[发明专利]压电驱动元件和压电驱动装置

说明书

技术领域

本发明涉及压电驱动单元和压电驱动装置，更具体地，涉及在谐振频率及其附近使用的压电驱动元件和压电驱动装置。

背景技术

作为谐振致动器，以往已知具有如图7（A）所示的结构的谐振致动器。图7（A）所示的谐振致动器200具有在以方棒形状形成的压电陶瓷素体202的两端面设置有电极204a、204b的结构。上述谐振致动器200的构成为：在箭头a方向上极化，对于电极204a、204b施加交流电场，以谐振频率或其附近频率驱动，从而获得在与极化方向a相同方向的箭头b方向的纵向振动。通常将与交流电源210连接的导线208a、208b和电极204a、204b经由弹簧端子206a、206b连接，或者，将电极204a、204b直接与导线208a、208b连接，由此，对于电极204a、204b施加交流电场。

另外，国际公开第2008/090758号小册子（专利文献1）中其中考虑了上述弹簧端子206a、206b和导线208a、208b阻碍谐振致动器200的振动的问题，提出了如图7（B）所示的结构。在图7（B）所示的谐振致动器250中，公开了如下构成：将设置于方棒形状的压电陶瓷素体252的两端面的电极254a、254b利用引出导体258a、258b引出至上述压电陶瓷素体252的侧面的中间，并利用弹簧端子260a、260b按压连接电极256a、256b，从而抑制振动阻碍。

在这种谐振致动器中，振动方向的位移量通常被认为与压电常数d成比例。因此，作为谐振致动器用的陶瓷材料，一直以来，积极开展着以具有大的压电常数的Pb（Zr，Ti）O₃（钛酸锆酸铅（以下称为“PZT”））为原料（base）的压电材料的研究、开发。例如在高桥贞行著《压电材料の新展开》（压电材料的新展开），株式会社TIC，New Ceramic VOL.11，No.8（1988），p29-34（非专利文献1）中，记载有在压电驱动器等的功率器件中，由于利用了压电陶瓷的大振幅弹性振动，所以压电陶瓷具有大振幅特性。在该非专利文献1中报告了振动速度（＝振动振幅×频率）在理论上与施加电场E成比例变动，但是，在以谐振频率驱动PZT类压电陶瓷的情况下，当电场强度超过某一定水平时，振动速度会缓慢下降至理论值以下。

另外，在高桥贞行著《ハイパワー材料の评价》（高功率材料的评价），株式会社TIC，New Ceramic（1995），No.6，p17-21（非专利文献2）中，报告了在以谐振频率驱动PZT类压电陶瓷的情况下，当振动水平超过某一定值时，谐振频率fr、机械品质系数降低。另外，已知，在将以往的PZT类压电陶瓷用于谐振致动器的情况下，随着振动速度上升，谐振频率、机械品质系数降低。实际上，当对于PZT类压电陶瓷的谐振致动器施加0.05V、0.11V、0.14V、0.20V、0.26V、0.33V的交流电压，将驱动频率由谐振频率从上至下，再向上扫描时，如图7（C）所示，随着交流电场的振幅增加，表示最大振动速度的谐振频率移动至低频侧。并且，即使降低频率，振动速度也不会回到原来的状态，表现出滞后现象。

因此，需要设置用于追随谐振频率fr的变化的反馈电路。在压电驱动器等的领域中，由于要求高振动水平的高功率材料，所以报告有压电性的评价法、PZT类压电陶瓷的组成与振动水平特性等的高功率特性之间的关系。国际公开第2007/083475号小册子（专利文献2）中，为了解决上述问题，报告有基于这样一种陶瓷的谐振致动器，该陶瓷使振动速度∝（弹性常数）^1/2×压电常数×机械品质系数×电场，而且机械品质系数高，温度稳定性高，是通过使铋层状化合物取向而成的。

发明内容

发明所要解决的课题

然而，铋层状化合物由于压电特性低，所以存在这样一种问题，即，若对谐振致动器施加载荷，机械品质系数就被抑制得低，无法驱动。因此所希望的是，在具有比铋层状化合物更高的压电特性的压电陶瓷中，即使在加强交流电场的电场使压电驱动元件的振动速度增加时，也能够抑制谐振频率的变动，从而稳定地在谐振频率和谐振频率附近驱动。

在本发明的各种实施方式中，提供即使加强所施加的交流电场使压电驱动元件的振动速度增加，也能够抑制谐振频率的变动，并以谐振频率和谐振频率附近的频率稳定驱动的压电驱动元件和压电驱动装置。

用于解决课题的方法