JP2005312230A - ロール型電気機械変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイグレーションの影響を受けない構成を簡単且つ安価に実現するロール型電気機械変換素子を提供する。
【解決手段】 圧電性を有するシート基材１２と、シート基材の表面及び裏面に設けられた第一電極及び第二電極と、第一電極及び第二電極に隣接して設けられて電極の存在しない第一非電極部２２及び第二非電極部３２と、を備え、シート基材をロール状に巻き回すことによりロール体が形成され、第一電極及び第二電極のそれぞれが、シート基材に対して電圧を印加する第一印加電極２１及び第二印加電極３１と、第一給電部材及び第二給電部材が電気的に接続される第一接続電極３５及び第二接続電極２５とから構成され、第一印加電極及び第二印加電極がシート基材によって覆い隠されているとともに、第一接続電極及び第二接続電極がロール体の最外周面に出現しないように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロール型電気機械変換素子及び当該素子を含む駆動装置に関する。本発明は、詳細には、圧電性シート基材を挟んでその表面及び裏面に一対の電極が設けられたものをロール状に巻き回して構成されたロール型電気機械変換素子及び当該素子を含む駆動装置に関する。

電気機械変換素子すなわち圧電素子を使用した駆動装置は、供給される電気エネルギを駆動力に変換する電気機械変換の効率が高く、小型軽量でありながら発生する駆動力が大きく、また、その駆動力の制御が容易であるために、カメラ、計測機器、その他の精密機械の被駆動部材の駆動や位置決めに利用されている。

このような駆動装置において使用される電気機械変換素子は、様々なタイプのものがある。例えば、圧電性シートを複数枚積層して構成したものや、一方の面に電極が形成された２枚の圧電性シートを中空筒状に巻き回して構成したものがある。さらに、図１に示すように、その表面及び裏面に対向した一対の電極１２１，１３１の形成された一枚物の圧電性シート１１２を巻取治具１１１でロール状に巻き回して構成した電気機械変換素子１００がある（特許文献１参照。）。

積層構造のものは、積層体を接着することや各積層体上の電極を結線すること等の繁雑な作業を必要とするので、製造コストが高い。

圧電性シートをロール状に巻き回して構成されたロール型電気機械変換素子は、コスト的に有利であるが、以下のような問題を有している。

一対の電極１２１，１３１は、圧電性シート１１２のおおよそ全面に形成されている。圧電性シート１１２上に形成された電極１２１，１３１の大部分の領域は、圧電性シート１１２に対して電圧を印加する印加電極として使用されている。電極１２１，１３１の印加電極以外の狭小領域は、外部の駆動回路からの駆動電気信号が、リード線等の導電性部材１５６を介して伝えられる接続電極として使用されている。

外部からの駆動電気信号を受け入れるために、各接続電極はロール体の最外周上に露出している。また、印加電極においても、最外周に位置する部分が露出している。その結果、これらの露出している電極部分がいわゆるマイグレーションの影響を受けやすくなっている。

圧電性シート１１２に形成される電極１２１，１３１の材料として、一般的に、銀−パラジウム系のものが使用される。高温高湿環境下では、圧電性シート上に形成された銀−パラジウムの電極が樹枝状に延伸して圧電性シート１１２中を突き抜けるために、対向する一対の電極１２１，１３１が短絡するということが知られている。

このことを防止するために、露出した電極部分に防湿層を形成することがディッピングや塗装等によって行われている。この場合、防湿層を不要とする部分（例えば、上下の端面や接続電極）に対しては、マスク部材で覆うか又は防湿層の形成後に取り除くことが行われている。しかしながら、このような防湿層を設けることによって、防湿層の形成及び除去に係るコストが必要であること、新たな工程を追加することによって生産性が低下すること等の問題がある。

特開２００１−０４４５２５号公報

したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、いわゆるマイグレーションの影響を受けない構成を簡単且つ安価に実現するロール型電気機械変換素子を提供することである。

課題を解決するための手段および作用・効果

上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、以下のロール型電気機械変換素子が提供される。

すなわち、本発明に係るロール型電気機械変換素子は、圧電性を有するシート基材と、シート基材の表面及び裏面にそれぞれ設けられた第一電極及び第二電極と、第一電極及び第二電極に隣接して設けられて電極の存在しない第一非電極部及び第二非電極部と、を備え、シート基材をロール状に巻き回すことによりロール体が形成され、第一電極及び第二電極のそれぞれが、シート基材に対して電圧を印加する第一印加電極及び第二印加電極と、第一給電部材及び第二給電部材が電気的に接続される第一接続電極及び第二接続電極とから構成され、第一印加電極及び第二印加電極がシート基材によって覆い隠されているとともに、第一接続電極及び第二接続電極がロール体の最外周面に出現しないように構成されていることを特徴としている。

上記ロール型電気機械変換素子において、第一接続電極及び第二接続電極が少なくともロール体の最外周面に出現しないように構成されている。つまり、第一印加電極及び第二印加電極がシート基材によって覆い隠されているので、第一印加電極及び第二印加電極が外界の影響を受けることはない。さらに、第一接続電極及び第二接続電極も、静止部材や駆動部材等の結合対象物に対して接着・結合するための接着・結合部材等によって覆い隠されているので、第一接続電極及び第二接続電極が外界の影響を受けることはない。したがって、新たに防湿層を形成しなくても、いわゆるマイグレーションの影響を受けることがない。

ロール体は、表面に電極が形成された２枚の圧電性シートを中空筒状に巻き回して作成されることも可能であるが、好ましくは、一枚のシート基材の長手方向の略中央部で２つ折りにしたものをロール状に巻き回すことによって作成される。

上記構成によれば、一枚のシート基材の表面及び裏面上に電極が密着して形成されている。したがって、シート基材と電極との間で電気的なロスが発生しないので、圧電素子の電気機械変換効率が優れている。

第一接続電極及び第二接続電極が、ロール体の両端面上にそれぞれ配設された構成とすることができる。

第一接続電極及び第二接続電極が、ロール体の両端面上にそれぞれ露出して配設されている。しかしながら、静止部材や駆動部材等の結合対象物が、接着・結合部材等を介して、ロール体の両端面に対して接着・結合された形で、電気機械変換素子が使用される。その結果、第一接続電極及び第二接続電極が、接着・結合部材等によって覆い隠された状態になる。したがって、第一接続電極及び第二接続電極が外界の影響を受けることはない。

また、第一接続電極及び第二接続電極がロール体の外周面側にそれぞれ配設された構成とすることができる。

すなわち、貫通した第一開口部及び第二開口部が前記第一非電極部及び第二非電極部にそれぞれ形成されており、第二接続電極及び第一接続電極が第一開口部及び第二開口部からそれぞれ出現しており、第一給電部材及び第二給電部材が、結合部材を介して第一接続電極及び第二接続電極に対して電気的に接続されており、当該第一接続電極及び第二接続電極が、結合部材及び給電部材によって覆われている。

上記構成によれば、第二接続電極及び第一接続電極が第一開口部及び第二開口部からそれぞれ露出しているが、結合部材及び給電部材によって覆われている。したがって、第一接続電極及び第二接続電極が外界の影響を受けることはない。また、各開口部から接続電極が露出しているので、給電部材の電気的な接続が容易である。

第一開口部及び第二開口部は、ロール体の厚みに対して対向配置することもできるが、好ましくは、軸長手方向に並設されている。

上記構成によれば、開口部が一列に配列しているので、給電部材の電気的な接続が容易である。

上述したロール型電気機械変換素子は、電気械変換素子の基端面に対して第一端面結合部を介して接着結合されて電気機械変換素子を静的に支持する静止部材と、電気械変換素子の末端面に対して第二端面結合部を介して接着結合されて移動部材との摩擦係合によって電気機械変換素子の伸縮方向に移動部材を駆動する駆動部材と、を備える駆動装置に使用される。

ロール型電気機械変換素子において、第一接続電極及び第二接続電極が、ロール体の両端面上にそれぞれ配設されており、第一接続電極及び第二接続電極に対して給電部材が電気的に接続されている。

給電部材は、第一接続電極又は第二接続電極に対してそれぞれ当接される導電性の静止部材又は駆動部材とすることができる。

上述したように、第一接続電極及び第二接続電極が、ロール体の両端面上にすなわち上端面及び下端面上にそれぞれ露出している。この露出した第一接続電極及び第二接続電極に対して導電性の静止部材又は駆動部材を当接することによって、接続電極と結合対象物との間で電気的な接続を得ることができる。そして、結合対象物である静止部材及び駆動部材を給電部材として使用することができる。

給電部材は、ロール型電気機械変換素子と静止部材又は駆動部材とを接着結合する導電性接着剤と、ロール型電気機械変換素子と静止部材又は駆動部材との間に介在する導電性部材と、を少なくとも含むものとすることができる。

上記構成によれば、露出した第一接続電極及び第二接続電極に対して導電性接着剤及び導電性部材が電気的に接続されている。導電性部材に所定の駆動パルスを印加することによって、駆動装置を駆動することができる。

以下に、本発明の第一実施形態に係るロール型電気機械変換素子１０及び当該素子を用いた駆動装置１について、図２、７、８、９、１０及び１１を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明に係るロール型電気機械変換素子１０及び駆動装置１は、カメラでのレンズ保持枠の駆動機構に適用されたり、各種精密機器における移動部材の駆動や位置決めにも適用可能である。

図２は、本発明の第一実施形態に係るロール型電気機械変換素子１０を説明する図である。

ロール型の電気機械変換素子１０は、ロール形状をしており、圧電性シート基材１２が巻取治具でロール状に巻き回されることによって作成される。圧電性シート基材１２としては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛すなわちPZT（PbZrO₃・PbTiO₃）を主成分としたピエゾセラミックスが使用される。

セラミックス系の電気機械変換素子１０の場合、圧電性シート基材１２として、グリーンシートと呼ばれる柔軟性のあるシートが使用される。すなわち、圧電性セラミックス粉体を溶剤、分散剤、バインダ、可塑剤等と混合し、ドクターブレード等を使用して均一な平面に作成して一定の厚さ、例えば２０〜１００μｍの厚さにしたあと乾燥することによって、グリーンシートが得られる。

次に、このグリーンシートの表面及び裏面に、スクリーン印刷等の手段で、ペースト状の電極材料、例えば白金（Ｐｔ）系、銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）系の電極材料を適当な樹脂バインダでペースト状にした電極材料を、３〜７μｍの厚さに印刷する（焼成後は樹脂バインダが酸化飛散して１〜３μｍ程度になる）。例えば、後述する図２乃至５に示された電極パターンが使用される。

表面・裏面の両方に電極パターンが印刷されたグリーンシートは、折り返し線１４を基準にして、長手方向の略中央部で２つ折りに折り重ねられる。折り返し線１４は、丁度中央の位置よりも若干後縁１８の側にずれた位置にある。この折り返し部分１４を内側にしてロール状に巻き上げることによって、ロール体１３が作成される。

ロール体１３を所定の温度条件で焼成することによって、ロール状に焼成された電気機械変換素子１０が得られる。焼成条件としては、例えば、５時間程度かけて５００℃まで徐々に昇温し、５００℃で一定時間保った後、最初から９時間後に１２００℃までゆっくりと昇温する。さらに、１２００℃で約０．３時間焼成したあと、６時間程度かけて常温まで冷却する。

焼成されたロール体１３は、分極処理によって圧電性が付与される。シートの厚み方向に対して、例えば、６０℃の環境において、対向する電極１２，１３の間に１．５ｋＶ／ｍｍの電圧が２０分間印加される。所定の駆動パルス電圧が一対の電極に印加されると、分極処理されたロール型電気機械変換素子１０は、軸長手方向に伸縮運動する。

図２の（Ｂ）に示すように、圧電性シート基材１２の表面において、大面積の第一印加電極２１が左下側部分に設けられている。電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材１２が現れている上方非電極部２４が、第一印加電極２１の上側に隣接して設けられている。電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材１２が現れている前方非電極部２２が、第一印加電極２１の右側に隣接して設けられている。

図２の（Ｃ）に示すように、圧電性シート基材１２の裏面において、大面積の第二印加電極３１が左上側部分に設けられている。電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材１２が現れている下方非電極部３４が、第二印加電極３１の下側に隣接して設けられている。電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材２１が現れている後方非電極部３２が、第二印加電極３１の右側に隣接して設けられている。

前方非電極部２２の幅ａは、圧電性シート基材１２をロール状に巻き回したロール体１３において第一印加電極２１が露出しないように決定される。同様に、後方非電極部３２の幅ｂは、圧電性シート基材１２をロール状に巻き回したロール体１３において第二印加電極３１が露出しないように決定される。すなわち、非電極部２２，３２の幅ａ及びｂは、いずれもロール状に巻き回したロール体１３の円周長さの半分以上である。つまり、巻き回されたロール体１３においては、非電極である前方非電極部２２及び後方非電極部３２が外周面上に露出するように構成されている。

圧電性シート基材１２は、折り畳み線１４で２つ折りにされる。２つ折りにされたシート基材１２は、幾重にも巻き回されてロール体１３となる。

図２の（Ｂ）に示されているように、圧電性シート基材１２の下縁において、第一印加電極２１の一部が露出している。図２の（Ａ）に示されたロール体１３の下縁においては、渦巻き状に露出した第一印加電極２１の一部分が、第二接続電極２５を構成している。

同様に、図２の（Ｃ）に示されているように、圧電性シート基材１２の上縁にも第二印加電極３１の一部が露出している。図２の（Ａ）に示されたロール体１３の上縁においては、渦巻き状に露出した第二印加電極の一部分が、第一接続電極３５を構成している。

このように、第一実施形態に係るロール型電気機械変換素子１０は、接続電極２５，３５がそれぞれロール体１３の両端面に配設されていることから、端面接続タイプのものと呼ぶことができる。

なお、下縁の第二接続電極２５及び上縁の第一接続電極３５は、それぞれ、ロール体１３の下端面及び上端面から露出しているが、圧電性シート基材１２だけをエッチング等の方法によって除去して第一接続電極３５及び第二接続電極２５をさらに突出させるようにすることもできる。

図２に示した両端面に接続電極２５，３５を有するロール型電気機械変換素子１０においては、第一印加電極２１及び第二印加電極３１が、シート状基材１２で覆い隠されている。ロール体１３の両端面に位置する接続電極２５，３５は、後述するように、駆動装置１に組み込まれて使用されるときには接着剤で覆い隠される。したがって、全ての電極が覆い隠された状態になるために、新たに防湿層を形成しなくても、いわゆるマイグレーションを防ぐことができる。

次に、図７を参照しながら、上述したロール型電気機械変換素子１０を含む駆動装置１について説明する。

駆動装置１は、不図示のシャーシに固定されており、基部側から末端側に向けて順に、静止部材５０と電気機械変換素子１０と駆動部材５２とを備えている。

シャーシに固定された静止部材５０は、基端側に位置しており、電気機械変換素子１０の静止位置の位置決めに使用される。静止部材５０は、円柱形状又は角柱形状をしており、絶縁性材料や導電性材料等の様々な材料から構成することができる。

駆動部材５２は、末端側に位置しており、電気機械変換素子１０から伝達される伸縮運動に従って移動部材６０を軸長手方向に移動させるための部材である。駆動部材５２は、円柱形状又は角柱形状をしており、絶縁性材料や導電性材料等の様々な材料から構成することができる。

移動部材６０は、移動部材６０に取付けられた移動対象物（例えば、レンズ保持枠）を移動させるブロック状の部材である。駆動部材５２が移動部材６０に対して移動可能な状態で挿通されている。すなわち、移動部材４０の上部には切欠部が形成され、切欠部においては駆動部材５２の上半分が露出している。切欠部には、駆動部材５２の上面部に当接する圧接パッド６２が嵌挿されている。圧接パッド６２によって、下向きの（駆動部材５２に向かう）弾性付勢力が与えられている。このような構成によって、圧接パッド６２を含む移動部材６０は、駆動部材５２に対して圧接されているとともに摩擦係合している。

結合対象物（静止部材５０と電気機械変換素子１０と駆動部材５２）に係る各種接着結合には、結合対象物に最適な接着剤が使用される。主として、有機系の接着剤が使用されるが、無機系の接着剤も使用可能である。有機系の接着剤としては、エポキシ系、ウレタン系、シアノアクリレート系等の各種接着剤が使用可能である。

静止部材５０の末端面と電気機械変換素子１０の基端面との間、及び電気機械変換素子１０の末端面と駆動部材５２の基端面との間は、それぞれ、有機系接着剤によって接着固定されている。

上述したように、ロール型電気機械変換素子１０の両端面に接続電極２５，３５が形成されているので、電気機械変換素子１０への給電は、図１０又は図１１に示した方法で行われる。

図１０は、結合対象物である静止部材５０及び駆動部材５２に給電する方法を示している。静止部材５０及び駆動部材５２として、金属や導電性プラスチックや導電性ゴム等の各種導電性部材が使用されて、導電性の結合対象物が電気機械変換素子１０の両端面の接続電極２５，３５に対して当接されている。接続電極２５，３５と導電性の結合対象物とが圧接結合される部分に接着剤が回り込まないようにして、結合対象物５０，５２と電気機械変換素子１０との間が導電性又は非導電性の接着剤で接着固定される。一対の給電用リード線５６は、静止部材５０及び駆動部材５２を介して接続電極２５，３５に対してそれぞれ電気的に接続されている。第一印加電極２１及び第二印加電極３１が、シート状基材１２で覆い隠されているとともに、第一接続電極３５及び第二接続電極２５が、接着剤で覆い隠されている。したがって、全ての電極が覆い隠されているので、新たに防湿層を形成しなくても、いわゆるマイグレーションの影響を受けることはない。

図１１は、導電性接着剤５４に給電する方法を示している。静止部材５０及び駆動部材５２を電気機械変換素子１０に接着結合させる接着結合部材として、導電性接着剤５４が使用されている。導電性接着剤５４が硬化する前に、給電用リード線５６を導電性接着剤５４の中に埋め込んでおくことによって、一対の給電用リード線５６は、導電性接着剤５４を介して接続電極２５，３５に対してそれぞれ電気的に接続される。第一印加電極２１及び第二印加電極３１が、シート状基材１２で覆い隠されているとともに、第一接続電極３５及び第二接続電極２５が、導電性接着剤５４で覆い隠されている。したがって、全ての電極がシート状基材や接着結合部材で覆い隠されて表面に露出することがないので、新たに防湿層を形成しなくても、いわゆるマイグレーションの影響を受けることはない。

給電部材５６としては、上記給電用リード線に加えて、金属薄片や導電性樹脂や導電性ゴムやこれらの導電性部材を備えたフレキシブル基板等も使用可能である。

次に、図９に示した鋸歯状駆動パルス電圧７１が電気機械変換素子１０に印加されたときに、駆動装置がどのような挙動をするかについて説明する。

一対の給電用リード線５６に対して、図９に示した数１０ｋＨｚの鋸歯状駆動パルス電圧７１が印加される。駆動回路７０から出力された鋸歯状駆動パルス電圧７１は、緩やかな立上がり部７２と急峻な立下がり部７４とを備えている。

図８の（Ａ）に示した電気機械変換素子１０は、収縮した静止状態にある。収縮した静止状態にある電気機械変換素子１０に対して、緩やかな立上がり部７２のパルスが印加される。そのとき、電気機械変換素子１０が軸長手方向にゆっくりと伸長するために、図８の（Ｂ）のように、電気機械変換素子１０の伸長に追従して駆動部材５２及び移動部材６０が末端側に移動する。そのあと、急峻な立下がり部７４のパルスが印加されると、電気機械変換素子１０が軸長手方向に素早く収縮して、駆動部材５２も基端側に素早く移動する。このとき、移動部材６０に慣性力が働くために、この慣性力が摩擦係合力よりも勝っている場合には、図８の（Ｃ）のように、移動部材６０が滑って移動部材６０が末端側に取り残されてしまう。すなわち、電気機械変換素子１０と駆動部材５２とは元の位置に戻るが、移動部材６０は末端側に若干移動している。したがって、図９に示した鋸歯状駆動パルス電圧７１を電気機械変換素子１０に繰り返し印加することによって、移動部材６０が末端側に移動する。

次に、本発明の第二実施形態に係るロール型電気機械変換素子１０について、図３を参照しながら詳細に説明する。なお、第二実施形態のロール型電気機械変換素子１０は、上述した第一実施形態のものと大略同じであるので、両者の相違点を中心に説明する。

第二実施形態に係る電気機械変換素子１０は、接続電極２５，３５がロール体１３の周面に配設されていることから、周面接続タイプのものと呼ぶことができる。

図３の（Ｂ）に示すように、圧電性シート基材１２の表面において、第一印加電極２１が左側（後縁１８の側）に大面積で設けられている。圧電性シート基材１２の後縁１８の中央部には、部分的に切り欠かれた後方開口部１９が設けられている。電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材１２が現れている前方非電極部２２が、右側（前縁１６の側）に設けられている。圧電性シート基材１２の前縁１６の中央部には、部分的に切り欠かれた前方開口部１７が設けられている。

図３の（Ｃ）に示すように、圧電性シート基材１２の裏面において、第二印加電極３１が左側（前縁１６の側）に大面積で設けられている。圧電性シート基材１２の前縁１６の中央部には、部分的に切り欠かれた前方開口部１７が設けられている。電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材１２が現れている後方非電極部３２が右側（後縁１８の側）に設けられている。圧電性シート基材１２の後縁１８の中央部には、部分的に切り欠かれた後方開口部１９が設けられている。

前方非電極部２２の幅ａは、圧電性シート基材１２をロール状に巻き回したロール体１３において第一印加電極２１が露出しないように決定される。同様に、後方非電極部３２の幅ｂは、圧電性シート基材１２をロール状に巻き回したロール体１３において第二印加電極３１が露出しないように決定される。すなわち、非電極部２２，３２の幅ａ及びｂは、いずれもロール状に巻き回したロール体１３の円周長さの半分以上である。つまり、巻き回されたロール体１３においては、非電極である前方非電極部２２及び後方非電極部３２が露出するように構成されている。

図３の（Ｂ）に示されているように、第一印加電極２１の側にあって第一印加電極２１と前方非電極部２２との境界部分に、小面積の第一接続電極３５が設けられている。この第一接続電極３５は、前方開口部１７に対応している。第一電極は、第一印加電極２１と第一接続電極３５とから構成されている。

同様に、図３の（C）に示されているように、第二印加電極３１の側にあって第二印加電極３１と後方非電極部３２との境界部分に、小面積の第二接続電極２５が設けられている。この第二接続電極２５は、後方開口部１９に対応している。第二電極は、第二印加電極３１と第二接続電極２５とから構成されている。

圧電性シート基材１２は、長手方向の略中央部よりも若干後縁１８側に形成された折り畳み線１４を基準にして２つ折りにされる。２つ折りにされたシート基材１２は、幾重にも巻き回されてロール体１３となる。

ロール状に巻き回された電気機械変換素子１０では、図３の（Ａ）に示されているように、第一接続電極３５が前方開口部１７から露出している。不図示であるが、第二接続電極２５が、前方開口部１７に対向配置された後方開口部１９から露出している。

第一接続電極３５及び第二接続電極２５に対して、接着結合部材を介して給電部材が接着結合される。接着結合部材としては、半田や導電性接着剤が使用される。給電部材としては、給電用リード線が使用されるが、金属薄片や導電性樹脂や導電性ゴムやこれらの導電性部材を備えたフレキシブル基板等も使用可能である。

第一印加電極２１及び第二印加電極３１が、シート状基材１２で覆い隠されているとともに、第一接続電極３５及び第二接続電極２５が、接着結合部材や給電部材で覆い隠されている。したがって、全ての電極がシート状基材や接着結合部材や給電部材で覆い隠されて表面に露出することがないので、新たに防湿層を形成しなくても、いわゆるマイグレーションの影響を受けることはない。

次に、本発明の第三実施形態に係るロール型電気機械変換素子１０について、図４を参照しながら詳細に説明する。なお、第三実施形態のロール型電気機械変換素子１０は、いわゆる周面接続タイプのものであって、上述した第二実施形態のものと大略同じであるので、両者の相違点を中心に説明する。

図４の（Ｂ）に示すように、圧電性シート基材１２の表面において、大面積の第一印加電極２１が左側（後縁１８の側）に設けられている。圧電性シート基材１２の後縁１８の中央部には、略円形に打ち抜かれて貫通した後方開口部１９が設けられている。電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材１２が現れている前方非電極部２２が右側（前縁１６の側）に設けられている。圧電性シート基材１２の前縁１６の中央部には、略円形に打ち抜かれた前方開口部１７が設けられている。

図４の（Ｃ）に示すように、圧電性シート基材１２の裏面において、大面積の第二印加電極３１が左側（前縁１６の側）に設けられている。圧電性シート基材１２の前縁１６の中央部には、略円形に打ち抜かれて貫通した前方開口部１７が設けられている。電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材１２が現れている後方非電極部３２が右側（後縁１８の側）に設けられている。圧電性シート基材１２の後縁１８の中央部には、略円形に打ち抜かれた後方開口部１９が設けられている。

前方非電極部２２の幅ａは、圧電性シート基材１２をロール状に巻き回したロール体１３において第一印加電極２１が露出しないように決定される。同様に、後方非電極部３２の幅ｂは、圧電性シート基材１２をロール状に巻き回したロール体１３において第二印加電極３１が露出しないように決定される。すなわち、非電極部２２，３２の幅ａ及びｂは、いずれもロール状に巻き回したロール体１３の円周長さの半分以上である。つまり、巻き回されたロール体１３においては、非電極である前方非電極部２２及び後方非電極部３２が露出するように構成されている。

図４の（Ｂ）に示されているように、第一印加電極２１の側にあって第一印加電極２１と前方非電極部２２との境界部分に、小面積の第一接続電極３５が設けられている。この第一接続電極３５は、前方開口部１７に対応している。第一電極は、第一印加電極２１と第一接続電極３５とから構成されている。

同様に、図４の（C）に示されているように、第二印加電極３１の側にあって第二印加電極３１と後方非電極部３２との境界部分に、小面積の第二接続電極２５が設けられている。この第二接続電極２５は、後方開口部１９に対応している。第二電極は、第二印加電極３１と第二接続電極２５とから構成されている。

圧電性シート基材１２は、長手方向の略中央部よりも若干後縁１８側に形成された折り畳み線１４を基準にして２つ折りにされる。２つ折りにされたシート基材１２は、幾重にも巻き回されてロール体１３となる。

ロール状に巻き回された電気機械変換素子１０では、図４の（Ａ）に示されているように、第二接続電極２５が後方開口部１９から露出している。不図示であるが、第一接続電極３５が、後方開口部１９に対向配置された前方開口部１７から露出している。

第一接続電極３５及び第二接続電極２５に対して、接着結合部材を介して給電部材が接着結合される。接着結合部材としては、半田や導電性接着剤が使用される。給電部材としては、給電用リード線が使用されるが、金属薄片や導電性樹脂や導電性ゴムやこれらの導電性部材を備えたフレキシブル基板等も使用可能である。

第一印加電極２１及び第二印加電極３１が、シート状基材１２で覆い隠されているとともに、第一接続電極３５及び第二接続電極２５が、接着結合部材や給電部材で覆い隠されている。したがって、全ての電極がシート状基材や接着結合部材や給電部材で覆い隠されて表面に露出することがないので、新たに防湿層を形成しなくても、いわゆるマイグレーションの影響を受けることはない。

次に、本発明の第四実施形態に係るロール型電気機械変換素子１０について、図５及び６を参照しながら詳細に説明する。なお、第四実施形態のロール型電気機械変換素子１０も、いわゆる周面接続タイプのものであって、上述した第二実施形態のものと大略同じであるので、両者の相違点を中心に説明する。

図５の（Ｂ）に示すように、圧電性シート基材１２の表面において、大面積の第一印加電極２１が左側（後縁１８の側）に設けられている。圧電性シート基材１２の後縁１８の上部には、部分的に切り欠かかれた後方開口部１９が設けられている。後方開口部１９を囲繞するように、電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材１２が現れている重複非電極部２３が、略コの字状に設けられている。これは、圧電性シート基材１２を折り曲げて重ね合わせてロール体とするときに、圧電性シート基材１２の縁部分に存する第一印加電極２１と第二印加電極３１との間で短絡してしまうことを防止するためのものである。電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材１２が現れている前方非電極部２２が右側（前縁１６の側）に設けられている。圧電性シート基材１２の前縁１６の上部及び下部には、部分的に切り欠かかれた前方上開口部１７ａ及び前方下開口部１７ｂが設けられている。

図５の（Ｃ）に示すように、圧電性シート基材１２の裏面において、大面積の第二印加電極３１が左側（前縁１６の側）に設けられている。圧電性シート基材１２の前縁１６の上部及び下部には、部分的に切り欠かかれた前方上開口部１７ａ及び前方下開口部１７ｂが設けられている。つまり、前方上開口部１７ａ及び前方下開口部１７ｂが、ロール体１３の軸長手方向に並列配置されている。電極が形成されていない部分であって圧電性シート基材１２が現れている後方非電極部３２が右側（後縁１８の側）に設けられている。圧電性シート基材１２の後縁１８の上部には、部分的に切り欠かかれた後方開口部１９が設けられている。

前方非電極部２２の幅ａは、圧電性シート基材１２をロール状に巻き回したロール体１３において第一印加電極２１が露出しないように決定される。同様に、後方非電極部３２の幅ｂは、圧電性シート基材１２をロール状に巻き回したロール体１３において第二印加電極３１が露出しないように決定される。すなわち、非電極部２２，３２の幅ａ及びｂは、いずれもロール状に巻き回したロール体１３の円周長さの半分以上である。つまり、巻き回されたロール体１３においては、非電極である前方非電極部２２及び後方非電極部３２が露出するように構成されている。

図５の（Ｂ）に示されているように、第一印加電極２１の側の上部にあって第一印加電極２１と前方非電極部２２との境界部分に、小面積の第一接続電極３５が設けられている。この第一接続電極３５は、前方上開口部１７ａ及び後方開口部１９に対応している。第一電極は、第一印加電極２１と第一接続電極３５とから構成されている。

同様に、図５の（C）に示されているように、第二印加電極３１の側の下部にあって第二印加電極３１と後方非電極部３２との境界部分に、小面積の第二接続電極２５が設けられている。この第二接続電極２５は、前方下開口部１７ｂに対応している。第二電極は、第二印加電極３１と第二接続電極２５とから構成されている。

圧電性シート基材１２は、長手方向の略中央部よりも若干前縁１６側に形成された折り畳み線１４を基準にして２つ折りにされる。２つ折りにされたシート基材１２は、幾重にも巻き回されてロール体１３となる。

ロール状に巻き回された電気機械変換素子１０では、図５の（Ａ）に示されているように、第二接続電極２５が前方下開口部１７ｂから露出している。第一接続電極３５が、前方下開口部１７ｂに対して軸長手方向に並列配置された前方上開口部１７ａ及び後方開口部１９から露出している。

図６に示すように、露出している第一接続電極３５及び第二接続電極２５に対して、接着結合部材を介して給電アダプタ５７が接着結合される。接着結合部材としては、半田や導電性接着剤が使用される。給電アダプタ５７としては、図６のように、配線パターン５９が絶縁体５８に印刷されたフレキシブル基板が使用される。また、給電用のリード線も使用される。給電アダプタ５７を外周面に沿って配置することによって電気的接続を得ることができるために、接続電極２５，３５と給電アダプタ５７との接続が容易である。

第一印加電極２１及び第二印加電極３１が、シート状基材１２で覆い隠されているとともに、第一接続電極３５及び第二接続電極２５が、接着結合部材や給電アダプタ５７で覆い隠されている。したがって、全ての電極がシート状基材や接着結合部材や給電アダプタ５７で覆い隠されて表面に露出することがないので、新たに防湿層を形成しなくても、いわゆるマイグレーションの影響を受けることはない。

従来技術に係るロール型電気機械変換素子を説明する図である。（Ａ）はロール型電気機械変換素子の斜視図である。（Ｂ）はロール型電気機械変換素子の巻き回す様子を説明する図である。 本発明の第一実施形態に係るロール型電気機械変換素子を説明する図である。（Ａ）はロール型電気機械変換素子の斜視図である。（Ｂ）はロール型電気機械変換素子を展開したときの表面を示す図である。（Ｃ）はロール型電気機械変換素子を展開したときの裏面を示す図である。 本発明の第二実施形態に係るロール型電気機械変換素子を説明する図である。（Ａ）はロール型電気機械変換素子の斜視図である。（Ｂ）はロール型電気機械変換素子を展開したときの表面を示す図である。（Ｃ）はロール型電気機械変換素子を展開したときの裏面を示す図である。 本発明の第三実施形態に係るロール型電気機械変換素子を説明する図である。（Ａ）はロール型電気機械変換素子の斜視図である。（Ｂ）はロール型電気機械変換素子を展開したときの表面を示す図である。（Ｃ）はロール型電気機械変換素子を展開したときの裏面を示す図である。 本発明の第四実施形態に係るロール型電気機械変換素子を説明する図である。（Ａ）はロール型電気機械変換素子の斜視図である。（Ｂ）はロール型電気機械変換素子を展開したときの表面を示す図である。（Ｃ）はロール型電気機械変換素子を展開したときの裏面を示す図である。 図５に示したロール型電気機械変換素子に給電アダプタを電気的に接続する様子を説明する図である。 本発明に係るロール型電気機械変換素子が組み込まれた駆動装置の斜視図である。 図７に示した駆動装置の動きを説明する図である。（Ａ）は電気機械変換素子が収縮状態にあることを示している。（Ｂ）は電気機械変換素子が伸長した状態を示している。（Ｃ）は電気機械変換素子が伸長状態から素早く収縮状態に戻ったことを示している。 電気機械変換素子に印加される駆動電圧波形を示す図である。 電気機械変換素子への給電方法を説明する図である。 電気機械変換素子への他の給電方法を説明する図である。

符号の説明

１ 駆動装置
１０ 電気機械変換素子（圧電素子）
１２ シート状基材
１３ ロール体
１４ 折り畳み線
１６ 前縁
１７ 前方開口部（第一開口部）
１８ 後縁
１９ 後方開口部（第二開口部）
２１ 第一印加電極（第一電極）
２２ 前方非電極部（第一非電極部）
２３ 重複非電極部
２４ 上方非電極部（第一非電極部）
２５ 第二接続電極（第二電極）
３１ 第二印加電極（第二電極）
３２ 後方非電極部（第二非電極部）
３４ 下方非電極部（第二非電極部）
３５ 第一接続電極（第一電極）
５０ 静止部材
５２ 駆動部材
５４ 導電性接着剤
５６ 給電用リード線（給電部材）
５７ 給電アダプタ
５８ 絶縁体
５９ 配線パターン
６０ 移動部材
６２ 圧接パッド
７０ 駆動回路
７１ 鋸歯状駆動パルス電圧
７２ 立上がり部
７４ 立下がり部

Claims (9)

1. 圧電性を有するシート基材と、
   シート基材の表面及び裏面にそれぞれ設けられた第一電極及び第二電極と、
   第一電極及び第二電極に隣接して設けられて電極の存在しない第一非電極部及び第二非電極部と、を備え、
   シート基材をロール状に巻き回すことによりロール体が形成され、
   第一電極及び第二電極のそれぞれが、シート基材に対して電圧を印加する第一印加電極及び第二印加電極と、第一給電部材及び第二給電部材が電気的に接続される第一接続電極及び第二接続電極とから構成され、
   第一印加電極及び第二印加電極がシート基材によって覆い隠されているとともに、
   第一接続電極及び第二接続電極がロール体の最外周面に出現しないように構成されていることを特徴とする、ロール型電気機械変換素子。
2. 前記ロール体は、一枚のシート基材の長手方向の略中央部で２つ折りにしたものをロール状に巻き回すことによって作成されることを特徴とする、請求項１記載のロール型電気機械変換素子。
3. 前記第一接続電極及び第二接続電極が、ロール体の両端面上にそれぞれ配設されていることを特徴とする、請求項１記載のロール型電気機械変換素子。
4. 貫通した第一開口部及び第二開口部が第一非電極部及び第二非電極部にそれぞれ形成されており、第二接続電極及び第一接続電極が第一開口部及び第二開口部からそれぞれ出現しており、
   第一給電部材及び第二給電部材が、結合部材を介して第一接続電極及び第二接続電極に対して電気的に接続されており、第一接続電極及び第二接続電極が、結合部材及び給電部材によって覆われていることを特徴とする、請求項１記載のロール型電気機械変換素子。
5. 前記第一開口部及び第二開口部は、軸長手方向に並設されていることを特徴とする、請求項４記載のロール型電気機械変換素子。
6. 圧電性を有するシート基材と、
   シート基材の表面及び裏面にそれぞれ設けられた第一電極及び第二電極と、
   第一電極及び第二電極に隣接して設けられて電極の存在しない第一非電極部及び第二非電極部と、を備え、
   シート基材をロール状に巻き回すことによりロール体が形成され、
   第一電極及び第二電極のそれぞれが、シート基材に対して電圧を印加する第一印加電極及び第二印加電極と、第一給電部材及び第二給電部材が電気的に接続される第一接続電極及び第二接続電極とから構成され、
   第一印加電極及び第二印加電極がシート基材によって覆い隠されているとともに、
   第一接続電極及び第二接続電極がロール体の最外周面に出現しないように構成されているロール型電気機械変換素子と、
   電気械変換素子の基端面に対して第一端面結合部を介して接着結合されて電気機械変換素子を静的に支持する静止部材と、
   電気械変換素子の末端面に対して第二端面結合部を介して接着結合されて移動部材との摩擦係合によって電気機械変換素子の伸縮方向に移動部材を駆動する駆動部材と、
   を備えることを特徴とする駆動装置。
7. 前記ロール型電気機械変換素子において、第一接続電極及び第二接続電極が、ロール体の両端面上にそれぞれ配設されており、第一接続電極及び第二接続電極に対して給電部材が電気的に接続されていることを特徴とする、請求項６記載の駆動装置。
8. 前記給電部材は、第一接続電極又は第二接続電極に対してそれぞれ当接される導電性の静止部材又は駆動部材であることを特徴とする、請求項７記載の駆動装置。
9. 前記給電部材は、ロール型電気機械変換素子と静止部材又は駆動部材とを接着結合する導電性接着剤と、ロール型電気機械変換素子と静止部材又は駆動部材との間に介在する導電性部材とを少なくとも含むことを特徴とする、請求項７記載の駆動装置。
   

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