JP5430367B2 - 塵埃除去装置および塵埃除去方法 - Google Patents
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Description
一方、現在各種デバイスに用いられている圧電素子には鉛を含有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT:PbZr1−xTixO3)他、鉛を多量に含有する圧電材料が多く用いられている。しかしながら、PZTのような鉛を多量に含有する圧電素子は一旦廃却され酸性雨を浴びたりする場合、圧電材料中の鉛成分が土壌に溶け出し生態系に害を成す可能性が指摘されている。そこで近年、環境に配慮する為、また、各種製品への鉛の使用を規制する法令に対応する為、鉛を使用しないもしくは鉛の使用を極力抑えた圧電材料(非鉛圧電材料)の研究や製品開発の検討が行われている。しかしながら、各種諸特性がPZTに匹敵するような優れた非鉛圧電材料の実現には未だ至っておらず、PZTと同等の性能を有する非鉛圧電材料を用いたデバイスが製品化されている例はまだ少ない。
特に、圧電素子が直方体の場合、振動板に発生する面外振動の波面の振幅を等しくすることが容易で、より高い塵埃除去性能を有する塵埃除去装置および塵埃除去方法を提供することができる。
本発明に係る塵埃除去装置は、少なくとも板状の圧電材料と前記圧電材料の板面に配置された一対の対向する電極により構成される板状の圧電素子と、振動板とからなる、基体に設置する塵埃除去装置であって、前記圧電素子の第1の電極面が前記振動板の板面に固着され、前記圧電材料は前記第1の電極面と平行に分極され、前記圧電素子の第2の電極面を介して基体に固定されていることを特徴とする。
図4は本発明における圧電素子の振動原理を示す概略図である。上図(a)は板状の圧電素子30を断面から見た概略図で、下図(b)は板状の圧電素子30の第2の電極面37を上面から見た概略図である。図4に示すように、本発明の圧電素子30は圧電材料31があらかじめ第1の電極面36と平行に分極されており、例えばデジタルカメラ本体の駆動電源から第1の電極32と第2の電極33とに高周波数の電圧が印加できるようになっている。
図6は本発明の塵埃除去装置の振動原理を示す模式図である。上図(a)は左右一対の圧電素子30に同位相の交番電圧を印加し振動板20に面外振動を発生させた状態を表している。左右一対の圧電素子30は互いに圧電材料31の分極が相対して向き合っており、塵埃除去装置10は7次の振動モードで駆動している。下図(b)は左右一対の圧電素子30に位相が180°反対である逆位相の交番電圧を印加し振動板20に面外振動を発生させた状態を表している。左右一対の圧電素子30は互いに圧電材料31の分極が相対して向き合っており、塵埃除去装置10は6次の振動モードで駆動している。本発明の塵埃除去装置10はこのように少なくとも2つの振動モードを効果的に使い分けることで振動板の表面に付着した塵埃をより効率的に除去できる。
本発明および従来の塵埃除去装置は、振動板に発生する面外振動により振動板に波面が形成される。振動板に形成される波面は直方体の圧電素子の長さ方向に平行である。つまり、波面の長さ方向の断面は図6、図7、図8で示したようになる。ここで、図6、図7、図8では長さ方向のある断面の波面が示されているが、本発明および従来の塵埃除去装置は、図6、図7、図8で示したような波面を紙面の手前や奥方向にも同様の形状で形成できることが好ましい。
さらに、振動板20に電気的に塵埃が付着するのを防止する為に、導電性物質等で表面がコーティングされていても良い。また、振動板20はそれぞれ上述のような別の機能を有する複数の部材で形成されていても良い。この際、振動板20は必要な機能を有する限りにおいて、可能な限り機械品質係数が高い部材を選択することが好ましい。
まず、本発明の圧電素子の作製方法について説明する。平均粒径100nmであるチタン酸バリウム粒子(堺化学社製、商品名BT−03)の表面にスプレードライヤー装置を用いて酢酸マンガン(II)を付着させた。ICP質量分析によると、この混合粉体におけるマンガン成分の含有量は0.12質量%であった。
実施例1と同様の方法で、分極軸方向が圧電材料の膜厚方向と平行であることを除いて、実施例1と同様に形成した比較例1の塵埃除去装置を作製した。本実形態の効果を確認する為、実施例1と同様の条件で50kHzから400kHzの範囲で有限要素法による応答周波数計算を行った。
計算の結果、比較例1の塵埃除去装置では振動モードが確認されなかった。
実施例2の塵埃除去装置と従来の塵埃除去装置とを有限要素法による周波数応答計算により比較する為、2つの圧電素子の分極軸方向が圧電材料の膜厚方向と平行であることを除いて、実施例2と同様である塵埃除去装置の計算モデルを作成した。
ビーズ1:ポリスチレン 平均粒子径30μm
ビーズ2:ポリメタクリル酸メチル 平均粒子径30μm
ビーズ3:シリカ 平均粒子径30μm
ビーズ4:ビーズ1、ビーズ2、ビーズ3の混合物
15 従来例の塵埃除去装置
20 振動板
25 従来例の振動板
30 圧電素子
31 圧電材料
32 第1の電極
33 第2の電極
34 圧電材料の分極軸方向
35 電界方向
36 第1の電極面
37 第2の電極面
Claims (12)
- 板状の圧電材料と前記圧電材料の板面に配置された一対の対向する電極により構成される板状の圧電素子と、振動板とを備えた、基体に設置する塵埃除去装置であって、前記圧電素子の第1の電極面が前記振動板の板面に固着され、前記圧電材料は前記第1の電極面に対し10°以内の方向に分極され、前記圧電素子の第2の電極面を介して基体に固定されていることを特徴とする塵埃除去装置。
- 前記圧電素子が前記第2の電極面を基準面とする厚み滑り振動をすることを特徴とする請求項1に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電素子と前記振動板の接する面の面積が、前記振動板の面積の1/2より小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電素子が直方体であり、前記圧電材料の分極軸方向が直方体のいずれかの辺と平行であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかの項に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電素子が前記振動板の板面の端部に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかの項に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電素子が複数からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかの項に記載の塵埃除去装置。
- 少なくとも一対の圧電素子が前記振動板の中央部を挟んで互いに配置され、かつ圧電材料の分極軸方向が前記一対の圧電素子の対向方向と平行であることを特徴とする請求項6に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電材料のPb含有量が1000ppm以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかの項に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電材料がチタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかの項に記載の塵埃除去装置。
- 前記振動板が光学材料であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかの項に記載の塵埃除去装置。
- 少なくとも板状の圧電材料と前記圧電材料の板面に配置された一対の対向する電極により構成される板状の圧電素子を介して基体に設置された振動板に付着した塵埃を除去する方法であって、前記圧電素子の第1の電極面を前記振動板の板面に固着し、前記圧電素子の第2の電極面を基体に固定し、前記圧電材料を前記第1の電極面に対し10°以内の方向に分極した後、前記圧電素子を駆動して振動させる工程、前記圧電素子の振動により振動板に振動を発生させ、振動板の表面に付着した塵埃を除去する工程を有することを特徴とする塵埃除去方法。
- 前記圧電素子が前記第2の電極面を基準面とする厚み滑り振動をすることを特徴とする請求項11に記載の塵埃除去方法。
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