(57)【要約】【課題】振動を抑制することで安定した動作を確保できるアクチュエータ装置を得る。【解決手段】ベース板１０と、加圧板１５と、平板状の圧電素子２０Ａ，２０Ｂと、該圧電素子２０Ａ，２０Ｂの間に挿入された補強板２５と、圧電素子２０Ａ，２０Ｂの一端部の表面に貼着された摩擦板３０Ａ，３０Ｂと、圧電素子２０Ｂの他端部裏面側に取り付けた重り４０と、ベース板１０と加圧板１５との間に介在されたスペーサ３６と、を備えたアクチュエータ装置。ベース板１０及び／又は加圧板１５には振動抑制部材が設けられている。例えば、機械的な内部損失の大きな樹脂シートやゴムシートが貼着されている。あるいは、ベース板１０及び／又は加圧板１５の振動を減衰させる突起が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で互いに対向して配置されたベース板及び加圧板と、
前記ベース板と前記加圧板との間に挟持され、電圧の印加に伴って面方向に伸縮する平板状の圧電素子と、
を備えたアクチュエータ装置であって、
前記ベース板及び／又は前記加圧板に振動抑制部材が設けられていること、
を特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記振動抑制部材は、前記ベース板及び／又は前記加圧板に設けた振動吸収部材であること、を特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記振動吸収部材は、樹脂、ゴム、粘土からなるものであること、を特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記振動抑制部材は、前記ベース板及び／又は前記加圧板に形成した突起であること、を特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記突起は、駆動周波数と同じ又はその整数倍の固有振動数を有していること、を特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記圧電素子と前記ベース板及び／又は前記加圧板との間に摩擦板が介在されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記圧電素子の一端部に重りが固着されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ装置、特に、圧電素子を駆動源とするアクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を駆動源とするアクチュエータ装置として、特許文献１には、電気的作用により伸縮し、該伸縮方向に平行な平面を有する圧電素子と、前記圧電素子の伸縮方向に平行な平面上に載置され、かつ、前記圧電素子の伸縮方向の前端に固定された第１摩擦部材と、前記第１摩擦部材の上面に当接するように載置され、被駆動体を駆動する駆動部材と、前記第１摩擦部材に対して前記駆動部材を押圧する押圧機構部と、前記圧電素子の伸縮方向の後端を固定する固定部材と、を有する圧電素子を用いた駆動装置が記載されている。
【０００３】
しかし、前記駆動装置においては、圧電素子の駆動に伴って、摩擦部材や駆動部材に意図しない振動が発生しやすいという問題点を有している。それゆえ、振動に起因する適切な押圧が維持できず、安定した動作を確保できなかった。具体的には、駆動周波数が制限されたり、駆動速度の低下を招いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６５７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、振動を抑制することで安定した動作を確保できるアクチュエータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の一形態であるアクチュエータ装置は、
所定の間隔で互いに対向して配置されたベース板及び加圧板と、
前記ベース板と前記加圧板との間に挟持され、電圧の印加に伴って面方向に伸縮する平板状の圧電素子と、
を備えたアクチュエータ装置であって、
前記ベース板及び／又は前記加圧板に振動抑制部材が設けられていること、
を特徴とする。
【０００７】
前記アクチュエータ装置において、圧電素子が所定の周波数電圧で駆動されると、駆動周波数ないしその高調波での振動がベース板や加圧板に発生しやすい。しかし、このような振動は、ベース板及び／又は加圧板に設けられた振動抑制部材によって抑制され、ベース板と加圧板による圧電素子の挟着状態にむらが発生することがなく、安定した動作が確保される。それゆえ、駆動周波数が広がり、駆動速度の低下などが回避される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ベース板や加圧板の振動を抑制することで安定した動作を確保でき、駆動周波数が広がり、駆動速度の低下などが回避される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】基本的な形態であるアクチュエータ装置を示す斜視図である。
【図２】前記アクチュエータ装置の分解斜視図である。
【図３】前記アクチュエータ装置において振動子を示す斜視図である。図である。
【図４】前記アクチュエータ装置において振動子と重りを示す斜視図である。
【図５】前記アクチュエータ装置の第１の動作例を示す説明図である。
【図６】圧電素子に印加する駆動電圧を示すグラフである。
【図７】前記アクチュエータ装置の第２の動作例を示す説明図である。
【図８】実施例１である加圧板と振動吸収部材を示す斜視図である。
【図９】実施例２である加圧板を示す斜視図である。
【図１０】実施例２による駆動周波数特性を示すグラフである。
【図１１】実施例３であるベース板を示す斜視図である。
【図１２】前記アクチュエータ装置の曲げに対する保護機構を示す上方からの斜視図である。
【図１３】前記アクチュエータ装置の曲げに対する保護機構を示す下方からの斜視図である。
【図１４】前記アクチュエータ装置のストロークの制限機構を示す下方からの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係るアクチュエータ装置の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部材、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
（アクチュエータ装置の基本的構成、図１〜図７参照）
アクチュエータ装置は、図１、図２及び図３に示すように、ベース板１０と、加圧板１５と、平板状の圧電素子２０Ａ，２０Ｂと、該圧電素子２０Ａ，２０Ｂの間に挿入された補強板２５と、圧電素子２０Ａ，２０Ｂの一端部の表面に接合固定（貼着）された摩擦板３０Ａ，３０Ｂと、圧電素子２０Ｂの他端部裏面側に取り付けた重り４０と、ベース板１０と加圧板１５との間に介在されたスペーサ３６と、で構成されている。
【００１２】
圧電素子２０Ａ，２０Ｂは、帯状をなす単板の表裏面に電極を形成したもので、真鍮製の薄板材からなる補強板２５の表裏面に接着されている。補強板２５は電極としても機能し、その端部は圧電素子２０Ａ，２０Ｂの他端部から突出している。
【００１３】
加圧板１５はベース板１０に対して圧電素子２０Ａ，２０Ｂを間に挟んでビスやカシメ、溶接などで固定されている。即ち、圧電素子２０Ａ，２０Ｂはベース板１０と加圧板１５との間に摩擦板３０Ａ，３０Ｂを介して所定の弾性力で挟持されている。加圧板１５は、例えば、図示しないねじ部材を穴１５ａからスペーサ３６の穴３６ａを通じてベース板１０に螺着することにより固定されている。スペーサ３６の厚さは、圧電素子２０Ａ，２０Ｂの厚さ、補強板２５の厚さ、摩擦板３０Ａ，３０Ｂの厚さを加えた数値より若干薄くされている。
【００１４】
加圧板１５は、両側にスリット１６を形成して所定のばね定数を保持しており、そのばね性で圧電素子２０Ａ，２０Ｂを摩擦板３０Ａ，３０Ｂを介してベース板１０との間で弾性的に挟持している。即ち、加圧板１５は板ばねを構成している。圧電素子２０Ａ，２０Ｂに対する弾性的な圧接力はスペーサ３６の厚さによって調整される。
【００１５】
重り４０は、図４に示すように、角材で構成した構造体からなり、横木４１が圧電素子２０Ｂに接着されている。
【００１６】
圧電素子２０Ａ，２０Ｂは、その分極方向が補強板２５を挟んで互いに逆向きとされており、電圧印加方向と垂直方向に変位するｄ３１モードを利用してアクチュエータとして利用される。即ち、圧電素子２０Ａ，２０Ｂは分極方向に電界が作用すると、厚み方向に伸縮するとともに面方向にも伸縮する。厚み方向に伸びるときは面方向に縮み、厚み方向に縮むときは面方向に伸びる。
【００１７】
以上の構成からなるアクチュエータ装置の第１の動作例を概説すると、図５（Ａ）に示す通常状態から、低速充電すると圧電素子２０Ａ，２０Ｂは緩やかに収縮し、重り４０が摩擦板３０Ａ，３０Ｂに近づく（図５（Ｂ）参照）。次に、逆方向に急速充電すると圧電素子２０Ａ，２０Ｂは急速に伸長し、重り４０は自身の慣性で動くことはなく、摩擦板３０Ａ，３０Ｂがベース板１０と加圧板１５との間で滑りを生じる（図５（Ｃ）参照）。次に、低速充電すると圧電素子２０Ａ，２０Ｂは緩やかに収縮し、重り４０が摩擦板３０Ａ，３０Ｂに近づく（図５（Ｄ）参照）。以上の動作を繰り返すことにより、重り４０が図５中左方に移動することになる。なお、図５において、アクチュエータ装置は模式的に示されている。
【００１８】
圧電素子２０Ａ，２０Ｂを駆動するために印加する電圧は概略図６に示すとおりである。図６は圧電素子２０Ａ，２０Ｂの緩やかな収縮、急速な伸長のプロファイルを示してもいる。
【００１９】
即ち、前記アクチュエータ装置において、圧電素子２０Ａ，２０Ｂ、補強板２５、重り４０、摩擦板３０Ａ，３０Ｂが移動部であり、ベース板１０、加圧板１５、スペーサ３６が固定部である。
【００２０】
以上のごとく、前記アクチュエータ装置においては、圧電素子２０Ａ，２０Ｂのｄ３１モードでの動作によって、圧電素子２０Ａ，２０Ｂ及び重り４０が移動部となるコンパクトで薄型のアクチュエータ装置を得ることができる。特に、圧電素子２０Ａ，２０Ｂは摩擦板３０Ａ，３０Ｂを介してベース板１０及び加圧板１５と圧接しているため、摩擦板３０Ａ，３０Ｂによって圧電素子２０Ａ，２０Ｂが機械的に保護される。摩擦板３０Ａ，３０Ｂを薄くすることで、移動体を構成する質量が重り４０に集中することになり、重り４０の慣性効果を高め、駆動力を大きくしたり、駆動電圧を小さくすることができる。
【００２１】
また、加圧板１５及びベース板１０の主面の面積を摩擦板３０Ａ，３０Ｂの主面の面積よりも大きくすることにより、重り４０の移動量を大きくすることができる。さらに、加圧板１５は自身のばね性で摩擦板３０Ａ，３０Ｂを加圧しているため、別途弾性部材を必要とすることがなく、アクチュエータ装置がさらに小型化、低背化される。
【００２２】
また、圧電素子２０Ａ，２０Ｂは補強板２５に固着されているため、圧電素子２０Ａ，２０Ｂを薄くしても機械的強度を補強することができ、圧電素子２０Ａ，２０Ｂの割れを未然に防止できる。２枚の圧電素子２０Ａ，２０Ｂを補強板２５の表裏面に固着し、それぞれの分極方向が補強板２５を挟んで互いに逆向きであるため、２枚の圧電素子２０Ａ，２０Ｂに並行して電圧を印加することにより、駆動電圧を低減できる。
【００２３】
さらに、ベース板１０及び／又は加圧板１５の表面であって摩擦板３０Ａ，３０Ｂが圧接する面には硬化処理及び／又は潤滑処理を施すことにより、滑らかな移動を実現でき、耐久性が向上する。さらに、摩擦板３０Ａ，３０Ｂが圧電素子２０Ａ，２０Ｂに接合固定されているので、圧電素子２０Ａ，２０Ｂの振動が摩擦板３０Ａ，３０Ｂに直接的に伝達され、ベース板１０との間で高速な駆動が可能になる。
【００２４】
前記アクチュエータ装置では、重り４０を設けてこの重り４０を移動部として構成したが、重り４０を固定部とし、ベース板１０、スペーサ３６や加圧板１５を移動部として構成してもよい。この場合を第２の動作例として図７に示す。なお、図７において、アクチュエータ装置は模式的に示されている。
【００２５】
即ち、その移動形態は、図７（Ａ）に示す通常状態から、低速充電すると圧電素子２０Ａ，２０Ｂは緩やかに収縮し、ベース板１０及び加圧板１５が固定部（重り４０）に近づく（図７（Ｂ）参照）。次に、逆方向に急速充電すると圧電素子２０Ａ，２０Ｂは急速に伸長し、ベース板１０及び加圧板１５は自身の慣性で動くことはなく、摩擦板３０Ａ，３０Ｂがベース板１０と加圧板１５との間で滑りを生じる（図７（Ｃ）参照）。次に、低速充電すると圧電素子２０Ａ，２０Ｂは緩やかに収縮し、ベース板１０及び加圧板１５が固定部（重り４０）に近づく（図７（Ｄ）参照）。以上の動作を繰り返すことにより、ベース板１０及び加圧板１５が図７中右方に移動することになる。
【００２６】
なお、固定部（重り４０）は、例えば、電子機器の筺体（図示せず）そのものであってもよい。
【００２７】
（実施例１、図８参照）
実施例１は、図８に示すように、加圧板１５の表面に枠状の振動吸収部材１９を貼着したものである。振動吸収部材１９としては、樹脂、ゴムなどからなるシートを用いることができる。加圧板１５の４隅に粘土を取り付けてもよい。振動吸収部材１９によって加圧板１５に生じた振動を抑制し、アクチュエータとしての動作が安定化する。樹脂、ゴム、粘土などは、振動に対する機械的な内部損失が大きく、振動を簡単な構成で減衰させることができる。これにて、ベース板１０と加圧板１５とで摩擦板３０Ａ，３０Ｂを適切な圧力での挟着を常時維持することができる。
【００２８】
なお、図示しないが、ベース板１０に振動吸収部材を貼着してもよい。
【００２９】
（実施例２、図９参照）
実施例２は、図９に示すように、加圧板１５の四つの側部に複数の突起１７ａ，１７ｂ，１７ｃを形成したものである。突起１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、圧電素子２０Ａ，２０Ｂの駆動周波数と同じ又はその整数倍の固有振動数を有している。これにて、駆動時に加圧板１５の振動が抑制され、摩擦板３０Ａ，３０Ｂを適切な圧力で保持でき、アクチュエータとしての動作が安定化する。
【００３０】
具体的には、突起１７ａの矢印ａ方向への曲げ振動数は駆動周波数に等しく、突起１７ｃの矢印ｂ方向への曲げ振動数は駆動周波数に等しく設定されている。突起１７ｂの矢印ｃ方向への曲げ振動数は駆動周波数の２倍、突起１７ｃの矢印ｄ方向への曲げ振動数は駆動周波数の２倍に設定されている。圧電素子２０Ａ，２０Ｂへの駆動波形は図６に示したようにノコギリ波形である。図９に示した加圧板１５によって、ノコギリ波形によって加圧板１５に発生する振動のうち、基本波と２倍波によって励起される振動を優先的に減衰させることができる。
【００３１】
図９に示した加圧板１５による振動抑制効果を図１０に示す。図１０は、横軸に駆動周波数、縦軸に移動速度を示している。点線で示す特性Ａは、突起１７ａ，１７ｂ，１７ｃが形成されていない加圧板を用いた場合の移動速度であり、速度３０ｍｍ／ｓを維持できる駆動周波数は約３２ｋＨｚから約３５ｋＨｚの範囲である。これに対して、突起１７ａ，１７ｂ，１７ｃを形成した加圧板１５を用いた場合、速度３０ｍｍ／ｓを維持できる駆動周波数の範囲は約３６．２ｋＨｚまで拡大している。
【００３２】
（実施例３、図１１参照）
実施例３は、図１１に示すように、ベース板１０に複数の突起１１ａ，１１ｂを形成したものである。突起１１ａ，１１ｂは、圧電素子２０Ａ，２０Ｂの駆動周波数と同じ又はその整数倍の固有振動数を有している。具体的には、突起１１ａの矢印ｅ方向への曲げ振動数は駆動周波数に等しく、突起１１ｂの矢印ｆ方向への曲げ振動数は駆動周波数の２倍に設定されている。その作用効果は前記実施例２と同様である。
【００３３】
（曲げに対する保護機構、図１２及び図１３参照）
ところで、前記アクチュエータ装置に対しては、使用中や組立て時に厚み方向の曲げ力Ｍ１，Ｍ２（図１２及び図１３参照）が加わり、圧電素子２０Ａ，２０Ｂが割れたりすることがある。
【００３４】
そこで、本実施例では、圧電素子２０Ａ，２０Ｂを重り（構造体）４０の水平アーム部４２の間に配置している（図２参照）。従って、曲げ力Ｍ１が加わった場合、図１２に示すように、圧電素子２０Ａ，２０Ｂが割れる前に、加圧板１５の端部１５ｂが重り（構造体）４０の水平アーム部４２の底面に接触する。これにて、圧電素子２０Ａ，２０Ｂにそれ以上の曲げ力が加わらず、割れるおそれはない。
【００３５】
また、図１３に示すベース板１０の角部１０ｂを水平アーム部４２の窪み４２ａ（図４をも参照、図４及び図１３にて手前側の窪みは図示されず）に配置している。従って、曲げ力Ｍ２が加わった場合、圧電素子２０Ａ，２０Ｂが割れる前に、ベース板１０の角部１０ｂが水平アーム部４２の窪み４２ａに接触する。これにて、圧電素子２０Ａ，２０Ｂにそれ以上の曲げ力が加わらず、割れるおそれはない。
【００３６】
（ストロークの制限機構、図１４参照）
さらに、本実施例では、動作ストロークを制限するため、ストロークの最小位置及び最大位置において、ベース板１０と重り（構造体）４０が互いに接触するように構成されている。アクチュエータが最も収縮した場合、図１４に示すように、水平アーム部４２の端部４２ｂがベース板１０の角部１０ｃに接触し、それ以上のストロークが制限される。一方、アクチュエータが最も伸長した場合、ベース板１０の突部１０ｄが水平アーム部４２の突部４２ｃに接触し、それ以上のストロークが制限される。
【００３７】
（他の実施例）
なお、本発明に係るアクチュエータ装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００３８】
特に、アクチュエータ装置としての基本的形態は図１に示したもの以外に種々の形態を採用することができる。例えば、３枚の圧電素子を２枚の補強板を介在させて積層したもので、それぞれの分極方向を補強板を挟んで互いに逆向きにしたものであってもよい。また、圧電素子は１枚であってもよく、この場合には２枚の補強板を圧電素子の表裏面に固着して、補強を行ってもよい。あるいは、他の動作モード（例えば、ｄ３３モード）で動作する圧電素子を使用することもできる。特に、スペーサ３６の形状は任意である。さらに、圧電素子の駆動回路の構成、印加電圧の形態、重りの取付け形態などは任意である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明は、アクチュエータ装置に有用であり、特に、安定した動作を確保できる点で優れている。
【符号の説明】
【００４０】
１０…ベース板
１１ａ，１１ｂ…突起
１５…加圧板
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ…突起
１９…振動吸収部材
２０Ａ，２０Ｂ…圧電素子
３０Ａ，３０Ｂ…摩擦板
４０…重り（構造体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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