弧状)に当接される突起211Aが本体211と一体的に形成され、突起211Aは、圧電アクチュエータ20をユニット10に組み込んだ際にロータ28の径方向に沿って配置される。
この突起211Aとロータ28との相対位置は、突起211Aがロータ28の外周面に対して所定の力で当接するように調整されており、突起211Aとロータ28側面との間に適切な摩擦力が発生することで振動体20Aの振動が効率良くロータ28に伝達される。なお、本体211の他方の短辺側に突起211Aと略同様の突起がカウンタとして形成されていてもよい。
また、本体211は、圧電素子30A,30Bよりも長さが若干短く、本体211の短辺側の両側面部211C(図8)は、圧電素子30A,30Bの短辺側面部353よりも内側にオフセットされて配置されている。これにより、本体211の側面部211Cと各圧電素子30A,30Bそれぞれの平面部とで囲まれた凹部201が形成されている(図8)。
At approximately the center of one short side of the
The relative position between the
Further, the
腕部212には、位置決め用ピン11D(図2)が挿通される孔212A,212Cと、ビス11Cが挿通される孔212Bとが形成され、腕部213にも同様の孔213A〜213Cが形成されている。これらの腕部212,213は、ビス11C(図2)によって支持プレート11にそれぞれ固定される。なお、支持プレート11は、絶縁処理がされているものとする。
一方の腕部212は、図示しない導通手段により、圧電アクチュエータ20外部の回路基板に導通されており、当該回路基板の回路ブロックにおける基準電位が腕部212に給電される。
なお、腕部212,213の本体211に連設される部分は、首状の括れ部212D,213Dとなっているため、振動体20Aの振動エネルギの腕部212,213への散逸が抑制される。
The
One
Since the portions of the
[5.圧電素子の構成]
圧電素子30A,30Bは、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT(登録商標))、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等から任意に選択した材料により形成され、厚み方向に分極処理がされ、エポキシ系接着剤などで補強板21に強固に接着されている。なお、これら圧電素子30A、30Bの分極方向は互いに逆向きであり、補強板21を挟んで対称となっている。
また、圧電素子30A,30Bの長手方向に沿った両方の長辺側面部352は、圧電素子30A,30Bの厚み方向に対して傾斜している。これにより、圧電素子30A,30Bの幅方向端部における表面部(電極平面部351)と長辺側面部352との間の角部が面取りされ、図5に示すように、当該角部の角度θ1が大きくなっているとともに、長辺側面部352と腕部212,213表面との間の角度θ2も大きくなっている。
[5. Configuration of piezoelectric element]
Further, both long
圧電素子30A,30Bにおいて補強板21と重ねられない外側の面を表面、補強板21と重ねられる面を裏面とすると、これら圧電素子30A,30Bにおける少なくとも表面の略全体には、ニッケル(Ni)や金(Au)などによるめっき、スパッタ、蒸着等によって電極31がそれぞれ形成されている。なお、本実施形態では、圧電素子30A,30Bの裏面全体にも電極31と略同様の電極(図示せず)が形成され、この電極と補強板21とが接触しているが、圧電素子30A,30Bの裏面側に、このような電極が形成されず補強板21に直接重ねられていてもよい。
In the
ここで、圧電素子30Aの構成と圧電素子30Bの構成とは互いに略同様であるため、以下では、圧電素子30A,30B共通の構成については圧電素子30と総称することもある。
また、本実施形態は、後述するように、圧電素子30A,30Bにおいて電極31が形成された電極平面部351と、これらの圧電素子30A,30Bの短辺側面部(圧電素子側面部)353とを含む振動体20Aの体表面部35に導通パターンなどが形成されることに特徴を有する。
Here, since the configuration of the
Further, in the present embodiment, as will be described later, the electrode
圧電素子30の表面に形成された電極31は、エッチングなどで形成された溝32によって分割され、互いに絶縁された5つの電極パターン311〜315がそれぞれ形成されている。
これらの電極パターン311〜315の分割態様は、大略、矩形状の電極31が圧電素子30の長手方向に沿った溝32により幅方向に3等分され、3等分されたうち幅方向両側の電極がさらに、長手方向の略中央で2つに分割されたものであり、これらの電極パターン311〜315は、圧電素子30の長手方向に沿った中心線について線対称に、かつ平面中心について点対称に配置されている。
The
The division pattern of these
詳しくは、これらの電極パターン311〜315は、圧電素子30の長手方向中央部で幅寸法が減少しており、圧電素子30の長手方向両側にそれぞれ配置された電極パターン311と電極パターン312とは、あるいは電極パターン314と電極パターン315とは、圧電素子30の長手方向中央を超えて互い違いに突出する。これにより、電極パターン311〜315のすべてが圧電素子30の長手方向中央部に略等しい幅で並び、これらの電極パターン311〜315のいずれとも圧電素子30の長手方向中央部で導通を取ることができる。
Specifically, these
[5−1.導通構造(配線)について]
図6は、圧電アクチュエータ20が配線された状態を示す平面図である。
本実施形態では、電極パターン311〜315を適宜使い分けることにより、ロータ28(図2)を正方向R+および逆方向R−に駆動して紙送りローラ5(図1)を正方向にも逆方向にも駆動することが可能である。
[5-1. About conduction structure (wiring)]
FIG. 6 is a plan view showing a state in which the
In the present embodiment, by appropriately using the
具体的に、圧電素子30略中央で長手方向に延びる中央電極パターン313には、ロータ28の正方向R+の回転時にも逆方向R−への回転時にも電圧が印加される。また、一方の対角線上に配置された対称電極パターン(電極対)311,315には、ロータ28の正方向R+の回転時にのみ、電圧が印加され、他方の対角線上に配置された対称電極パターン(電極対)312,314には、ロータ28の正方向R−の回転時にのみ電圧が印加される。
なお、ロータ28の正転逆転に応じて、電圧が印加されない電極パターン(対称電極パターン311,315または対称電極パターン312,314)は、圧電アクチュエータ20の振動状態を電圧信号として取り出す検出電極として使用される。振動検出信号は、腕部212における電位を基準信号として、この基準信号に対する対称電極パターン311,315の電位の差、あるいは基準信号に対する対称電極パターン312,314の電位の差である差動信号として検出される。
Specifically, a voltage is applied to the
The electrode pattern (
中央電極パターン313は、液状物を乾燥固化させることで形成されたL字状の導通パターン(導通部)411により、一方の腕部212の括れ部212Dを通り、孔212Bの周りに設けられた箔状のパッド452に導通され、このパッド452から任意の導通手段により、図示しない回路基板に実装された駆動制御装置に導通されている。なお、中央電極パターン313は、圧電素子30の電極平面部351、長辺側面部352、および腕部212の表面部に亘って連続して形成されている。
ここで、圧電素子30の長手方向略中央部の略矩形状の部分と腕部212の表面とを合わせた領域には、液状の絶縁体が用いられた絶縁層511が形成されている。この絶縁層511により、中央電極パターン313が導通パターン411の経路上にある電極パターン314,315とは互いに導通しないようになっている。
このような絶縁層511は、導通パターン411の両端にある接点411A間の中間部411Bが異電位とされる部分に重なる場合に必要となる。すなわち、中央電極パターン313から見て、ロータ28の正回転時には対称電極パターン312,314が異電位部となり、ロータ28の逆回転時には対称電極パターン311,315が異電位部となるから、導通パターン411と電極パターン311〜315とを互いに絶縁する必要がある。以降で説明する導通パターンについても、各接点間に異電位部と重なる中間部を有する場合、絶縁層が必要となるのは同様であるため、以降では、接点および中間部に関する説明は簡略もしくは省略する。
The
Here, an insulating
Such an insulating
絶縁層511は、圧電素子30の電極平面部351、長辺側面部352、および腕部212の表面に沿って連続して形成され、この絶縁層511によって、腕部212に3つ設けられたパッド451〜453が互いに絶縁されている。
なお、一方の腕部212に設けられたパッド451〜453を介して、圧電アクチュエータ20の片側から圧電アクチュエータ20外部へと導通を取っているため、配線作業が容易となっている。ただし、これに限らず、各電極パターン311〜315のいずれかを他方の腕部213を介して圧電アクチュエータ20の外部に導通してもよい。
The insulating
In addition, since it is electrically connected from the one side of the
なお、圧電素子30に形成された導通パターン411〜414等や、絶縁層511等はすべて、液状物/液状の絶縁体を圧電素子30に向かって吐出後、乾燥固化させること(具体的には、後述するインクジェット方式(インクジェット法))によって形成されている。
The
また、対称電極パターン311,315は、互いに導通される同一面内相互導通電極であって、略L字状の導通パターン(同一面内導通部)412により互いに導通されて同電位とされる。すなわち、対称電極パターン311,315は互いに離間した位置にあるが、絶縁層511が形成されていることにより、他の電極パターン313,314を跨いでこれらの対称電極パターン311,315を互いに導通させることが可能となる。
導通パターン412は、腕部212の括れ部212Dを通り、孔212Cの周りに設けられたパッド453に導通され、駆動制御装置に導通されている。なお、絶縁層511は、電極パターン315の導通パターン412が通る部分には形成されていない。
The
The
対称電極パターン312,314も、同一面内相互導通電極であって、絶縁層511が形成された部分で中央電極パターン313を跨ぐコ字状の導通パターン(同一面内導通部)413によって互いに導通されることにより同電位とされ、一方の電極パターン314に設けられたL字状の導通パターン414(同一面内導通部)、および腕部212のパッド451を通じて駆動制御装置に導通される。
なお、導通パターン413,414の膜厚および長さ、そして前述した導通パターン412の膜厚および長さがそれぞれ調整されることにより、導通パターン413,414の合計による電気抵抗と、導通パターン412による電気抵抗とが略同一に調整されており、等価配線となっている。
The
In addition, by adjusting the film thickness and length of the
以上説明した導通パターン411〜414および絶縁層511は、圧電素子30Aのみに形成されており、各圧電素子30A,30Bにおける電極パターン311同士、電極パターン312同士、電極パターン313同士、電極パターン314同士、電極パターン315同士(各相互導通電極)はそれぞれ、圧電素子30A,30Bの短辺側面部353を通る導通パターン415〜419により導通されて互いに同電位とされている。
The
図7は、振動体20Aの短辺側の側面部20Bを示す。各導通パターン416,417,419は、圧電素子30Aの電極平面部351、圧電素子30Aの短辺側面部353、補強板21の側面部(補強板側面部)211C、圧電素子30Bの短辺側面部353、および圧電素子30Bの電極平面部351を含む体表面部35に沿って形成されている。
ここで、導通パターン416,417,419と補強板21の側面部211Cとの間には、液状の絶縁体を乾燥固化させた絶縁層512が介装されている。図8の断面図に、これらの絶縁層512および導通パターン417を示した。絶縁層512は、振動体20Aの両方の短辺側にそれぞれ形成され、導通パターン415,418と補強板21の側面部211Cとの間にも、それぞれ絶縁層512が介装されている。
FIG. 7 shows the
Here, an insulating
このような絶縁層512は、補強板21の側面部211Cに形成された凹部201に液状物を吐出することにより、補強板21の側面部211Cを被覆するように(圧電素子30A,30Bの裏面側に形成された図示しない電極も被覆するように)形成される。圧電素子30A,30Bの短辺側面部353は、これらの絶縁層512によって被覆されていなくてもよいが、一般に多孔質構造(ポーラス)であることが多い圧電素子30A,30Bの素地が絶縁層512によって被覆されて短辺側面部353が平滑とされることによって、この絶縁層512に重ねて導通パターン415〜419を形成し易くなる。
これらの絶縁層512により、圧電素子30A,30Bの電極平面部351に形成された電極パターン同士が補強板21と絶縁される。
Such an insulating
These insulating
なお、図7や図8などにおいて、作図上、電極パターン311〜315や導通パターン411〜419や絶縁層511,512などの厚みが実際よりも厚く示されており、これらの実際の膜厚は、電極パターン311〜315等が数μm〜数十μm程度であり、導通パターン415〜417等が数nm〜数μm程度である。絶縁層511,512の膜厚は、圧電素子30A,30Bへの印加電圧や対称電極パターン311等から出力される振動電圧などに応じて適宜設定される。
7 and 8, the
前述のように、圧電素子30A,30Bは補強板21を共通電極としてパラレルに接続されており、圧電素子30Aの表面に形成された電極パターン311〜315それぞれと補強板21との間、および圧電素子30Bの表面に形成された電極パターン311〜315それぞれと補強板21との間に、図示しない駆動制御装置によって交流電圧が印加される。すると、分極方向および電界の方向に直交する方向に変位する圧電横効果によって圧電素子30A,30Bは同時に伸縮変位する。すなわち、圧電素子30Aが伸びるときは圧電素子30Bも伸び、圧電素子30Aが縮むときは圧電素子30Bも縮む。
As described above, the
[6.駆動制御装置の構成]
なお、図示しない回路基板に実装される圧電アクチュエータ20の駆動制御装置について簡単に説明すると、当該駆動制御装置は、圧電素子30A,30Bに交流電圧を印加する電圧印加部と、振動体20Aの振動状態を検出する振動検出部とを有する。また、ロータ28の回転方向に応じて、対称電極パターン311,315と対称電極パターン312,314とを電圧印加装置または振動検出装置のいずれかに通電するセレクタが設けられている。電圧印加部が印加する電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形状波、台形波などが採用できる。
[6. Configuration of Drive Control Device]
The drive control device for the
本実施形態では、電圧印加部が発振する駆動信号の位相は単相であり、電極パターン311〜315および補強板21には、同じ位相の駆動信号が供給される。
ここで、圧電アクチュエータ20の振動体20Aは、突起211Aが良好な振動軌跡を描き、ロータ28を高効率で駆動可能なように、圧電素子30A,30Bの縦横の長さ比や厚さなどが設計されており、このように設計された振動体20Aについて、駆動電圧の周波数が設定される。この駆動周波数は、振動体20Aの振動時における縦振動共振点と屈曲共振点とが互いに近接するように設定される。
In the present embodiment, the phase of the drive signal oscillated by the voltage application unit is a single phase, and the drive signals having the same phase are supplied to the
Here, the
[7.圧電アクチュエータの動作]
以上説明した圧電アクチュエータ20の動作について図6などを参照して説明する。
中央電極パターン313と対称電極パターン311,315とに駆動制御装置の電圧印加部から給電されるとき、圧電素子30A,30Bはこれら電極パターン311,313,315の領域において長手方向に伸縮し、振動体20Aは長手方向に沿って縦一次振動を励振する。この際、対称電極パターン311,315の配置により、振動体20Aの平面中心を軸として図6中、時計回りにモーメントが生じ、振動体20Aは幅方向に屈曲変位する屈曲二次振動を誘起する。これら縦振動および屈曲振動の混合モードで圧電アクチュエータ20は駆動する。この縦振動と屈曲振動との位相差により、突起211Aは楕円軌道(+)を描く。この楕円軌道(+)との接線方向にロータ28(図2)が正方向(R+)に微動送りされ、突起211Aが所定の駆動周波数で楕円運動を続けることにより、ロータ28の回転を通じて紙送りローラ5が正方向に回転駆動される。
この際、対称電極パターン312,314は駆動制御装置の振動検出部に通電されており、駆動制御装置により、検出された振動状態に基いて電圧印加部が発する駆動電圧の周波数が可変に制御される。
[7. Operation of piezoelectric actuator]
The operation of the
When the
At this time, the
一方、紙送りローラ5が逆方向に回転される際には、中央電極パターン313と対称電極パターン312,314とに駆動制御装置の電圧印加部から給電され、対称電極パターン311,315は駆動制御装置の振動検出部に通電される。
ここで、対称電極パターン312,314の配置により、振動体20Aには図6中、前述とは逆となる反時計回りにモーメントが生じ、突起211Aは、前述の楕円軌道(+)とは逆周りの楕円軌道(−)を描く。これにより、ロータ28は逆方向R−に回転駆動され、紙送りローラ5が逆方向に回転駆動される。
On the other hand, when the paper feed roller 5 is rotated in the reverse direction, the
Here, due to the arrangement of the
図9は、振動体20Aの屈曲振動について示す模式図である。振動体20Aの節Aは、振動体20Aの振動面内における中心にあり、Bは、振動体20Aの腹である。
ここで、図3などに示したように、各電極パターン311〜315および腕部212,213の括れ部212D,213Dはいずれも圧電素子30の長手方向略中央に配置されており、各導通パターン411〜414も、これらの電極パターン311〜315および括れ部212D,213Dの位置に合わせてそれぞれ形成されている。すなわち、導通パターン411〜414は、振動体20Aの節Aの近傍に形成されている。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating bending vibration of the vibrating
Here, as shown in FIG. 3 and the like, each of the
[8.インクジェット手段の構成]
次に、前述の導通パターン411〜419および絶縁層511、512を形成する際に使用されるインクジェット手段について説明する。
図10は、インクジェット手段としてのインクジェットヘッド110の拡大図であり、インクジェットヘッド110は、インクを蓄積するインク室111と、インク室111からインクを振動体20Aに噴射する複数のノズル112と、インク室111とノズル112とを連通するとともにその流路が収縮可能な複数(ノズル112と同数)の圧力発生室113と、圧力発生室113を圧縮して流路を収縮させる圧電振動子114とを備えている。
[8. Configuration of inkjet means]
Next, an ink jet unit used when forming the
FIG. 10 is an enlarged view of an
ノズル112は、ノズルプレート1121にプレス加工などにより穿設されたノズル孔で構成され、互いに所定間隔を有して配置されている。
図11には、ノズル112の拡大断面図が示されている。この図11において、ノズルプレート1121の外表面1121Aには、ニッケルなどのめっきによるめっき層1122が設けられており、このめっき層1122は、ノズル112開口の周囲に所定距離を有して形成されることにより、ノズル112周囲に段差1122Aを形成している。
また、めっき層1122の外表面にはさらにコンポジットめっきによるめっき層1123が形成されている。このめっき層1123は、ノズル112の内周にも形成されている。
このめっき層1123により、ノズルプレート1121の外表面には、撥インク処理が施されている。また、ノズル112の内面のめっき層1123が形成されていない部分には、親水処理が施されている。これらの撥インク処理および親水処理により、ノズル112から噴射されるインク120(図12)がノズルプレート1121に付着するのが良好に防止されるとともに、略球形状の液滴が安定した噴射量(吐出量)で噴射可能となっている。また、この撥インク処理により、インク120がノズル112の穿設方向に沿ってまっすぐ噴射される。
The
FIG. 11 shows an enlarged cross-sectional view of the
Further, a
By this
圧力発生室113の外側には、圧力発生室113を収縮させる圧電振動子114が圧力発生室113の数に応じて設けられている。これらの圧電振動子114は、電圧が印加されると長手方向に伸縮する縦振動を励振する。この圧電振動子114の先端が圧力発生室113の外壁に固定されている。
圧力発生室113外壁において圧電振動子114の両側には、それぞれ薄肉部113Aが形成されている。この薄肉部113Aにより、圧電振動子114の振動で外壁が変形しやすくなっている。
このようなインクジェットヘッド110では、圧電振動子114に所定の電圧を印加して振動させると、圧電振動子114が圧力発生室113の外壁を押圧して圧力発生室113を収縮させる。これにより、圧力発生室113内のインクが押し出され、ノズル112から微小な液滴となって噴射される。
Outside the
In such an
図12(A)および図12(B)は、ノズル112から噴射されるインク120を示す図である。この図12に示されるように、ノズル112から噴射されたインク120は、略球形となり、ノズル112の穿設方向に沿って真っ直ぐ噴射される。インク120の液滴が噴射された後、圧電振動子114を元の位置に戻した後さらにわずかに収縮させると、圧力発生室113が膨張し、ノズル112開口で表面張力により半球状に突出したインク120をノズル112内部へ引き込む。これにより、インク120がノズル112からこぼれるなどの不具合が確実に解消される。また、圧電振動子114の変位を制御してノズル112開口のインク120の挙動を積極的に制御することにより、液滴の吐出量が安定する。
なお、圧電振動子114の変位量や変位速度などを調整することによりインク120の吐出量、液滴の大きさや吐出速度を調整可能となっている。
12A and 12B are diagrams showing the
In addition, by adjusting the displacement amount and displacement speed of the
このようなインクジェットヘッド110は、図示しない移動機構により、圧電素子30A,30Bおよび補強板21においてインク120が噴射される面の面内方向(X方向、Y方向)および面外方向(Z方向)にそれぞれ移動可能とされている。インクジェットヘッド110は、インク120の吐出量などの調整を行いながら、決められた膜厚かつ長さで導通パターン411〜419や絶縁層511、512を圧電素子30A,30Bに対して直接描画する。
ここで、インク吐出量の調整は、導通パターン411〜419それぞれに決められた膜厚および長さや、絶縁層511、512にそれぞれ必要とされる膜厚および範囲の面積など、また、インクにおける溶媒の蒸発速度、インクジェットヘッド110から振動体20Aにおけるインク被噴射面までの距離などに基いて行われる。
あるいは、インクジェットヘッド110から吐出されるインクの吐出量を監視して、予め設定された所定吐出量を吐出するように調整してもよい。つまり、インクジェットヘッド110から一回につき吐出される吐出量は、圧電振動子114の変位量などによって予め設定されているので、ノズル112からの液体の吐出回数を予め設定することにより、液体の所定量の吐出が可能となる。なお、所定吐出量は、調製の際に加えた溶媒の量などを勘案して設定されることが好ましい。
Such an
Here, the adjustment of the ink discharge amount is performed by adjusting the film thickness and length determined for each of the
Alternatively, the discharge amount of the ink discharged from the
[9.振動体の製造方法]
次に、振動体20Aの製造方法について図13〜図19を参照して説明する。図13のフロー図に示すように、振動体20Aの製造工程は、電極形成工程S1と、個片化工程S2と、積層工程S3と、絶縁層形成工程S4と、導通部形成工程S5とを有する。
[9−1.電極形成工程]
図14(A)および(B)は、多数の圧電素子30が形成される基材300を示す。本実施形態では、図14(A)に示すような四角形の板状に形成された基材300を用いる。そして、この基材300の表裏両面にめっき、スパッタ、蒸着などで電極31を形成し(図14(A))、この電極31の面にエッチングによって溝32を刻設する(図14(B))。
図15は、図14(B)の拡大図である。後にそれぞれ個片化される各圧電素子30は、短手方向に沿った方向において、表裏交互となるように配列されている。一方、長手方向に沿った方向では、各圧電素子30の表裏の向きは揃っており、長手方向に延びる溝32が各圧電素子30に連続して形成されている。
[9. Method for manufacturing vibrator]
Next, a manufacturing method of the vibrating
[9-1. Electrode formation process]
14A and 14B show a
FIG. 15 is an enlarged view of FIG. The
[9−2.個片化工程]
次に、図15の一点鎖線に沿って基材300をダイシングし、各圧電素子30に個片化する(個片化工程S2)。ここで、図16に基材300の側面を示したように、各圧電素子30の長辺側に関しては、図16の一点鎖線に沿って斜めにダイシングし、基材300の厚み方向に対して傾斜した長辺側面部352を形成する。
[9-2. Individualization process]
Next, the
[9−3.積層工程]
次の積層工程S3では、ステンレス鋼板のプレス打ち抜きなどによって別途形成された補強板21(図3)に圧電素子30A,30Bを接合し、積層体としての振動体20Aを製作する。この際は、図17の概略図に示すように、位置決めピン101〜103を有する支持部材100に圧電素子30B、補強板21、圧電素子30Aの順に、接合面にエポキシ系の導電性接着剤を塗布して積層し、積層方向に沿って加圧手段105で加圧する。なお、加圧手段105と圧電素子30Aとの間には、テフロン(登録商標)製などのシート106を介装することが好ましい。この加圧により、圧電素子30A、補強板21、および圧電素子30が互いに平行となって正確に貼り合わせられ、互いに強固に接着される。
なお、支持部材100には、振動体20Aの短辺側にピン101を1つ、振動体20Aの長辺側で腕部212の両側には2本のピン102,103をそれぞれ立設した。また、接着剤の硬化に際しては、ホットエアなどを用いることにより迅速に硬化させることができる。
[9-3. Lamination process]
In the next lamination step S3, the
The
[9−4.絶縁層形成工程]
次の絶縁層形成工程S4では、前述のインクジェットヘッド110(図10)を使用する。絶縁層形成工程S4における使用インクは、常温では液状である絶縁体として調製される。
この液状の絶縁体には、エポキシ系絶縁樹脂などの樹脂材料を採用できる。
[9-4. Insulating layer formation process]
In the next insulating layer forming step S4, the above-described inkjet head 110 (FIG. 10) is used. The ink used in the insulating layer forming step S4 is prepared as an insulator that is liquid at room temperature.
A resin material such as an epoxy-based insulating resin can be employed for the liquid insulator.
図18に、絶縁層形成工程S4によって形成される絶縁層511,512を示す。
絶縁層形成工程S4では、前述のような液状の絶縁体をインクとして、インクジェットヘッド110を移動しながら、絶縁層511,512が形成される圧電素子30の電極平面部351や腕部212の表面部や振動体20Aの側面部20Bに当該インクを噴射する。ここで、インクジェットヘッド110内部の制御手段によって、インクを噴射するノズル112が選択され、絶縁層511、512の形成が必要な箇所にのみ、インクが過不足無い量で噴射される。
なお、長辺側面部352の傾斜によって角度θ1,θ2(図5)が鈍角とされ、互いに平行に配置された圧電素子30と補強板21との間の段差が緩和されているため、圧電素子30の電極平面部351から腕部212の表面へと、この長辺側面部352を介して絶縁層511を形成し易い。
FIG. 18 shows the insulating
In the insulating layer forming step S4, the surface of the
The angles θ1 and θ2 (FIG. 5) are made obtuse by the inclination of the long
また、振動体20Aの短辺側の側面部20Bにインクを噴射して絶縁層512を形成する際は、図8に示したように、凹部201にインクが溜まるため、インクが角部35Cにタレにくい。このため、絶縁層512を振動体20Aの側面部20Bに平滑に形成し易い。この絶縁層512を形成するときの振動体20Aの姿勢は、インクの硬化速度などに応じて、側面部20Bを上に起立した状態としてもよいし、電極平面部351を上面にして寝かせた状態としてもよい。
Further, when the insulating
インクの噴射後、ホットエアなどを利用して液状の絶縁体を常温より高い温度で乾燥固化させることにより、絶縁層511、512が形成される。
After the ink is ejected, the insulating
[9−5.導通部形成工程]
次に、絶縁層511、512に重ねて導通パターン411〜419を形成する。この導通部形成工程S5でも、前述のインクジェットヘッド110を使用し、常温では導電性粒子を含有した液状物をインクとして使用する。なお、インクジェットヘッド110を絶縁層形成工程S4および導通部形成工程S5ごとにそれぞれ準備する方が、生産効率上良い。
[9-5. Conducting part forming step]
Next,
本工程S5で使用するインクが含有する導電性微粒子としては、金、銀、銅、パラジウム、ニッケルのいずれかを含有する金属微粒子の他に、導電性ポリマーや超電導体の微粒子などを例示でき、これらの微粒子を溶媒に分散させた液状物を用いることができる。微粒子を分散させるために、微粒子表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。また、インク被吐出面への接合剤として有機バインダなども使用できる。
なお、溶剤への分散しやすさとインクジェット法への適用との観点から、微粒子の粒径は約1nm以上約0.1μm以下であることが好ましい。
As the conductive fine particles contained in the ink used in this step S5, in addition to metal fine particles containing any of gold, silver, copper, palladium, nickel, conductive polymer and superconductor fine particles can be exemplified, A liquid material in which these fine particles are dispersed in a solvent can be used. In order to disperse the fine particles, the surface of the fine particles can be coated with an organic substance. An organic binder or the like can also be used as a bonding agent to the ink ejection surface.
In addition, from the viewpoint of easy dispersion in a solvent and application to an ink jet method, the particle diameter of the fine particles is preferably about 1 nm or more and about 0.1 μm or less.
ここで、ガス中蒸発法などと、分散剤とを用いることにより、数nm程度の非常に微細な超微粒子が得られ、このような超微粒子は、分散剤で覆われているために常温では高い金属含有量でも凝集せず、液体として挙動する。このような超微粒子を含む液状物(ナノインクと呼ばれる)によれば、導通パターン411〜419の厚みおよび幅・長さ方向において十分な数の超微粒子が融合および融着接合するため、導電性を良好にできる。
このため、本実施形態では、このような超微粒子が分散した液状物をインクとして使用する。この液状物を、分散剤を捕捉する捕捉物質と、有機バインダ(樹脂)とを含有するように調製しておく。
Here, by using a gas evaporation method or the like and a dispersant, very fine ultrafine particles of about several nanometers can be obtained. Since such ultrafine particles are covered with the dispersant, Even if the metal content is high, it does not aggregate and behaves as a liquid. According to the liquid material (called nano ink) containing such ultrafine particles, a sufficient number of ultrafine particles are fused and fusion-bonded in the thickness, width and length directions of the
For this reason, in this embodiment, a liquid material in which such ultrafine particles are dispersed is used as ink. This liquid is prepared so as to contain a trapping substance for trapping the dispersant and an organic binder (resin).
図19に、導通部形成工程S5によって形成される導通パターン411〜419を示す。
この工程S5においても、前述の絶縁層形成工程S4と略同様に、インクジェットヘッド110を移動しながら、導通パターン411〜419が形成される電極平面部351、長辺側面部352、腕部212の表面部、および側面部20Bに、前述のように超微粒子が分散状態に調製されたインクを噴射する。ここで、インクジェットヘッド110内部の制御手段により、導通パターン411〜419の形成が必要な箇所にのみ、各導通パターン411〜419の位置や膜厚、長さ等が制御されつつ、インクが噴射される。
In FIG. 19, the conduction | electrical_connection patterns 411-419 formed by conduction | electrical_connection part formation process S5 are shown.
Also in this step S5, as in the insulating layer forming step S4 described above, the
ここで、振動体20Aの短辺側の側面部20Bに絶縁層512が平滑に形成されているため、この絶縁層512に重ねて導通パターン415〜419を形成する際、図8に示すように、電極平面部351と短辺側面部353との間の角部35Cにおいてもインクが安定し、導通パターン415〜419を形成しやすい。
また、導通パターン411〜414に関しては、長辺側面部352が傾斜面とされ、角度θ1,θ2(図5)が大きいため、圧電素子30の電極平面部351から腕部212へと、この長辺側面部352を介して導通パターン411〜414を容易に形成できる。
Here, since the insulating
Further, regarding the
インクの噴射後、ホットエアなどを利用して液状物を常温より高い温度で乾燥固化させる。この際、例えば200℃程度の比較的低温において分散剤の捕捉物質が活性化し、分散剤が化学的に除去されるとともに、有機バインダが硬化収縮するため、超微粒子同士が融合、融着接合する。
ここで、本実施形態で使用されるナノインクの粒子径はnmオーダーであるため、インクの表面エネルギの上昇により、比較的低温で金属原子同士が融解されて金属結合が生じる。例えば、マクロ的なAgの融点は912℃であるところ、その粒子径がnmオーダーになると、150℃でも金属の融解を生じさせることが可能となる。これがナノ技術の最たる特徴、利点であって、結合温度が低くて済むため、圧電素子30への熱衝撃を減らすことが可能となる。
After the ink is ejected, the liquid is dried and solidified at a temperature higher than normal temperature using hot air or the like. At this time, for example, the dispersant trapping material is activated at a relatively low temperature of about 200 ° C., the dispersant is chemically removed, and the organic binder is cured and contracted, so that the ultrafine particles are fused and fusion bonded. .
Here, since the particle diameter of the nano ink used in this embodiment is on the order of nm, the metal surface is melted at a relatively low temperature due to an increase in the surface energy of the ink, and a metal bond is generated. For example, the melting point of macroscopic Ag is 912 ° C. When the particle diameter is on the order of nm, it is possible to cause melting of the metal even at 150 ° C. This is the most important feature and advantage of nanotechnology. Since the bonding temperature is low, the thermal shock to the
以上のような乾燥固化によって導電性粒子を相互に接触させることにより、導通パターン411〜419が形成され、振動体20Aが完成する。
そして、振動体20Aを支持プレート11(図2)に組み付けるとともに、腕部212のパッド451〜453を任意の導通手段により駆動制御装置に接続し、また、腕部212をプリンタ1の駆動部における基準電位回路ブロックに導通することにより、圧電アクチュエータ20の組み立てが終了する。
Then, the vibrating
[10.本実施形態による効果]
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
(1)圧電アクチュエータ20の圧電素子30の配線に関し、導通パターン411〜419や絶縁層511,512を液状のインク120を用いて形成したことにより、これら導通パターン411〜419や絶縁層511,512を圧電素子30の体表面部35に沿った薄膜として形成することが可能となり、これら導通パターン411〜419や絶縁層511,512が圧電素子30および補強板21と一体化される。このため、ワイヤやオーバーハング部などの導通手段のように圧電アクチュエータ20の厚みが嵩張ることなく、小型化を格段に促進できる。また、インク120を用いることによって、導通パターン411〜419のような微細なパターニングが可能となり、細密配線が可能となるから、小型化・薄型化を一層促進できる。
[10. Effects of this embodiment]
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Concerning the wiring of the
また、このように液状のインク120を用いる方式では、インクジェットヘッド110によって導通パターン411〜419の位置などが制御され、吐出されたインク120を圧電素子30の体表面部35で乾燥固化させる方法が採られるから、導通パターン411〜419の位置が定まらないということがなく、これら導通パターン411〜419は精密にパターニングされる。さらに、これら電極パターン311〜315の圧電素子30外部への導通構造に関して組み立てが不要であるから、製造が極めて容易となる。またさらに、このように圧電素子30および補強板21に直接導通パターン411〜419を形成しているので、リード基板が不要であり、基板を保持する構造も不要であることから、一層、製造容易となる。そのうえ、基板コストが削減でき、コストダウンもできる。
そして、配線、組み立てに起因して信頼性が低下するおそれもない。
Further, in the method using the
And there is no possibility that reliability will fall due to wiring and assembly.
加えて、導通パターン411〜419および絶縁層511,512が薄膜として圧電素子30および補強板21に一体化されるので、圧電素子30の電気エネルギと機械エネルギとの相互変換の効率が良く、エネルギ効率が低下しない。すなわち、振動体20Aが振動する際、導通パターン411〜419および絶縁層511,512が圧電素子30と一体に変位するから、振動が導通パターン411〜419によって妨げられず、駆動効率を良好にできる。
In addition, since the
(2)インク120を付着させ、乾燥固化させる方法として、特にインクジェット法を採用したことから、必要な箇所のみに必要量だけインク120を噴射することが容易にでき、導通パターン411〜419および絶縁層511,512を一層微細にかつ薄く、均一に成膜できる。これにより、一層の薄型化に貢献できるとともに、その薄さによって導通パターン411〜419および絶縁層511,512と圧電素子30および補強板21との一体性が高まるから、エネルギ効率を良好にできる。
(2) Since the ink-jet method is employed as a method for adhering the
(3)インクジェットヘッド110は圧電振動子114の振動によってインク120を吐出するように構成され、インク120の微量の吐出が可能となるから、導通パターン411〜419等をより精密にパターニングできる。これにより、振動体20Aの振動特性のばらつきを抑制できる。
また、インクジェットヘッド110が圧電振動子114の振動で液体流路を圧縮することによりインク120を吐出するので、例えばインクを加熱することによってインク液滴を吐出させる方式に比べて、加熱によるインクの性能劣化が低減される。
(3) The ink-
Further, since the
(4)2つの圧電素子30A,30Bにそれぞれ形成された電極パターン311〜315同士が振動体20Aの側面部20Bを介して導通されているため、補強板21の表側、すなわち一方の圧電素子30Aの側から配線を行えばよく、実装の方向を同一方向に揃えることができる。これにより、振動体20Aを支持プレート11に組み込んだ後でも、パッド451〜453と外部の回路基板との導通作業を容易に実施できる。また、導通パターン411〜414やパッド451〜453、絶縁層511などを一方の圧電素子30Aの側にのみ設ければよいことから、振動体20A全体の厚みをより薄くできる。
(4) Since the
(5)補強板21の短辺側の側面部211Cには、凹部201が形成されているため、絶縁層512を形成する際のインクがこの凹部201に溜まり、角部35Cにインクがタレにくい。このため、この絶縁層512に重ねて導通パターン415〜419を形成する際、インクが角部35Cにおいても安定し、これらの導通パターン415〜419を形成し易くなる。これにより、導通パターン415〜419の導通品質をより良好にできる。
また、絶縁層512が振動体20Aの側面部20Bに平滑に形成されることで、この絶縁層512や導通パターン415〜419の電極平面部351および側面部20Bへの密着性が増すので、これら絶縁層512および導通パターン415〜419の振動体20Aへの一体性がより向上する。
(5) Since the
In addition, since the insulating
(6)導通パターン411〜414および絶縁層511は振動体20Aの振動の節Aの近傍に形成されているのでこれら導通パターン411〜414および絶縁層511による振動体20Aの振動への影響をごく小さくできる。このため、振動体20Aの振動が減衰せず、エネルギ効率を良好にできる。また、このように節Aの近傍で配線しているから、外乱時の断線なども防止できる。
(6) Since the
(7)導通パターン411〜419に使用したナノインクは、その接合メカニズムゆえに、導電ペースト等に比べて接続抵抗が低い特徴を有し、この特徴により、基板実装分野においてインクジェット、デイスペンサ―、スクリーン印刷などあらゆる塗布方法での活用が可能である。ここで、特にインクジェットは、材料効率がよく、極めて微細なレベルで細密塗布が可能という他の塗布方法にはない特徴を有する。インクジェットによれば、例えば、パターンの最小幅を約10μmにでき、パターン同士の最小間隔(隣合うパターン同士が互いに結合しない間隔)を約10μmにできる。このため、このインクジェット法によりナノインクの使用がより効果的となり、これらインクジェット法とナノインク使用との相乗効果により、一層の細密配線に貢献できる。
(7) The nano ink used for the
ここで、市販品のナノインクと、同じく市販品の導電性ペーストとを次表の各項目について比較する。なお、表中の「IJ」はインクジェットを意味する。また、ナノインク使用かつIJ印刷の場合で細密配線を行う際のパターン幅は、例えば10μm程度とすることができるのに対して、他の印刷の場合では、100μm程度となる。 Here, a commercially available nano ink and a commercially available conductive paste are compared for each item in the following table. In the table, “IJ” means inkjet. In addition, the pattern width when fine wiring is performed in the case of using nano ink and IJ printing can be about 10 μm, for example, whereas in the case of other printing, it is about 100 μm.
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について図20を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態と略同様に構成されているが、第1実施形態とは異なる手段により、振動体の角部におけるインクを安定させる。
なお、以下の説明では、既に説明した実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、説明を省略もしくは簡略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is configured in substantially the same manner as the first embodiment, but the ink at the corners of the vibrating body is stabilized by means different from the first embodiment.
In the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the embodiment described above, and the description is omitted or simplified.
図20は、本実施形態における圧電アクチュエータ22の側断面図であり、第1実施形態の図8と対応する図である。本実施形態における圧電アクチュエータ22の振動体22Aは、図3などに示した第1実施形態の振動体20Aと略同様に、略矩形状の積層体として構成されているが、図20に示す通り、振動体22Aにおける補強板26の短辺側の側面部261の位置と、圧電素子33A,33Bの短辺側面部353の位置とは揃っている。その代わり、圧電素子33A,33Bの短辺側の角部35Cに断面略L字状の段差部331が形成されている。
FIG. 20 is a side sectional view of the
段差部331は、電極平面部351と短辺側面部353との間の角部35Cにおいて、本実施形態ではいわゆるステップカットによって形成されている。また、本実施形態では、この段差部331は、圧電素子33A,33Bの短辺全体に亘って形成されている。
In the present embodiment, the
このような振動体22Aの製造は、第1実施形態で述べた工程S1〜S5(図13)と略同様に行う。ここで、絶縁層形成工程S4で絶縁層512を形成する際、インクが各段差部331の内側に溜まるため、当該インクが角部35Cで盛り上がりにくく、絶縁層511が振動体22Aの側面部22Bに平滑に形成され易い。この絶縁層512に重ねて導通パターン415〜419(図6)を形成する際は、段差部331の内側に溜まった絶縁層512の外周部にインクがのりやすいので、導通パターン415〜419を形成し易くなる。
Such a vibrating
本実施形態によれば、前述の効果に加えて、次のような効果を奏する。
(8)各圧電素子33A,33Bの角部35Cにおける段差部331の形成により、絶縁層512を形成する際、これらの段差部331にインクが溜まり、絶縁層512を平滑に形成できる。これにより、導通パターン415〜419を形成する際、角部35Cにおけるインクが安定し、これら導通パターン415〜419の導通品質をより良好にできる。
According to this embodiment, in addition to the above-described effects, the following effects can be obtained.
(8) When the insulating
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態について図21を参照して説明する。本実施形態は、前記各実施形態と略同様に構成されているが、前記各実施形態とは異なる手段により、振動体の角部におけるインクを安定させる。
図21は、本実施形態における圧電アクチュエータ23の側断面図である。
圧電アクチュエータ23における振動体23Aは、平面視略矩形状の圧電素子34A,34Bと、これらの圧電素子34A,34Bの間に介装される補強板26とを備えている。
圧電素子34A,34Bの短辺側は両方とも、いわゆる斜めダイシングにより形成された傾斜面部341とされている。これらの傾斜面部341は、補強板26を挟んで圧電素子34Aと圧電素子34Bとに対称に形成されており、これによって、圧電素子34A,34Bそれぞれの角部35C(二点鎖線で図示)は面取りされた状態とされている。すなわち、圧電素子34Aの電極平面部351と傾斜面部341とが為す角度θ1は鈍角とされている。圧電素子34Bの電極平面部351と傾斜面部341とが為す角度θ2も同様に鈍角とされている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is configured in substantially the same manner as each of the above embodiments, but the ink at the corners of the vibrating body is stabilized by means different from the above embodiments.
FIG. 21 is a side sectional view of the
The vibrating
Both short sides of the
このような振動体23Aの製造に際しては、前述の個片化工程S2(図13、図15)において、圧電素子34A,34Bの短辺側と長辺側との両方について斜めダイシングを行う。
そして、積層工程S3を経て、絶縁層形成工程S4では圧電素子34A,34Bの各傾斜面部341および補強板26の側面部261に絶縁層512を形成する。この際、角度θ1,θ2が鈍角であることから、インクのタレが抑制される。よって、続く導通部形成工程S5において、この絶縁層512に重ねて導通パターン415〜419(図6)を形成する際、圧電素子34A,34Bの角部(面取りされた角度θ1,θ2の部分)でもインクが安定し、導通パターン415〜419を容易に形成できる。
When manufacturing such a vibrating
Then, the insulating
すなわち、本実施形態によっても、第2実施形態と略同様に、導通パターン415〜419の導通品質をより良好にできる。
(9)また、圧電素子34A,34Bの個片化(個片化工程S2)を通じて傾斜面部341が形成されるので、圧電素子34A,34Bを切削したりする他の加工を不要にできる。
That is, according to the present embodiment, the conduction quality of the
(9) In addition, since the
〔第4実施形態〕
次に、本発明の第4実施形態について図22を参照して説明する。
図22は、本実施形態における圧電アクチュエータ24の振動体24Aの側断面図である。振動体24Aは、圧電素子30A,30Bと、これらの圧電素子30A,30Bに介装される補強板27とを備えている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 22 is a side sectional view of the vibrating
補強板27は、前記各実施形態における補強板とは異なり、絶縁性樹脂などで形成された絶縁性のものとなっている。すなわち、本実施形態では、圧電素子30A,30Bの電極平面部351に形成された電極パターン311〜315(図6)同士を導通する導通パターン415〜419と、補強板27との絶縁は不要であって、振動体24Aの側面部24Bに、前記各実施形態における絶縁層512などは形成されていない。補強板27の側面部271に直接、導通パターン415〜419が形成されている。
Unlike the reinforcing plate in each of the above embodiments, the reinforcing
圧電素子30A,30Bそれぞれの裏面、すなわち補強板27との対向面にそれぞれ形成された電極(図示せず)は、任意の導通手段によって振動体24A外部の基準電位回路ブロックに接続されており、圧電素子30A,30Bがパラレルに接続されている点は、前記各実施形態と同様である。なお、この圧電素子30A,30Bの裏面側の電極(図示せず)と導通を取るには、例えば、振動体24Aにおける振動の節近傍で補強板27と圧電素子30A,30Bとの間にオーバーハング部材などを介装することなどが考えられる。
Electrodes (not shown) formed on the back surfaces of the
本実施形態によれば、前述の効果に加えて、次のような効果を奏する。
(10)絶縁性の補強板27を用いることで、振動の腹B(図9)の近傍となる振動体24Aの短辺側に絶縁層を形成しなくて済むため、振動体24Aの振動エネルギ効率を良好にできる。
According to this embodiment, in addition to the above-described effects, the following effects can be obtained.
(10) Since the insulating reinforcing
〔第5実施形態〕
次に、本発明の第5実施形態について図23および図24を参照して説明する。
図23は、本実施形態における圧電アクチュエータ25の振動体25Aの平面図であり、図24は、圧電アクチュエータ25の長辺側断面図である。
本実施形態の圧電アクチュエータ25は、第1実施形態の圧電アクチュエータ20(図6)と略同様に構成されているが、突起211A側とは反対側となる振動体25Aの短辺側面部353に、当該側面部353から突出するモールド部材513が設けられている点が第1実施形態とは相違する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 23 is a plan view of a vibrating
The
モールド部材513は、図23および図24に示すように、振動体25Aの短辺側面部353から突出し、短辺中央を略中心として本実施形態では山状に形成されている。このモールド部材513の形状は、突起211Aのカウンタとして機能し得る任意の形状とされる。また、モールド部材513は、絶縁性であり、導通パターン415〜419と補強板21の側面部211C(図24)との間を絶縁する機能も果たしている。
As shown in FIGS. 23 and 24, the
モールド部材513の形成は、例えば、エポキシ系絶縁樹脂などにより調製したモールドをディスペンサなどで吐出することによって行う。
The
本実施形態によれば、前述の効果に加えて、次のような効果を奏する。
(11)このようなモールド部材513により、圧電アクチュエータ25の起動性を良好にでき、また、圧電アクチュエータ25のより安定した駆動を実現できる。
According to this embodiment, in addition to the above-described effects, the following effects can be obtained.
(11) With such a
〔第6実施形態〕
次に、本発明の第6実施形態を図25を参照して説明する。本実施形態では、前記各実施形態とは異なり、圧電素子1枚で構成された圧電アクチュエータを示す。
図25は、本実施形態の圧電アクチュエータ38の斜視図である。圧電アクチュエータ38における振動体38Aは、1枚の矩形板状の圧電素子380を備え、圧電素子380に電極パターンおよび導通パターンなどが形成されることによって構成されている。振動体38Aは、平面略中央の貫通孔380Bに挿通される図示しない段付ピンに押さえ板等が設けられることによって、機器に組み込まれる。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, unlike the above embodiments, a piezoelectric actuator constituted by one piezoelectric element is shown.
FIG. 25 is a perspective view of the
圧電素子380は、一方の短辺略中央に、ロータ28(図23など)に当接される突起部材381を有する。この突起部材381は、圧電素子380の側面に形成された図示しない切欠に挿入されて、圧電素子380の本体と強固に接合されている。
The
圧電素子380の表面には、Niを下地層、Auを上地層などとする表側電極390が形成されている。この電極390は、溝390Aの刻設によって分割されており、縦横に略4等分された領域に相当する電極パターン391〜394と、突起381側とは反対側の短辺側の一部に区画された部分電極395とがそれぞれ形成されている。
電極パターン391〜394は、圧電素子380の対角線上でそれぞれ対とされており、電極パターン391,394は導通パターン441により互いに導通されて同電位とされ、電極パターン392,393は導通パターン442により互いに導通されて同電位とされる。なお、これらの導通パターン441,442が異電位の電極パターンとそれぞれ重なる部分は、絶縁層521,522が形成されることで絶縁されている。
On the surface of the
The
一方、圧電素子380の裏面側にも、電極390と同様の裏側電極396が裏面全体に形成されている。圧電素子380は、厚み方向に分極されており、表側電極390と裏側電極396との間に電圧が印加された際の圧電横効果により、平面方向に伸縮する。
ここで、部分電極395と、裏側電極396とは、圧電素子380の側面部382を経由する導通パターン443によって互いに同電位とされている。
On the other hand, a
Here, the
このような構成により、圧電素子380の導通実装に際しては、圧電素子380の表側に形成された各電極に対して導通を取ればよく、裏側電極396に直接導通を取る必要はない。このように、圧電素子380の表側のみに対して導通を取ればよいので、導通実装の方向が同一方向に揃う。これにより、振動体38Aを支持体等に組み込んだ後でも、外部の回路基板への導通作業を容易に実施できる。また、導通パターン441〜443などを圧電素子380の表側にのみ設ければよいことから、振動体38A全体の厚みをより薄くできる。
With such a configuration, when the
導通パターン441〜443はいずれも、前述したインクジェット法によって形成されいている。また、絶縁層521,522についても、同様にインクジェット法で形成されている。
導通パターン443は、電極390が形成された電極平面部385と、圧電素子380の側面部386と、電極396が形成された電極平面部387とを含む圧電素子380の体表面部35に形成されている。
本実施形態では、圧電素子380の側面部386には、モールド部材514が設けられていて、側面部386と電極平面部385との間の角部386A、および、側面部386と電極平面部387との間の角部386Bのそれぞれにおける尖りが緩和されている。これにより、導通パターン443を形成する際に角部386A,386Bにおけるインクが安定し、導通パターン443の形成が容易となる。
なお、このようなモールド部材514を設ける代わりに、例えば、圧電素子380の角部386A,386Bを面取りすることなども有効である。
All of the
The
In the present embodiment, the
Instead of providing such a
なお、本実施形態では、電極パターン391(または394)、電極パターン392(または393)、および部分電極395のそれぞれについて振動体38A外部への導通手段(3系統)が必要となるが、この導通手段は任意である。例えば、ワイヤ、オーバーハングなどで圧電素子380の近傍に配置した図示しないリード基板などにこれら3系統をそれぞれ導通し、このリード基板から回路基板における電圧印加装置に導通してもよい。なお、このようなリード基板ではなくて、貫通孔380Bに挿通されるピンを利用し、このピンの外周面にこれら3系統のリード線、ワイヤなどを這わせてもよい。あるいは、導通パターン441,442,443と連続する導通パターンをピンの外周面にインクジェットなどで形成することも考えられる。
In this embodiment, each of the electrode pattern 391 (or 394), the electrode pattern 392 (or 393), and the
この圧電アクチュエータ38の動作は、前記各実施形態の圧電アクチュエータ20と略同様であり、電極パターン391,394または電極パターン392,393のいずれかの対を選択して、裏側電極396との間で電圧を印加することにより、縦一次振動および屈曲二次振動の混合モードで振動する。電極パターン391,394または電極パターン392,393の選択に応じて、突起381の楕円軌道の向きが切り替わり、ロータ28などの被駆動体が正方向および逆方向に駆動される。
The operation of the
本実施形態は、振動体の表側と裏側とにそれぞれ形成された電極同士が導通パターンにより導通され、この導通パターンがインクジェットで形成されている点で、第1実施形態の構成と共通する。従って、第1実施形態と略同様の効果を奏する。 This embodiment is common to the configuration of the first embodiment in that the electrodes formed on the front side and the back side of the vibrating body are made conductive by a conductive pattern, and this conductive pattern is formed by inkjet. Therefore, there are substantially the same effects as in the first embodiment.
〔第7実施形態〕
次に、本発明の第7実施形態を図26〜図30を参照して説明する。
図26は、本実施形態における圧電アクチュエータ36の側断面図である。圧電アクチュエータ(超音波モータ)36は、圧電素子361が積層される円板状の弾性体360と、この弾性体360を軸支保持する保持体365とを備え、保持体365に弾性体360と同軸に設けられた被駆動体としてのロータ368を回転駆動するものとなっている。この圧電アクチュエータ36では、弾性体360、圧電素子361、および保持体365によって振動体36Aが構成されている。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 26 is a side sectional view of the
ロータ368にはピボット369Pを介してバネ部材369が設けられ、バネ部材369により、振動体36Aとロータ368とは互いに加圧された状態で組み付けられる。
なお、ロータ368が軸支される保持体365の先端部365Aの周りには、ロータ368が回転する際の摩擦抵抗を小さくする穴石365Bが設けられている。
The
Note that a
弾性体360は、導電性材料で形成されており、弾性体360の圧電素子361とは反対側の面には、突起360Aが周方向において等間隔に突出形成されている。これらの突起360Aはロータ368に当接される。
また、弾性体360の外周部の一部には、図27に示すように、圧電素子361側に開口する切欠360Bが形成されている。
保持体365には、絶縁性を確保する表面処理が施されている。
The
Further, as shown in FIG. 27, a
The holding
図28は、保持体365側から弾性体360を示す斜視図である。また、図29は、弾性体360に設けられた圧電素子361を示す平面図である。
圧電素子361は円形板状であり、この圧電素子361の表裏両面には、めっき、スパッタ、蒸着などで形成された電極3611,3612(図27)が形成されている。そして、弾性体360と積層されない側の電極3611は、図29に示すように、エッチングなどで刻設された溝362Dによって、大略、第1電極362Aと第2電極362Bとに分けられ、また、導電膜の外周部の一部が区画された部分電極362Cが形成されている。
第1電極362Aは、溝362Dの内側で、圧電素子361を径方向に8等分した領域を1つ置きに軸部361Z側で繋げた形状とされ、第2電極362Bは、溝362Dの外側で、圧電素子361を径方向に8等分した領域を1つ置きに外周部361Y側で繋げた形状とされている。なお、本実施形態の8分割に限らず、例えば6分割や10分割、12分割などされていてもよい。
FIG. 28 is a perspective view showing the
The
The
このような第1、第2電極362A,362Bにおいて、圧電素子361の軸部361Z側には、図28、図29に示すように、導通パターン421,422がそれぞれ形成されている。第1、第2電極362A,362Bはそれぞれ、これらの導通パターン421,422によって保持体365の体表面部を介して圧電アクチュエータ36外部に引き出されている。これらの導通パターン421,422は、最終的には、図示しない回路基板に実装された駆動制御装置に導通されている。
また、部分電極362Cと、弾性体60と積層される側の電極362Bとは、圧電素子361の外周側面を介して導通パターン423により互いに導通されている。図示していないが、この部分電極362Cには、ワイヤなどの任意の導通手段が設けられ、この部分電極362Cを通じて弾性体360に回路基板における基準電位が給電される。このような構成により、弾性体360および電極3612(図27)を第1、第2電極362A,362Bの共通電極として、第1電極362Aと弾性体360との間、および第2電極362Bと弾性体360との間でそれぞれ、圧電素子361に電圧が印加される。
In such first and
Further, the partial electrode 362 </ b> C and the electrode 362 </ b> B on the side laminated with the elastic body 60 are electrically connected to each other by the
導通パターン421,422は、図28に示すように、第1、第2電極362A,362Bがそれぞれ形成された電極平面部3620から、保持体365の軸部365Zの外周面365Cに沿って延び、さらに、保持体365のベース部365Xの表面365Dに沿って形成されている。
なお、保持体365の軸部365Zの位置は、略円板状の振動体36Aにおける呼吸振動(後述)の節近傍の位置に相当し、この節近傍に導通パターン421,422が配線されることで、これら導通パターン421,422の形成による振動体36Aの振動への影響が抑制されている。
As shown in FIG. 28, the
Note that the position of the
また、導通パターン421,422が通るベース部365Xの表面部分には、立体的に面取りされた3次元R形状の面取部365Eが形成されている。さらに、電極平面部3620と保持体365の軸部の外周面365Cとの内側には、絶縁性のモールド部材515A,515Bがフィレット状に設けられている。
Further, a three-dimensional chamfered three-dimensional R-shaped chamfered
ここで、本実施形態においても、導通パターン421,422,423はインクジェットによって形成されており、これらの導通パターン421〜423の形成は、圧電素子361を弾性体360に積層した後に行われる。なお、導通パターン423を形成する際は、弾性体360の切欠360Bを通じて、圧電素子361の側面部361Cを含む圧電素子361の体表面部35にインクを噴射する。
また、導通パターン421,422についても、モールド部材515A,515Bおよび面取部365Eにより、安定的に形成できる。
Here, also in the present embodiment, the
Also, the
ところで、圧電素子361は、図29に示すように、周方向に沿って第1電極362Aの各部362aと第2電極362Bの各部362bとが並んでいる構成において、図29中、+、−で示したように、各部362a,362bの2つごとに交互に同方向となる分極処理がなされている。つまり、圧電素子361の径方向に沿って分けられた4つの領域369A〜369Dのうち隣合う各領域における分極方向は互いに反対向き、例えば一方の領域における電荷方向が圧電素子361の表面(電極平面部3620)から裏面(弾性体360が設けられた側)への方向であるとすると、他方の領域における電荷方向は裏面から表面への方向に設定されている。
前述の突起360Aは、領域369A〜369Dの境界にそれぞれ合計4つ配置されている。
By the way, as shown in FIG. 29, the
A total of four
以下、圧電アクチュエータ36の動作について説明する。
図30は、圧電アクチュエータ36の動作を示す模式図である。圧電アクチュエータ36は、第1、第2電極362A,362Bを選択的に用いることにより、図30(A)に示す正方向、図30(B)に示す逆方向の両方向にロータ368を回転駆動させることが可能である。すなわち、図示しない駆動制御装置は、導通パターン421,422を介して導通される第1、第2電極362A,362Bへの給電を切り替え可能に構成されている。
Hereinafter, the operation of the
FIG. 30 is a schematic diagram showing the operation of the
図30(A)は、第1電極362Aと弾性体360との間で圧電素子361に交流電圧を印加し、ロータ368を正方向に駆動する場合を示す。第1電極362Aのみを電圧印加対象とするとき、第1電極362Aが形成された部分に生じる圧電素子361の径方向両端側への広がり振動(呼吸振動)に対して、第2電極362Bにおける拘束力および前述した分極処理によって屈曲振動が誘起する。この屈曲振動は、図30(A)の弾性体360を模式的に示した実線および二点鎖線のように挙動し、この際、弾性体360の突起360Aが描く軌跡を矢印で示した。この突起360Aとの接線方向にロータ368が駆動される。
FIG. 30A shows a case where an AC voltage is applied to the
一方、図30(B)は、第2電極362Bと弾性体360との間で圧電素子361に交流電圧を印加し、ロータ368を逆方向に駆動する場合を示す。第2電極362Bのみを電圧印加対象とするとき、第1電極362Bにおける拘束力および前述した分極処理により、圧電素子361の呼吸振動に対して屈曲する屈曲振動が誘起する。この屈曲振動の位相は図30(A)の場合とは変わり、この屈曲振動によって突起360Aが描く軌跡を矢印で示した。この突起360Aとの接線方向にロータ368が駆動される。この屈曲振動は、図30(B)の弾性体360を示した実線および二点鎖線のように挙動し、この際、弾性体360の突起360Aが描く軌跡を矢印で示した。この突起360Aとの接線方向にロータ368が駆動される。
On the other hand, FIG. 30B shows a case where an AC voltage is applied to the
このように、第1、第2電極362A,362Bの境界に配置された突起360Aが振動体36Aの振動をロータの回転運動へ変換する。
ここで、弾性体360および圧電素子361は回転せず、屈曲振動の節および腹の位置は図示したように不変であるから、圧電アクチュエータ36は定在波駆動方式とされている。
As described above, the
Here, since the
本実施形態の圧電アクチュエータ36は、前記各実施形態における圧電アクチュエータとは形状および構造が異なるが、圧電素子に形成された電極の導通を取る導通部がインクジェットで形成されている点では同様であり、この構成により、前述したものと略同様の効果を奏する。
すなわち、導通パターン421〜423の形成によって圧電素子361における導通実装が嵩張らず、小型化薄型化を促進できるとともに製造も容易化できる。また、導通パターン421〜423と圧電素子361および保持体365との一体性により、振動の減衰を極力小さくすることが可能であるため、振動エネルギ効率を良好にできる。
さらに、圧電素子361の一方の面に第1、第2電極362A,362Bおよび部分電極362Cが形成されているため、これら第1、第2電極362A,362Bおよび部分電極362Cについてのみ、導通を取ればよく、反対側の電極362Bには導通を取らなくて良い。このように導通実装の方向が一方向であるため、導通実装に係る作業が容易であり、また、導通実装を圧電素子361の片面側のみに配置できることから、圧電アクチュエータ36全体を小型化できる。
The
In other words, the formation of the
Furthermore, since the first and
〔第8実施形態〕
次に、本発明の第8実施形態を図31〜図33を参照して説明する。
図31は、本実施形態における圧電アクチュエータ37の側断面図である。圧電アクチュエータ(超音波モータ)37は、第7実施形態の圧電アクチュエータ36と一見、構造が似ているが、この圧電アクチュエータ36とは異なり、進行波駆動方式を採用している。
[Eighth Embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 31 is a side sectional view of the
圧電アクチュエータ37は、圧電素子371が積層される円環状で導電性の弾性体370と、この弾性体370を軸支保持する保持体365とを備え、保持体365に弾性体370と同軸に設けられた被駆動体としてのロータ368を回転駆動するものとなっている。この圧電アクチュエータ37では、弾性体370、圧電素子371、および保持体365によって振動体37Aが構成されている。
弾性体370の表面には、ロータ368との適切な摩擦を確保するための摩擦材370Aが積層されている。
The
On the surface of the
図32は、圧電素子371の平面図を示す。圧電素子371には、めっきなどで形成された導電膜が径方向に沿って分割されることで複数の電極372A〜372Nが形成されており、これらのうち電極372A〜372Lが形成された部分は、図32に+、−で示したように、隣接するもの同士が逆極性となるように、厚さ方向にそれぞれ分極されている。
圧電素子371の外周部の一部分には、部分電極372Pが形成されている。圧電素子371には、電極372A〜372Nが形成された側とは反対側の面にもこの面の略全体に亘って電極372Qが形成されている(図33)。
FIG. 32 is a plan view of the
A
圧電素子371の電極平面部3720には電極372A〜372Fに跨る導通パターン431が形成され、この導通パターン431は、保持体365の軸部365Zの外周面365Cに沿って延び、ベース部365Xの表面365Dに延出するように形成されている。
また、同じく圧電素子371の電極平面部3720において電極372G〜372Lに跨る導通パターン432が形成され、この導通パターン432も、導通パターン431と同様に、電極平面部3720と、軸部365Zの外周面365Cおよびベース部365Xの表面365Dとに沿って形成されている。
さらに、図33に示すように、圧電素子371の側面部371Cを介して電極372Qと部分電極372Pとを導通する導通パターン433が形成されている。弾性体370には、この導通パターン433を形成する際の逃げとなる切欠370Bが形成されている。
A
Similarly, a
In addition, as shown in FIG. 33, a
これらの導通パターン431〜433は、インクジェット法により形成したもので、導通パターン431によって電極372A〜372Fが互いに導通されるとともに圧電素子371の外部に引き出され、導通パターン432によって電極372G〜372Lが互いに導通されるとともに圧電素子371の外部に引き出されている。これらの導通パターン431,432は最終的に、図示しない回路基板に実装された駆動制御装置に導通されている。
また、導通パターン433によって同電位とされる電極372Qおよび部分電極372Pの外部への導通は、電極372A〜372Lなどと同じ面に形成された部分電極372Pの方をワイヤなどの任意の導通手段によって外部に導通させる。
These
Further, the electrode 372Q and the
このような圧電アクチュエータ37では、図示しない駆動制御装置により、電極372A〜372Fで構成される第1電極群379Aと、電極372G〜372Lで構成される第2電極群379Bとにそれぞれ、互いに略90°の位相差となる交流電圧を供給する。これにより、第1電極群379Aと弾性体370との間の電圧印加によって生じる定在波と、第2電極群379Bと弾性体370との間の電圧印加によって生じる定在波とが合成され、弾性体370の表面に弾性体370の周回方向に進行するたわみ進行波が生じる。この際、ロータ368は摩擦材370Aとの摩擦により、進行波の進行方向とは逆方向に駆動される。
駆動制御装置により、第1、第2電極群379A,379Bに供給する駆動電圧の位相差が+90°または−90°に切り替えることにより、ロータ368は正方向および逆方向の両方向に駆動される。
In such a
The drive control device switches the phase difference between the drive voltages supplied to the first and
本実施形態についても、圧電素子に形成された電極の導通を取る導通部がインクジェットで形成されている点では前記各実施形態と同様であり、この構成により、前記各実施形態と略同様の効果を奏する。 The present embodiment is also the same as the above embodiments in that the conductive part that conducts the electrodes formed on the piezoelectric element is formed by inkjet, and this configuration has substantially the same effect as the above embodiments. Play.
〔第9実施形態〕
次に、本発明の第9実施形態を図34〜図36を参照して説明する。本実施形態は、電子機器である電子時計への組み込み例を示す。
[Ninth Embodiment]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment shows an example of incorporation into an electronic timepiece that is an electronic device.
[1.全体構成]
図34は、本実施形態に係る電子時計7の外観図である。電子時計7は、計時部としてのムーブメント131と、時分秒を表示するための計時情報表示部としての文字板132、時針133、分針134、秒針135のほか、文字板132に設けられた窓部132Aから日付を表示する日付表示装置140を備えた腕時計(ウォッチ)である。
[1. overall structure]
FIG. 34 is an external view of the electronic timepiece 7 according to the present embodiment. The electronic timepiece 7 includes a
[2.日付表示装置の構成]
図35は、底板131Aに支持された日付表示装置140を示す平面図である。日付表示装置140は、第1実施形態の圧電アクチュエータ20(図3)と、この圧電アクチュエータ20によって回転駆動される被駆動体としてのロータ28と、ロータ28の回転を減速しつつ伝達する減速輪列141と、減速輪列141を介して伝達される駆動力により回転する日車142とを備えて大略構成されている。
ロータ28は、日の変わり目、あるいは日付補正時に圧電アクチュエータ20により回転駆動される。本実施形態では、ロータ28を圧電アクチュエータ20の振動体20Aに向けて付勢するバネ部材281が設けられている。
減速輪列141は、ロータ28と同軸に配置されてロータ28と一体的に回転する歯車1411と、歯車1411に噛合する日回し中間車1412と、日回し車1413とで構成されている。
[2. Configuration of date display device]
FIG. 35 is a plan view showing the
The
The
なお、底板131Aの下方(裏側)には、水晶振動子が発振するパルス信号で動作するステッピングモータや(図示せず)、ステッピングモータに接続されて時針133、分針134、秒針135を駆動する運針輪列(図示せず)や、電池131B等が設けられている。電池131Bは、ステッピングモータや圧電アクチュエータ20、圧電アクチュエータ20に交流電圧を印加する駆動回路(図示せず)などの各回路に電力を供給する。
Below the
日回し中間車1412は、大径部1412Aと小径部1412Bとから構成されている。小径部1412Bは、大径部1412Aよりも若干小径の円筒形であり、その外周面には、略正方形状の切欠部1412Cが形成されている。この小径部1412Bは、大径部1412Aに対し、同心をなすように固着されている。大径部1412Aには、ロータ28の上部の歯車1411が噛合していることにより、日回し中間車1412は、ロータ28の回転に連動して回転する。
The date indicator driving
日回し中間車1412の側方の底板131Aには、板バネ1414が設けられており、この板バネ1414の基端部が底板131Aに固定され、先端部が略V字状に折り曲げられて形成されている。板バネ1414の先端部は、日回し中間車1412の切欠部1412Cに出入可能に設けられている。板バネ1414に近接した位置には、接触子1415が配置されており、この接触子1415は、日回し中間車1412が回転し板バネ1414の先端部が切欠部1412Cに入り込んだときに、板バネ1414と接触するようになっている。そして、板バネ1414には、所定の電圧が印加されており、板バネ1414が接触子1415に接触すると、その電圧が接触子1415にも印加される。従って、接触子1415の電圧を検出することによって、日送り状態を検出でき、日車142の1日分の回転量が検出できる。
A
なお、日車142の回転量は、板バネ1414や接触子1415を用いたものに限らず、ロータ28や日回し中間車1412の回転状態を検出して所定のパルス信号を出力するものなどを利用でき、具体的には、公知のフォトリフレクタ、フォトインタラプタ、MRセンサ等の各種の回転エンコーダ等が利用できる。
The rotation amount of the
日車142は、リング状であり、その内周面に内歯車1421が形成されている。日回し車1413は、五歯の歯車を有しており、日車142の内歯車1421に噛合している。また、日回し車1413の中心には、シャフト1413Aが設けられており、このシャフト1413Aは、底板131Aに形成された貫通孔131Cに遊挿されている。貫通孔131Cは、日車142の周回方向に沿って長く形成されている。そして、日回し車1413およびシャフト1413Aは、底板131Aに固定された板バネ1413Bによって図35の右上方向に付勢されている。この板バネ1413Bの付勢作用によって日車142の揺動も防止される。
The
[3.圧電アクチュエータの構成]
図36は、図35の部分拡大図である。
圧電アクチュエータ20は、日付の変わり目に、あるいは、日付補正時に起動され、図示しない駆動回路によって交流電圧が供給されることにより、ロータ28を駆動する。
なお、本実施形態の日付表示装置140には、前述したすべての圧電アクチュエータを組み込むことが可能である。
[3. Configuration of piezoelectric actuator]
FIG. 36 is a partially enlarged view of FIG.
The
Note that all the piezoelectric actuators described above can be incorporated into the
本実施形態によれば、前述の効果に加えて、次のような効果を奏する。
(12)電子時計7では、時計における駆動手段として一般的なステッピングモータなどに置換して、圧電アクチュエータ20を採用しており、これによって磁気の影響を受けない。さらに、応答性が高く微小送りが可能、小型化・薄型化に有利、高トルク、保持トルク(無通電であってもロータ位置が保持される)が大きいなどのメリットを享受できる。
According to this embodiment, in addition to the above-described effects, the following effects can be obtained.
(12) The electronic timepiece 7 employs the
(13)また、圧電アクチュエータ20は特に薄型であるため、薄型化が大きな課題とされる時計への組み込みに好適であり、また、圧電素子30A,30Bにおけるパラレル接続によって低電圧で大きな変位を得ることができるから、時計など電池で駆動させる携帯機器に好適な構成とすることができる。
(13) Further, since the
〔本発明の変形例〕
以上、本発明の実施態様について具体的に示したが、前記各実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改良、変形が可能である。なお、本発明の圧電素子の製造方法および振動体の製造方法は、これらの製造装置にそれぞれ展開可能である。
[Modification of the present invention]
Although the embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. In addition, the manufacturing method of the piezoelectric element and the manufacturing method of the vibrating body of the present invention can be applied to these manufacturing apparatuses.
本発明は、常温で導電性粒子を含有した液状物を用いて導通部を圧電素子の体表面部に直接形成することを要旨とするものであり、導通部を形成する手段としては、前記各実施形態で例示したインクジェット法のほかに、タンポ(パット)印刷、スクリーン印刷、ディスペンサによる塗布などを例示できる。
また、導通部と同様に、絶縁層に関しても、液状の絶縁体を用いるインクジェット法、タンポ(パット)印刷、スクリーン印刷、ディスペンサによる塗布などによって形成することも本発明に含まれる。
なお、前記各実施形態では、補強板の腕部212,213の表面にもインクジェットによって絶縁層を形成していたが、本発明では、腕部212,213には他の手段によって絶縁層が形成されていてもよい。つまり、絶縁性を確保する表面加工を別途腕部212,213に施したり、絶縁性のシートなどを腕部212,213の表面に設置したりしてもよい。
The gist of the present invention is to form the conductive portion directly on the body surface portion of the piezoelectric element using a liquid material containing conductive particles at room temperature. In addition to the inkjet method exemplified in the embodiment, tampo (pat) printing, screen printing, application by a dispenser, and the like can be exemplified.
Further, as with the conductive portion, the present invention also includes forming the insulating layer by an ink jet method using a liquid insulator, tampo (pat) printing, screen printing, application by a dispenser, or the like.
In each of the above embodiments, the insulating layer is also formed on the surfaces of the
前記実施形態では、一対の腕部212,213を有して支持部材などに両側面側で固定される振動体を示したが、これに限らず、本発明の振動体は、片側で支持固定されていてもよい。この場合、被駆動体との当接部(突起)の位置を支持固定された側とは反対側に幅方向にずらすなどして、当接部(突起)が一の楕円軌道を描くものとし、被駆動体が一方向に送られるものとしてもよい。ここで、圧電素子の表面および裏面のそれぞれの電極は、分割されていなくてもよい。
また、圧電アクチュエータの電子機器への組み込みに関し、圧電アクチュエータまたはロータにばねなどの付勢手段を設け、圧電アクチュエータの当接部(突起)とロータとの間を加圧してもよい。ここで、付勢手段としてスライドを使用してもよく、つまりスライダで圧電アクチュエータをスライド可能に保持した状態で支持部材などに組み付けてもよい。
In the above-described embodiment, the vibrating body having the pair of
Further, regarding the incorporation of the piezoelectric actuator into an electronic device, biasing means such as a spring may be provided on the piezoelectric actuator or the rotor, and the contact between the contact portion (protrusion) of the piezoelectric actuator and the rotor may be pressurized. Here, a slide may be used as the biasing means, that is, the piezoelectric actuator may be slidably held by the slider and may be assembled to the support member.
また、前記各実施形態では、交流電圧が印加され振動する圧電素子を例示したが、直流電圧が印加された際の圧電素子の変位を利用してもよい。このような例としては、直流電圧が印加される圧電バルブなどが挙げられる。 In each of the above embodiments, a piezoelectric element that vibrates when an AC voltage is applied is exemplified. However, a displacement of the piezoelectric element when a DC voltage is applied may be used. As such an example, a piezoelectric valve to which a DC voltage is applied can be cited.
さらに、圧電アクチュエータの電極パターンのレイアウトや、導通パターンの取り回し、圧電素子と補強板との積層態様、補強板に積層する圧電素子の個数などは任意に構成できる。圧電素子の変位方向は分極方向および電界の方向に応じて適宜設定すればよく、圧電縦効果、圧電横効果、圧電厚みすべり効果などを奏するものでもよい。 Furthermore, the layout of the electrode pattern of the piezoelectric actuator, the arrangement of the conductive pattern, the lamination mode of the piezoelectric elements and the reinforcing plate, the number of piezoelectric elements laminated on the reinforcing plate, and the like can be arbitrarily configured. The displacement direction of the piezoelectric element may be appropriately set according to the polarization direction and the direction of the electric field, and may exhibit a piezoelectric longitudinal effect, a piezoelectric transverse effect, a piezoelectric thickness shear effect, or the like.
なお、補強板は必須ではなく、圧電素子単体で用いることも可能である。この場合は、圧電素子に被駆動体との当接部を一体に形成したり、別体で形成した突起部材などを圧電素子に固着したり、あるいは、矩形状などとされた圧電素子の角部を被駆動体に当接するなどすればよい。 The reinforcing plate is not essential and can be used alone. In this case, a contact portion with the driven body is integrally formed on the piezoelectric element, a protruding member formed separately is fixed to the piezoelectric element, or a rectangular shape of the piezoelectric element is formed. What is necessary is just to contact | abut a part to a to-be-driven body.
本発明は、前記実施形態のプリンタや電子時計に適用されるものに限らず、各種の電子機器に適用可能であり、特に小型化が要求される携帯用の電子機器に好適である。
ここで、各種の電子機器としては、時計機能を備えた電話、携帯電話、非接触ICカード、パソコン、携帯情報端末(PDA)、カメラ等が例示できる。
また、時計機能を備えないカメラ、ディジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ機能付き携帯電話等の電子機器にも適用可能である。これらカメラ機能を備えた電子機器に適用する場合には、レンズの合焦機構や、ズーム機構、絞り調整機構等の駆動に本発明の圧電アクチュエータを用いることができる。
さらに、計測機器のメータ指針の駆動機構や、自動車等のインパネ(instrumental panel)のメータ指針の駆動機構、圧電ブザー、プリンタ等に用いられるインクジェットヘッドの圧電振動子(図13の圧電振動子114も可)、プリンタの紙送り機構、乗り物や人形などの可動玩具類の駆動機構および姿勢補正機構、超音波モータ、ハードディスクドライブ、超音波洗浄器、超音波加湿器、超音波溶着・溶接装置、超音波治療器、超音波カッター、チューブポンプ等に本発明の圧電アクチュエータを用いてもよい。
The present invention is not limited to those applied to the printer and the electronic timepiece of the embodiment, but can be applied to various electronic devices, and is particularly suitable for portable electronic devices that are required to be downsized.
Here, examples of various electronic devices include a phone having a clock function, a mobile phone, a non-contact IC card, a personal computer, a personal digital assistant (PDA), a camera, and the like.
The present invention can also be applied to electronic devices such as a camera without a clock function, a digital camera, a video camera, and a mobile phone with a camera function. When applied to these electronic devices having a camera function, the piezoelectric actuator of the present invention can be used to drive a lens focusing mechanism, a zoom mechanism, an aperture adjustment mechanism, and the like.
Further, the driving mechanism of meter pointers of measuring instruments, the driving mechanism of instrument pointers of instrument panels of automobiles, etc., the piezoelectric vibrators of inkjet heads used in piezoelectric buzzers, printers, etc. (also the
また、前記実施形態では、圧電アクチュエータ20を暦を示す表示装置の駆動に用いていたが、これに限らず、計時された時刻情報を示す指針の駆動に本発明の圧電アクチュエータを用いてもよい。
なお、前記各実施形態では、圧電アクチュエータの適用例として腕時計を示したが、これに限定されず、本発明は、懐中時計、置時計、掛け時計などにも適用できる。これらの各種時計において、例えばからくり人形などを駆動する機構としても利用できる。
Moreover, in the said embodiment, although the
In each of the above embodiments, a wristwatch is shown as an application example of a piezoelectric actuator. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a pocket watch, a table clock, a wall clock, and the like. In these various timepieces, for example, it can be used as a mechanism for driving a mechanism doll or the like.
また、前記各実施形態では、圧電素子を駆動装置として利用する圧電アクチュエータを示したが、圧電素子の利用範囲はこれに留まらず、正圧電効果による圧電素子の歪(変位)の状態を示す電圧信号の情報的な利用、例えば、水中通信装置(ソナー)、魚群探知機(測深機)、距離計、非破壊検査装置(超音波探傷機)、超音波診断装置、超音波厚み計、流量計などにも圧電素子を利用できる。 In each of the above embodiments, a piezoelectric actuator that uses a piezoelectric element as a driving device has been described. However, the usage range of the piezoelectric element is not limited to this, and a voltage that indicates the state of distortion (displacement) of the piezoelectric element due to the positive piezoelectric effect. Informational use of signals, for example, underwater communication devices (sonar), fish detectors (deepening devices), distance meters, nondestructive inspection devices (ultrasonic flaw detectors), ultrasonic diagnostic equipment, ultrasonic thickness gauges, flow meters Piezoelectric elements can also be used for such as.
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
The best configuration, method and the like for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, but the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but may be configured for the above-described embodiments without departing from the scope and spirit of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of materials, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, material, etc. disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such restrictions is included in this invention.
1・・・プリンタ(電子機器)、5・・・紙送りローラ、7・・・電子時計(電子機器)、11E・・・凹部、20・・・圧電アクチュエータ、20A・・・振動体、20B・・・側面部(振動体の側面部)、21・・・補強板、22・・・圧電アクチュエータ、22A・・・振動体、22B・・・側面部、23・・・圧電アクチュエータ、23A・・・振動体、24・・・圧電アクチュエータ、24A・・・振動体、24B・・・側面部、25・・・圧電アクチュエータ、25A・・・振動体、26・・・補強板、27・・・補強板、28・・・ロータ(被駆動体)、30A,30B・・・圧電素子、30・・・圧電素子、33A,33B・・・圧電素子、34A,34B・・・圧電素子、35・・・体表面部、35C・・・角部、36・・・圧電アクチュエータ、36A・・・振動体、37・・・圧電アクチュエータ、37A・・・振動体、38・・・圧電アクチュエータ、38A・・・振動体、110・・・インクジェットヘッド、120・・・インク(液状物または液状の絶縁体)、131・・・ムーブメント(計時手段)、132・・・文字板(計時情報表示部)、133・・・時針(計時情報表示部)、134・・・分針(計時情報表示部)、135・・・秒針(計時情報表示部)、201・・・凹部、211A・・・突起、211C・・・側面部(補強板側面部)、261・・・側面部、271・・・側面部、311〜315・・・電極パターン、331・・・段差部、341・・・傾斜面部、351・・・電極平面部、353・・・短辺側面部(圧電素子側面部)、361・・・圧電素子、361C・・・側面部、362A,362B・・・電極、362C・・・部分電極、368・・・ロータ(被駆動体)、371・・・圧電素子、371C・・・側面部、372A〜372N・・・電極、372Q・・・電極、372P・・・部分電極、380・・・圧電素子、381・・・突起部材、380A・・・振動体、385・・・電極平面部、386・・・側面部、386A,386B・・・角部、387・・・電極平面部、390・・・電極、391〜394・・・電極パターン、395・・・部分電極、396・・・裏側電極、411〜419・・・導通パターン、421〜423・・・導通パターン、431〜433・・・導通パターン、441〜443・・・導通パターン、511,512・・・絶縁層、513・・・モールド部材、514・・・モールド部材、515A,515B・・・モールド部材、521,522・・・絶縁層、A・・・節、S1・・・電極形成工程、S5・・・導通部形成工程。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Printer (electronic device), 5 ... Paper feed roller, 7 ... Electronic timepiece (electronic device), 11E ... Recessed part, 20 ... Piezoelectric actuator, 20A ... Vibrating body, 20B ... Side part (side part of vibrating body), 21 ... reinforcing plate, 22 ... piezoelectric actuator, 22A ... vibrating body, 22B ... side part, 23 ... piezoelectric actuator, 23A .. Vibrating body, 24... Piezoelectric actuator, 24A... Vibrating body, 24B... Side surface part, 25... Piezoelectric actuator, 25A. Reinforcing plate, 28 ... rotor (driven body), 30A, 30B ... piezoelectric element, 30 ... piezoelectric element, 33A, 33B ... piezoelectric element, 34A, 34B ... piezoelectric element, 35 ... Body surface part, 35C ... Corner, 36 Piezoelectric actuator, 36A ... vibrating body, 37 ... piezoelectric actuator, 37A ... vibrating body, 38 ... piezoelectric actuator, 38A ... vibrating body, 110 ... inkjet head, 120 ... Ink (liquid or liquid insulator), 131... Movement (time measuring means), 132... Dial (time information display section), 133... Hour hand (time information display section), 134. Minute hand (time information display part), 135... Second hand (time information display part), 201... Recess, 211 A... Projection, 211 C .. side part (reinforcement plate side part), 261. Part, 271 ... side part, 311 to 315 ... electrode pattern, 331 ... step part, 341 ... inclined face part, 351 ... electrode flat part, 353 ... short side part (piezoelectric) Element side) 361 ... Piezoelectric element, 361C ... Side face, 362A, 362B ... Electrode, 362C ... Partial electrode, 368 ... Rotor (driven body), 371 ... Piezoelectric element, 371C ... Side surface, 372A to 372N ... electrode, 372Q ... electrode, 372P ... partial electrode, 380 ... piezoelectric element, 381 ... projection member, 380A ... vibrating body, 385 ... Electrode plane part, 386 ... side part, 386A, 386B ... corner part, 387 ... electrode plane part, 390 ... electrode, 391-394 ... electrode pattern, 395 ... partial electrode, 396 ... back side electrode, 411-419 ... conduction pattern, 421-423 ... conduction pattern, 431-433 ... conduction pattern, 441-443 ... conduction pattern, 511, 512 ... absolute Edge layer, 513 ... mold member, 514 ... mold member, 515A, 515B ... mold member, 521,522 ... insulating layer, A ... node, S1 ... electrode forming step, S5 ... Conducting part forming step.
Claims (14)
前記表面部および前記裏面部のいずれかにおける一部には、部分電極が形成され、
前記部分電極とこの部分電極が形成された側とは反対側に形成された前記電極とを前記圧電素子側面部を介して互いに電気的に接続する導通部が形成され、
前記導通部は、前記互いに導通される前記部分電極および前記電極がそれぞれ形成された電極平面部と前記圧電素子側面部とを含む前記圧電素子の体表面部に、常温では導電性粒子を含有した液状物を設けた後、当該液状物を常温より高い温度で乾燥固化させることにより前記導電性粒子を相互接触させて形成される
ことを特徴とする振動体。 A piezoelectric element having a substantially plate shape and electrodes formed on the front surface portion and the back surface portion,
A partial electrode is formed on a part of either the front surface portion or the back surface portion,
A conductive portion is formed that electrically connects the partial electrode and the electrode formed on the side opposite to the side where the partial electrode is formed through the piezoelectric element side surface portion,
The conducting portion contains conductive particles at room temperature on the body surface portion of the piezoelectric element including the partial electrode and the electrode plane portion on which the electrodes are respectively formed and the piezoelectric element side surface portion. After the liquid material is provided, the liquid material is dried and solidified at a temperature higher than normal temperature to form the conductive particles in contact with each other.
前記圧電素子による積層体の積層方向両端側における積層体表面部と積層体裏面部とはそれぞれ、前記電極が形成された電極平面部とされ、
前記電極平面部の一方と前記各圧電素子それぞれの圧電素子側面部と前記電極平面部の他方とを含む前記積層体の体表面部には、前記各電極平面部における前記電極同士を互いに電気的に接続する導通部が形成され、
前記導通部は、常温では導電性粒子を含有した液状物を前記体表面部に設けた後、当該液状物を常温より高い温度で乾燥固化させることにより前記導電性粒子を相互接触させて形成されている
ことを特徴とする振動体。 Two piezoelectric elements having a substantially plate shape and electrodes formed on at least one of the front surface portion and the back surface portion are laminated,
Each of the laminate surface portion and the laminate back surface portion on both sides in the lamination direction of the laminate by the piezoelectric element is an electrode plane portion on which the electrode is formed,
On the body surface portion of the laminate including one of the electrode plane portions, each piezoelectric element side surface portion of each of the piezoelectric elements, and the other of the electrode plane portions, the electrodes in the electrode plane portions are electrically connected to each other. A conductive portion connected to the
The conducting portion is formed by providing a liquid material containing conductive particles at normal temperature on the body surface portion, and then bringing the liquid material into contact with each other by drying and solidifying the liquid material at a temperature higher than normal temperature. A vibrating body characterized by
前記圧電素子と前記圧電素子との間に介装される導電性の補強板を備え、
前記体表面部は、前記補強板側面部を含み、
前記導通部と前記補強板側面部との間には、絶縁層が介装されている
ことを特徴とする振動体。 The vibrator according to claim 2,
A conductive reinforcing plate interposed between the piezoelectric element and the piezoelectric element;
The body surface portion includes the reinforcing plate side surface portion,
An insulating layer is interposed between the conduction portion and the side surface portion of the reinforcing plate.
前記絶縁層は、常温では液状である絶縁体を前記補強板側面部に設けた後、当該絶縁体を常温より高い温度で乾燥固化させることにより形成されている
ことを特徴とする振動体。 The vibrating body according to claim 3,
The insulating layer is formed by providing an insulator that is liquid at room temperature on the side surface of the reinforcing plate, and then drying and solidifying the insulator at a temperature higher than room temperature.
前記補強板側面部には、前記積層方向と交差する方向に窪んだ凹部が形成されている
ことを特徴とする振動体。 The vibrating body according to claim 4,
The vibrating body is characterized in that a concave portion that is recessed in a direction intersecting the stacking direction is formed on the side surface of the reinforcing plate.
前記電極平面部と前記圧電素子側面部との間の角部には、断面略L字入隅状の段差部が形成されている
ことを特徴とする振動体。 The vibrating body according to claim 4,
A step portion having a substantially L-shaped cross section is formed at a corner portion between the electrode plane portion and the side surface portion of the piezoelectric element.
前記電極平面部と前記圧電素子側面部との間の角部は、前記圧電素子の厚み方向に対して斜めに面取りされている
ことを特徴とする振動体。 The vibrating body according to claim 4,
A corner portion between the electrode plane portion and the side surface portion of the piezoelectric element is chamfered obliquely with respect to the thickness direction of the piezoelectric element.
前記圧電素子と前記圧電素子との間に介装される絶縁性の補強板を備え、
前記体表面部は、前記補強板側面部を含んでいる
ことを特徴とする振動体。 The vibrator according to claim 2,
An insulating reinforcing plate interposed between the piezoelectric element and the piezoelectric element;
The body surface portion includes the reinforcing plate side surface portion.
前記振動体の振動を被駆動体に伝達することにより当該被駆動体を駆動する
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 A vibration body according to any one of claims 1 to 8,
A piezoelectric actuator, wherein the driven body is driven by transmitting the vibration of the vibrating body to the driven body.
前記振動体の振動を被駆動体に伝達することにより当該被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであって、
前記補強板の側面部には、前記被駆動体に向かって突出する突起が形成され、
前記突起が形成された側とは反対側の前記補強板の側面部には、当該側面部と前記導通部との間に、絶縁性のモールド部材が設けられている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 The vibrator according to any one of claims 3, 5, and 8, comprising:
A piezoelectric actuator that drives the driven body by transmitting the vibration of the vibrating body to the driven body,
A protrusion projecting toward the driven body is formed on a side surface portion of the reinforcing plate,
A piezoelectric actuator characterized in that an insulating mold member is provided between the side surface portion and the conducting portion on the side surface portion of the reinforcing plate opposite to the side on which the protrusion is formed. .
ことを特徴とする電子機器。 An electronic device comprising any one of the vibrator according to claim 1 and the piezoelectric actuator according to claims 9 and 10.
計時部と、この計時部で計時された情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計である
ことを特徴とする電子機器。 The electronic device according to claim 11 is:
An electronic device, comprising: a timepiece; and a timepiece information display section for displaying information timed by the timepiece.
常温では導電性粒子を含有した液状物を前記圧電素子側面部を含む前記振動体の体表面部に設けた後、当該液状物を常温より高い温度で乾燥固化させることにより前記導電性粒子を相互接触させて、前記電極同士を電気的に接続する導通部を形成する導通部形成工程とを備える
ことを特徴とする振動体の製造方法。 An electrode forming step of forming a plurality of electrodes on each of the piezoelectric elements constituting the vibrating body;
After providing a liquid material containing conductive particles at room temperature on the body surface portion of the vibrating body including the side surface portion of the piezoelectric element, the conductive particles are mutually solidified by drying and solidifying the liquid material at a temperature higher than normal temperature. And a conductive part forming step of forming a conductive part for bringing the electrodes into electrical contact with each other.
前記導通部形成工程では、前記液状物としてのインクを前記体表面部に噴射することによって前記導通部を形成する
ことを特徴とする振動体の製造方法。 In the manufacturing method of the vibrator according to claim 13,
In the conducting part forming step, the conducting part is formed by ejecting ink as the liquid material onto the body surface part.
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