JPWO2016185900A1 - Drive device - Google Patents
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Abstract
変位量のばらつきが少ない駆動装置を提供する。駆動装置1は、駆動ユニット2と、弾性体5の第1の主面5aと第2の主面5bとを結ぶ方向に移動される移動体3とを有する。駆動ユニット2は、弾性体5と、複数の圧電素子6〜9とを有する。圧電素子6〜9は、弾性体5の開口部5cを囲む辺部に設けられている。圧電素子6〜9は、励振電極間に挟まれた活性領域と、励振電極間に挟まれていない不活性領域A1,A2とを有し、弾性体5の複数の辺部において、不活性領域A1,A2が複数の辺部の全てにおいて同様に配置されている。Provided is a drive device with little variation in displacement. The driving device 1 includes a driving unit 2 and a moving body 3 that is moved in a direction connecting the first main surface 5a and the second main surface 5b of the elastic body 5. The drive unit 2 includes an elastic body 5 and a plurality of piezoelectric elements 6 to 9. The piezoelectric elements 6 to 9 are provided on the sides surrounding the opening 5 c of the elastic body 5. The piezoelectric elements 6 to 9 have an active region sandwiched between excitation electrodes and inactive regions A1 and A2 that are not sandwiched between excitation electrodes, and inactive regions at a plurality of sides of the elastic body 5. A1 and A2 are similarly arranged in all of the plurality of sides.
Description
本発明は、圧電素子を駆動して移動体を移動させる駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device that moves a moving body by driving a piezoelectric element.
従来、カメラのレンズなどを移動させる駆動装置として、圧電素子を用いた駆動装置が種々提案されている。 Conventionally, various drive devices using piezoelectric elements have been proposed as drive devices for moving a lens of a camera or the like.
下記の特許文献1には、屈曲振動と他の振動とを利用した超音波モーターが開示されている。ここでは、筒状の移動体が、円板状の基体の貫通孔に挿入されている。筒状の移動体は、その軸方向に移動するように構成されている。円板状の基体の両面に圧電素子が設けられている。この円板の屈曲振動と径方向振動との複合共振が用いられている。
The following
従来、圧電素子を用いた駆動装置では、移動体の変位量のばらつきが生じることがあった。 Conventionally, in a driving device using a piezoelectric element, variation in the displacement amount of the moving body may occur.
本発明の目的は、変位量のばらつきが少ない駆動装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a driving device with little variation in displacement.
本発明に係る駆動装置は、対向し合う第1及び第2の主面を有し、かつ前記第1の主面から前記第2の主面に向かって中央部を貫通している開口部と、該開口部を囲む複数の辺部とを有する弾性体と、前記弾性体の前記第1及び前記第2の主面における少なくとも一方の主面において、前記複数の辺部におのおの接合された複数の圧電素子とを有する駆動ユニットと、前記弾性体の前記開口部に挿入されており、前記駆動ユニットを駆動することにより、前記弾性体の前記第1の主面と前記第2の主面とを結ぶ方向に移動される移動体と、前記複数の圧電素子を駆動することにより、前記駆動ユニットが、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の他の振動とで、または前記屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動とが結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されており、前記他の振動または前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁に前記移動体が摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の前記内壁が前記移動体から隔てられており、あるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体が前記弾性体の前記開口部の前記内壁に接触しているリリース状態とをそれぞれ実現する振動姿態を有し、前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により、または前記結合モードの振動により、前記移動体を移動させ、前記複数の圧電素子が、板状の圧電体と、前記圧電体を励振するための複数の励振電極と、前記励振電極間に挟まれた活性領域と、前記励振電極間に挟まれていない不活性領域とを有し、前記複数の圧電素子における前記不活性領域が、前記複数の辺部の全てにおいて同様に配置されている。 The drive device according to the present invention has an opening having first and second main surfaces facing each other and penetrating a central portion from the first main surface toward the second main surface. And an elastic body having a plurality of sides surrounding the opening, and at least one main surface of the first and second main surfaces of the elastic body joined to the plurality of sides. A drive unit including the piezoelectric element, and the first main surface and the second main surface of the elastic body by being inserted into the opening of the elastic body and driving the drive unit. By driving the movable body moving in the direction connecting the two and the plurality of piezoelectric elements, the drive unit is caused to generate bending vibration and at least one other vibration different from the bending vibration, or the bending vibration. And at least one kind different from the bending vibration The elastic body is configured to vibrate with a vibration of a coupling mode formed by coupling with the other vibration, and the vibration of the other body or the coupling mode can move the moving body. A movable state in which the movable body is frictionally engaged with the inner wall of the opening, and a frictional engagement in which the inner wall of the opening of the elastic body is separated from the movable body or lower than the movable state. The movable body has a vibration state that realizes a release state in which the moving body is in contact with the inner wall of the opening of the elastic body by a resultant force, and the bending unit and the other vibration of the drive unit or the The movable body is moved by vibration in a coupling mode, and the plurality of piezoelectric elements are plate-shaped piezoelectric bodies, a plurality of excitation electrodes for exciting the piezoelectric bodies, and an activity sandwiched between the excitation electrodes Area and And an inactive region not sandwiched between the excitation electrode, the inactive region in the plurality of piezoelectric elements are arranged similarly in all of the plurality of side portions.
本発明に係る駆動装置のある特定の局面では、前記複数の圧電素子が、おのおの前記圧電体の前記弾性体に貼り合わされている面とは反対側の面に設けられた第1及び第2の端子電極を有し、前記複数の圧電素子における前記第1の端子電極が、おのおの隣り合っている辺部における前記複数の圧電素子の前記第2の端子電極と隣り合っている。 In a specific aspect of the drive device according to the present invention, the first and second piezoelectric elements are provided on the surfaces of the piezoelectric bodies opposite to the surfaces bonded to the elastic bodies. The first terminal electrode in the plurality of piezoelectric elements is adjacent to the second terminal electrode of the plurality of piezoelectric elements in each adjacent side portion.
本発明に係る駆動装置のある特定の局面では、前記第1の端子電極と、隣り合っている辺部における前記第1の端子電極と隣り合っている前記第2の端子電極とを電気的に接続している電極パッドがさらに備えられている。この場合には、駆動装置を外部と電気的に接続する部分の数を減らすことができる。従って、電気的接続が容易となる。 In a specific aspect of the drive device according to the present invention, the first terminal electrode and the second terminal electrode adjacent to the first terminal electrode in adjacent side portions are electrically connected. A connecting electrode pad is further provided. In this case, the number of portions that electrically connect the driving device to the outside can be reduced. Therefore, electrical connection is facilitated.
本発明に係る駆動装置の他の特定の局面では、前記弾性体の前記開口部が矩形の平面形状を有し、前記辺部が第1〜第4の辺部であり、前記複数の圧電素子が、前記第1〜第4の辺部に接合された第1〜第4の圧電素子である。 In another specific aspect of the drive device according to the present invention, the opening of the elastic body has a rectangular planar shape, the side portions are first to fourth side portions, and the plurality of piezoelectric elements Are the first to fourth piezoelectric elements joined to the first to fourth sides.
本発明に係る駆動装置の別の特定の局面では、前記圧電素子が、前記圧電体内において、圧電体層部分を介して積層された前記複数の励振電極を有する、積層型圧電素子である。この場合には、駆動ユニットの変位を大きくすることができる。 In another specific aspect of the driving apparatus according to the present invention, the piezoelectric element is a stacked piezoelectric element having the plurality of excitation electrodes stacked via piezoelectric layer portions in the piezoelectric body. In this case, the displacement of the drive unit can be increased.
もっとも、本発明に係る駆動装置では、前記圧電素子が、前記圧電体の前記弾性体側の面に設けられた第1の励振電極と、前記弾性体とは反対側の前記圧電体の面に設けられた第2の励振電極とを有し、単板型の圧電素子であってもよい。 However, in the drive device according to the present invention, the piezoelectric element is provided on the surface of the piezoelectric body opposite to the elastic body, and the first excitation electrode provided on the surface of the piezoelectric body on the elastic body side. A single-plate-type piezoelectric element may be used.
本発明に係る駆動装置の他の特定の局面では、前記移動体が、前記弾性体の前記第1の主面と前記第2の主面とを結ぶ方向に延びる円柱状の形状を有する。 In another specific aspect of the drive device according to the present invention, the moving body has a cylindrical shape extending in a direction connecting the first main surface and the second main surface of the elastic body.
本発明に係る駆動装置のさらに他の特定の局面では、前記移動体に外挿されたバネ部材をさらに備え、前記バネ部材が、前記駆動ユニットの前記弾性体の前記開口部の前記内壁に圧接される。この場合には、移動体を、駆動ユニットにより効果的に移動させることができる。 In still another specific aspect of the drive device according to the present invention, the drive device further includes a spring member extrapolated to the movable body, and the spring member is pressed against the inner wall of the opening of the elastic body of the drive unit. Is done. In this case, the moving body can be moved effectively by the drive unit.
本発明に係る駆動装置によれば、弾性体の開口部を囲む複数の辺部の変位量のばらつきを小さくすることができる。従って移動体を安定に移動することができる。 According to the drive device according to the present invention, it is possible to reduce variation in the amount of displacement of a plurality of sides surrounding the opening of the elastic body. Therefore, the moving body can be moved stably.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。 It should be pointed out that each embodiment described in this specification is an exemplification, and a partial replacement or combination of configurations is possible between different embodiments.
(第1の実施形態)
図1(a)は、本発明の第1の実施形態で用いられている駆動ユニットを示す斜視図であり、図1(b)は、該駆動ユニットで用いられている圧電素子の正面断面図であり、図3は、第1の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。(First embodiment)
FIG. 1A is a perspective view showing a drive unit used in the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a front sectional view of a piezoelectric element used in the drive unit. FIG. 3 is a perspective view showing the driving apparatus according to the first embodiment.
図3に示すように、駆動装置1は、駆動ユニット2と、移動体3とを有する。
As shown in FIG. 3, the
図3に示すように、駆動ユニット2は、ベース部材10と、ベース部材10に支持されている弾性体5とを有する。図1(a)に示すように、弾性体5は、対向し合う第1の主面5aと、第2の主面5bとを有する。弾性体5は、金属などの適宜の剛性材料からなる。弾性体5は、本実施形態では、矩形枠状の形状を有し、中央に開口部5cを有する。第1の主面5a上には、複数の圧電素子6〜9が接合されている。
As shown in FIG. 3, the
複数の圧電素子6〜9は、第1の主面5aでなく、第2の主面5bに接合されていてもよい。また、両主面に複数の圧電素子が接合されていてもよい。
The plurality of
図1(b)は、圧電素子6の正面断面図である。圧電素子6は、積層型圧電素子である。圧電素子6は、圧電体11を有する。圧電体11は、短手方向と、長手方向を有する、短冊板状の形状を有している。圧電体11は、長手方向に延びる第1の主面11aと、第1の主面11aと対向している第2の主面11bとを有する。圧電体11の長手方向の一方端側に第1の端面11cが位置しており、長手方向の他方端側に第2の端面11dが位置している。
FIG. 1B is a front sectional view of the
また、圧電体11の第1の主面11a上には、励振電極12が設けられている。また、圧電体層を介して励振電極12に対向するように圧電体11内に励振電極13が設けられている。さらに、圧電体11内には、圧電体層を介して隣り合うように、励振電極14〜16が設けられている。励振電極16と圧電体層を介して対向するように、第2の主面11b上に、励振電極17が設けられている。励振電極12,14,16は、第1の端面11cに引き出されている。第1の端面11c上に、接続電極18が設けられている。励振電極12,14,16は、接続電極18によって電気的に接続されている。他方、励振電極13,15,17は、第2の端面11dに至っている。第2の端面11dには、接続電極19が設けられている。励振電極13,15,17は、接続電極19によって電気的に接続されている。
An
接続電極18は、第2の主面11b上に至っている端子部18aを有する。端子部18aおよび励振電極17は、間隙を介して互いに隣り合う位置に形成されている。また、接続電極19は、第1の主面11a上に至っている端子部19aを有する。端子部19aおよび励振電極12は、間隙を介して互いに隣り合う位置に形成されている。
The
圧電素子6は、図1(a)に示すように、励振電極17側が弾性体5の第1の主面5a上に密着されて固定されている。
As shown in FIG. 1A, the
励振電極12と接続電極19の端子部19aを利用して、外部と電気的に接続することができる。本実施形態では、励振電極12が第1の端子電極を兼ねており、端子部19aが第2の端子電極となっている。励振電極12〜17間の圧電体層は、厚み方向に分極処理されている。従って、端子電極を兼ねる励振電極12と、端子部19aとの間に交流電圧を印加すると、圧電素子6は屈曲振動で振動する。
The
圧電素子7〜9も、圧電素子6と同様の構造を有する。従って、同一部分については同一の参照番号を付することにより、その説明を省略する。
The
上記圧電素子6,8と圧電素子7,9とを逆相の屈曲振動で駆動すると、駆動ユニット2は、屈曲振動と、拡がり振動を生じる。本実施形態は、この屈曲振動と拡がり振動との結合モードを利用することにより、図3に示した移動体3を移動させる。移動体3は、本実施形態では円柱状の形状を有し、該円柱状の形状の軸方向に移動体3が移動される。言い換えれば、駆動ユニット2の弾性体5の第1の主面5aと第2の主面5bとを結ぶ方向に、移動体3を移動させる。この移動体3を移動させる操作については、後程詳述する。
When the
本実施形態の特徴は、圧電素子6〜9において、後述する不活性領域が、弾性体5の矩形枠状の複数の辺部の全てにおいて同様に配置されていることにある。これをより詳細に説明する。
A feature of this embodiment is that in the
図1に示すように、弾性体5は、正方形の開口部5cを有する。すなわち、弾性体5は4つの辺部を有する矩形の枠体である。弾性体5の第1〜第4の辺部における第1の主面5a上に、圧電素子6,7,8または9が固定されている。
As shown in FIG. 1, the
圧電素子6を駆動した場合、圧電体11全体が変位するわけではない。すなわち、異電位に接続される励振電極間に挟まれた圧電体層部分は、圧電効果により変位する。この場合、図1(b)において、クロスのハッチングで付した部分は、異なる電位の励振電極間に挟まれていない。従って、積極的に圧電効果により変位しない部分であるため、このクロスのハッチングを付して示した領域を不活性領域A1,A2とする。残りの領域が、圧電効果により変位する活性領域となる。
When the
図1(b)に示すように、不活性領域A1は、第1の端面11cに沿って、圧電素子6の第1,第2の主面11a,11bを結ぶ方向である厚み方向に延びている。そして、励振電極17と端子部18aとの対向領域に至っている。すなわち、圧電体11の第2の主面11b側においては、不活性領域A1は、第1の端面11cから、上記励振電極17の先端側まで延びている。従って、正面断面図において、不活性領域A1は、L字状の形状を有している。
As shown in FIG. 1B, the inactive region A1 extends in the thickness direction, which is a direction connecting the first and second
他方、第2の端面11d側においては、不活性領域A2は、第2の端面11dに沿って延びている。さらに、端子部19aに沿うように不活性領域A2が、第2の端面11dから励振電極12の先端に向かって延びている。従って、正面断面図において、不活性領域A2は、逆L字状の形状を有している。
On the other hand, on the
従って、圧電素子6は、第1の主面11aと第2の主面11bとを結ぶ方向の中心を通り、第1の主面11aと平行であり、かつ、上記長手方向に沿う面に対して上下非対称に構成されている。従って、圧電素子6を第1の主面11aと第2の主面11bとが逆になるように弾性体5に固定することもできる。
Accordingly, the
もっとも、本実施形態では圧電素子6は、上記のように、励振電極12が設けられている面が弾性体5との接合面と反対側の面となるように弾性体5に固定されている。残りの圧電素子7〜9も、励振電極12が設けられている面が圧電素子6と同じ向きになるように、弾性体5に固定されている。
However, in the present embodiment, as described above, the
すなわち、複数の圧電素子6〜9における第1の端子電極が、おのおの隣り合っている辺部における複数の圧電素子の第2の端子電極と隣り合っている。具体的には、圧電素子6における励振電極12が圧電素子9における端子部19aと隣り合っている。圧電素子9における励振電極12が圧電素子8における端子部19aと隣り合っている。圧電素子8における励振電極12が圧電素子7における端子部19aと隣り合っている。圧電素子7における励振電極12が圧電素子6における端子部19aと隣り合っている。また、圧電素子6,8における励振電極12はおのおの電気的に接続されている。圧電素子7,9における励振電極12はおのおの電気的に接続されている。圧電素子6,8における端子部19aはおのおの電気的に接続されている。圧電素子7,9における端子部19aはおのおの電気的に接続されている。従って、弾性体5の各辺部における、上記圧電素子の不活性領域の位置は、弾性体5の矩形枠状の全ての辺部において同様に配置されている。そのため、駆動ユニット2の各辺部における変位量のばらつきを小さくすることができる。よって、駆動装置1を用いて移動体3を安定に移動させることができる。これを図2に示す比較例と対比することにより明らかにする。
That is, the first terminal electrodes of the plurality of
図2に示す駆動ユニット101は、圧電素子6,8に代えて、圧電素子6A,8Aを弾性体5の第1の主面5a上に固定したことを除いては、上記実施形態の駆動ユニット2と同様に構成されている。すなわち、励振電極17及び端子部18aが弾性体5との接合面と反対側の面となるように、圧電素子6Aが弾性体5に固定されている。圧電素子8Aについても同様である。また、圧電素子6Aの励振電極17および圧電素子8Aの励振電極17が電気的に接続されている。圧電素子7の励振電極12および圧電素子9の励振電極12が電気的に接続されている。圧電素子6Aの端子部18aおよび圧電素子8Aの端子部18aが電気的に接続されている。圧電素子7の端子部19aおよび圧電素子9の端子部19aが電気的に接続されている。比較例では、励振電極12,17が第1の端子電極であり、端子部18a,19aが第2の端子電極である。圧電素子6Aと圧電素子8Aにおいて、弾性体5の矩形枠状の辺部において不活性領域の位置は同じであるが、圧電素子6A,8Aと圧電素子7,9とでは、弾性体5の矩形枠状の辺部において不活性領域の位置が異なっている。従って、前述した不活性領域A1,A2の位置が、弾性体5の矩形枠状の全ての辺部において同様に配置されていない。
The
上記実施形態と比較例との対比を、後程実験例に基づき説明する。その前に、上記駆動装置1における移動体3を移動させる構成を説明することとする。
A comparison between the embodiment and the comparative example will be described later based on experimental examples. Before that, a configuration for moving the moving
前述したように、本実施形態では、弾性体5の屈曲振動と拡がり振動との結合モードを利用する。屈曲振動と拡がり振動の共振周波数を調整することにより、複数の結合モードを生じさせることができる。
As described above, in the present embodiment, a coupling mode between the bending vibration and the spreading vibration of the
圧電素子6〜9に交流電圧を印加することにより、弾性体5が屈曲振動と、拡がり振動で振動する。
By applying an alternating voltage to the
図4は、屈曲振動の共振周波数及び拡がり振動の共振周波数と、弾性体5の厚みとの関係を示す図である。図4に示すように、弾性体5の厚みを調整したりすることにより、屈曲振動の共振周波数及び拡がり振動の共振周波数を調整させることができ、両者の結合モードを生じさせることができる。後述するように、複数の結合モードのうち、第1の結合モード及び第2の結合モードの2つの結合モードを利用する。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the spreading vibration and the thickness of the
本実施形態では、第1の結合モードと第2の結合モードとを利用する。第1,第2の結合モードの振動は、弾性体5の開口部5cの内壁が移動体3に圧接している移動可能状態と、開口部5cの内壁が移動体3に対して隔てられており、あるいは移動可能状態よりも低い摩擦係合力で移動体3に接触しているリリース状態とを実現する振動姿態を有する。すなわち、第1の結合モード及び第2の結合モードのいずれの場合においても、上記2つの状態を実現する振動姿態が生じる。
In the present embodiment, the first coupling mode and the second coupling mode are used. The vibration in the first and second coupling modes is caused by the movable state in which the inner wall of the
ただし、第1の結合モードでは、移動可能状態において、上記第1の結合モードにより、移動体3は、上記移動体3の軸方向において一方側に移動される。これを前進とすると、第2の結合モードでは、移動可能状態において、開口部の内壁が移動体3を後退させることになる。すなわち、上記第1の結合モードと第2の結合モードが生じるように駆動周波数を切り換えることにより、移動体3を前進あるいは後退させることができる。
However, in the first coupling mode, in the movable state, the
上記のように、本実施形態では、上記リリース状態と移動可能状態を実現する振動姿態が生じる第1,第2の結合モードを利用する。結合させるには、好ましくは、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数が一致されていることが望ましい。もっとも、双方の共振周波数は完全に一致されずともよく、屈曲振動の共振周波数と、拡がり振動の共振周波数との差の絶対値は、第1の結合モードにおける共振周波数及び第2の結合モードにおける共振周波数の平均値の15%以内の範囲内であればよい。 As described above, in the present embodiment, the first and second coupling modes in which the vibration state realizing the release state and the movable state are generated are used. In order to make the coupling, it is preferable that the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the spreading vibration are matched. However, the resonance frequencies of both may not be exactly the same, and the absolute value of the difference between the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the spread vibration is the resonance frequency in the first coupling mode and the second coupling mode. What is necessary is just to be in the range within 15% of the average value of resonance frequency.
なお、本実施形態では、屈曲振動と拡がり振動との結合モードを利用しているが、屈曲振動と、結合モードとを利用してもよい。また、屈曲振動と、拡がり振動などの屈曲振動以外の他の振動モードとを利用してもよい。 In the present embodiment, a combined mode of bending vibration and spreading vibration is used, but bending vibration and combined mode may be used. Further, bending vibration and vibration modes other than bending vibration such as spreading vibration may be used.
図5(a)は、駆動装置1を操作する際の初期状態を示し、上記のように、第1の結合モードを生じるように駆動ユニット2を駆動することにより、図5(b)に示すように、移動可能状態とする。すなわち、弾性体5の開口部5cが移動体3の外周面に圧接される。その状態で、上記第1の結合モードで移動させることにより、図6(a)に示すように、移動体3を矢印方向に、すなわち軸方向一方側に進めることができる。そして、第1の結合モードにおいて、図6(b)に示すように、リリース状態を実現することにより、前進を停止する。これらの工程を繰り返すことにより、移動体3を前方にピッチ送りすることができる。
FIG. 5 (a) shows an initial state when operating the
なお、後退させる場合には、第2の結合モードを発生させ、第2の結合モードにより駆動すれば、移動体3を後退させることができる。例えば、屈曲振動により、移動体3を前進または後退させ、拡がり振動により上記リリース状態と、移動可能状態とを実現してもよい。
In the case of retreating, the
次に、本実施形態の駆動装置1によれば、上記圧電素子6〜9の不活性領域が弾性体5の矩形枠状の複数の辺部の全てにおいて同様に配置されている。そのため、移動体の変位量の辺部におけるばらつきを小さくすることができ、それによって、移動体の変位量全体のばらつきを小さくし得ることを、図7及び図8を参照して説明する。
Next, according to the
図7の相対的に太い実線は、第1の実施形態の駆動装置における駆動電圧波形を示す。また、破線、一点鎖線、二点鎖線及び細線は、それぞれ、圧電素子6〜9が設けられている各辺部の中央の開口部5cの内壁部分の変位量を示す。この各辺部の中央の内壁部分とは、移動体3に圧接される部分である。
A relatively thick solid line in FIG. 7 shows a driving voltage waveform in the driving apparatus of the first embodiment. Further, the broken line, the alternate long and short dash line, the alternate long and two short dashes line, and the thin line indicate the amount of displacement of the inner wall portion of the
図8は前述した比較例の駆動装置における各辺部の中央の内壁部分の変位量と、駆動電圧波形とを示す図である。変位量は、例えば、小野測器社製、商品名「LV−1710」のドップラ振動計により駆動装置の各辺部の中央の開口部の内壁部分にレーザーを照射し、照射されたレーザーの反射光をドップラ振動計で受光することにより測定した。図7及び図8に示すように、第1の実施形態の駆動装置及び比較例の駆動装置には同じ波形の駆動電圧を印加しているが、比較例の駆動装置では、各辺部の中央の開口部の内壁部分の変位量が大きくばらついていることがわかる。これに対して、図7に示すように、第1の実施形態の駆動装置では、各辺部の中央の開口部の内壁部分の変位量がほぼ同様であり、変位量のばらつきを効果的に低減し得ることがわかる。 FIG. 8 is a diagram showing the displacement amount of the inner wall portion at the center of each side portion and the drive voltage waveform in the drive device of the comparative example described above. The amount of displacement is determined by, for example, irradiating the inner wall portion of the opening at the center of each side of the drive device with a Doppler vibrometer manufactured by Ono Sokki Co., Ltd. and having a trade name “LV-1710”. The light was measured by receiving light with a Doppler vibrometer. As shown in FIGS. 7 and 8, the drive voltage having the same waveform is applied to the drive device of the first embodiment and the drive device of the comparative example. However, in the drive device of the comparative example, the center of each side portion is applied. It can be seen that the amount of displacement of the inner wall portion of the opening varies greatly. On the other hand, as shown in FIG. 7, in the driving device of the first embodiment, the displacement amount of the inner wall portion of the opening at the center of each side portion is almost the same, and the variation in the displacement amount is effectively reduced. It can be seen that it can be reduced.
(第2の実施形態)
図9は、本発明の第2の実施形態に係る駆動装置で用いられている駆動ユニットを示す斜視図である。駆動ユニット22では、接続パッド23a〜23dが設けられていることを除いては、駆動ユニット2と同様である。従って、同一部分については同一の参照番号を付することにより、第1の実施形態の説明を援用することとする。(Second Embodiment)
FIG. 9 is a perspective view showing a drive unit used in the drive apparatus according to the second embodiment of the present invention. The
接続パッド23a〜23dは、導電性材料からなる。電極パッドは、第1の端子電極と、隣り合っている辺部における第1の端子電極と隣り合っている第2の端子電極とを電気的に接続している。具体的には、接続パッド23aは、圧電素子6の端子部19aと、圧電素子7の第1の端子部としての励振電極12とを電気的に接続している。接続パッド23bは、圧電素子7の端子部19aと、圧電素子8の励振電極12とを電気的に接続している。接続パッド23cは、圧電素子8の端子部19aと圧電素子9の励振電極12とを電気的に接続している。接続パッド23dは、圧電素子9の端子部19aと、圧電素子6の励振電極12とを電気的に接続している。詳述すると、圧電素子6の端子部19a、圧電素子7の励振電極12、圧電素子8の端子部19a、および圧電素子9の励振電極12が電気的に接続されている。また、圧電素子6の励振電極12、圧電素子7の端子部19a、圧電素子8の励振電極12、および圧電素子9の端子部19aが電気的に接続されている。
The
従って、駆動ユニット22の駆動に際しては、圧電素子6〜9の圧電体11の第1の主面11a側において、4箇所をボンディングワイヤーなどにより電気的に接続すればよい。すなわち、隣り合う圧電素子の端子部19aと励振電極12とが予め接続パッド23a〜23dで電気的に接続されているため、外部との電気的接続箇所は4箇所でよい。
Therefore, when the
これに対して、前述した第1の実施形態では、各圧電素子6〜9において、それぞれ、第1,第2の端子電極としての励振電極12及び端子部19aを外部と電気的に接続する必要があり、外部との電気的接続点は8箇所であった。
On the other hand, in the first embodiment described above, in each of the
よって、本実施形態によれば、外部との電気的接続を容易に行うことができる。 Therefore, according to this embodiment, electrical connection with the outside can be easily performed.
すなわち、第2の実施形態のように、隣り合う圧電素子6〜9間において、同電位に接続される端子電極を第1の主面11a側において共通接続しておくことが好ましい。
That is, as in the second embodiment, it is preferable that the terminal electrodes connected to the same potential are connected in common on the first
なお、第1,第2の実施形態では、弾性体5は正方形の開口部5cを有し、矩形枠状の形状を有していたが、他の多角形状の開口部を有していてもよい。
In the first and second embodiments, the
(第1の実施形態の変形例1)
また、上記実施形態では、円柱状の移動体3の外周面に、上記弾性体5の開口部5cの内面が圧接され、移動体3を移動可能状態としていた。この場合、移動体3の外周面に、金属などからなるバネ部材を固定しておいてもよい。また、移動体3は円柱状に限らず、図11に示す移動体3Aのように略角柱状の形状を有していてもよい。この場合、図12に示すバネ部材4を移動体3Aに取り付けてもよい。すなわち、金属などからなるバネ部材4の内径は、移動体3Aの軸方向と直交する横断面方向の最大寸法よりも小さくされている。従って、スリット4aを有するバネ部材4のスリット4aを拡げつつ、移動体3Aにバネ部材4を取り付ければよい。この場合、バネ部材4の外周面が、上記駆動ユニット2の弾性体5の開口部5cの内壁に圧接され、移動体3Aがバネ部材4と共に移動されることになる。(
Moreover, in the said embodiment, the inner surface of the
(第1の実施形態の変形例2)
さらに、圧電素子6〜9として積層型圧電素子を用いたが、図10に示す単板型の圧電素子31を用いてもよい。圧電素子31は、圧電体32と、圧電体32の第1の主面に設けられた第1の励振電極33と、第2の主面に設けられた第2の励振電極34とを有する。圧電素子31においても、圧電体32の両端面に接続電極35,36が設けられており、接続電極35,36に、端子部35a,36aがそれぞれ連ねられている。従って、圧電素子31においても、不活性領域は、圧電体32の第1,第2の主面を結ぶ方向中心を通り、第1の主面に平行に延びる断面の両側で非対称に位置している。よって、圧電素子31についても、上記圧電素子6〜9と同様に、不活性領域が弾性体5の矩形枠状の全ての辺部において同様の位置にくるように設けられている。それによって、第1の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。(
Furthermore, although the laminated piezoelectric elements are used as the
1…駆動装置
2…駆動ユニット
3,3A…移動体
4…バネ部材
4a…スリット
5…弾性体
5a…第1の主面
5b…第2の主面
5c…開口部
6,7,8,9…圧電素子
6A,8A…圧電素子
10…ベース部材
11…圧電体
11a…第1の主面
11b…第2の主面
11c…第1の端面
11d…第2の端面
12,13,14,15,16,17…励振電極
18,19…接続電極
18a,19a…端子部
22…駆動ユニット
23a,23b,23c,23d…接続パッド
31…圧電素子
32…圧電体
33…第1の励振電極
34…第2の励振電極
35,36…接続電極
35a,36a…端子部
101…駆動ユニット
A1,A2…不活性領域DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記弾性体の前記開口部に挿入されており、前記駆動ユニットを駆動することにより、前記弾性体の前記第1の主面と前記第2の主面とを結ぶ方向に移動される移動体と、
前記複数の圧電素子を駆動することにより、前記駆動ユニットが、屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の他の振動とで、または前記屈曲振動と、前記屈曲振動とは異なる少なくとも一種の前記他の振動とが結合してなる結合モードの振動で振動するように構成されており、
前記他の振動または前記結合モードの振動が、前記移動体を移動させ得るように前記弾性体の前記開口部の内壁に前記移動体が摩擦係合している移動可能状態と、前記弾性体の前記開口部の前記内壁が前記移動体から隔てられており、あるいは前記移動可能状態よりも低い摩擦係合力で前記移動体が前記弾性体の前記開口部の前記内壁に接触しているリリース状態とをそれぞれ実現する振動姿態を有し、
前記駆動ユニットの前記屈曲振動及び前記他の振動により、または前記結合モードの振動により、前記移動体を移動させ、
前記複数の圧電素子が、板状の圧電体と、前記圧電体を励振するための複数の励振電極と、前記励振電極間に挟まれた活性領域と、前記励振電極間に挟まれていない不活性領域とを有し、
前記複数の圧電素子における前記不活性領域が、前記複数の辺部の全てにおいて同様に配置されている、駆動装置。An opening having first and second main surfaces facing each other and penetrating a central portion from the first main surface toward the second main surface, and a plurality of surroundings surrounding the opening A drive unit comprising: an elastic body having a side portion; and a plurality of piezoelectric elements joined to the plurality of side portions on at least one main surface of the first and second main surfaces of the elastic body. When,
A movable body that is inserted into the opening of the elastic body and is moved in a direction connecting the first main surface and the second main surface of the elastic body by driving the drive unit; ,
By driving the plurality of piezoelectric elements, the driving unit is configured to bend and vibrate and at least one other vibration different from the bending vibration or at least one kind different from the bending vibration and the bending vibration. It is configured to vibrate with a combined mode vibration formed by combining with the other vibrations,
A movable state in which the movable body is frictionally engaged with an inner wall of the opening of the elastic body so that the vibration of the other mode or the coupled mode can move the movable body; The inner wall of the opening is separated from the moving body, or the moving body is in contact with the inner wall of the opening of the elastic body with a lower frictional engagement force than the movable state. Have a vibration mode that realizes
The movable body is moved by the bending vibration and the other vibration of the driving unit or by the vibration of the coupling mode,
The plurality of piezoelectric elements include a plate-shaped piezoelectric body, a plurality of excitation electrodes for exciting the piezoelectric body, an active region sandwiched between the excitation electrodes, and a non- sandwiched area between the excitation electrodes. An active region,
The drive device, wherein the inactive regions in the plurality of piezoelectric elements are similarly arranged in all of the plurality of sides.
前記複数の圧電素子における前記第1の端子電極が、おのおの隣り合っている辺部における前記複数の圧電素子の前記第2の端子電極と隣り合っている、請求項1に記載の駆動装置。Each of the plurality of piezoelectric elements includes first and second terminal electrodes provided on a surface of the piezoelectric body opposite to a surface bonded to the elastic body;
2. The driving device according to claim 1, wherein the first terminal electrodes in the plurality of piezoelectric elements are adjacent to the second terminal electrodes of the plurality of piezoelectric elements in adjacent side portions.
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