JP2002111089A - アクチュエータおよび歪み素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で大きな変位が得られる、小型で
安価なアクチュエータを提供する。 【解決手段】コイル状に巻回されている圧電セラミック
１の内周面および外周面に形成されている電極２ａ、２
ｂに電圧を印加すると、圧電逆効果によりコイル状に巻
回されている圧電セラミック１の内周側が縮み、外周側
が伸びる方向に変形する。したがって、コイル形状に形
成されている圧電セラミック１の一方の端部を固定して
おけば、他方の端部がこのコイル径を縮小させる変形に
ともなって回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電圧を印加した
ときに変形する性質、所謂圧電逆効果、を有する歪み素
子を利用したアクチュエータ、および前記歪み素子の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電圧を印加したときに歪みが生じ
て変形する性質、所謂圧電逆効果、を有する圧電素子を
利用したアクチュエータがあった。圧電素子を利用した
アクチュエータでは、圧電素子の歪み量（変位量）が小
さいことから、該変位量を拡大する機構部（変位拡大機
構部）を設けなければならず、本体が大型化するという
問題や、変位拡大機構部の組立に手間がかかるという問
題があった。

【０００３】なお、変位拡大機構部は、特開平４−２５
６４０号公報に示されている、てこの原理を応用した機
械式拡大機構部や、パスカルの原理を応用した液体式拡
大機構部等であった。

【０００４】最近になって、上記変位拡大機構部を圧電
素子そのもので構成したアクチュエータが提案されてい
る（特開平６−２１６４２４号）。このアクチュエータ
は、中空のコイルばねの全長にわたって螺旋状に帯状の
圧電素子を巻回した構成であった。このアクチュエータ
は、上記圧電素子に電圧を印加したときに、圧電素子の
歪みによるねじりモーメントをコイルばねの全長にわた
って作用させることで、該コイルバネを軸方向に変位さ
せるというものであった。また、コイルバネの軸方向の
変位量については、コイルバネの巻数を増加させれば大
きくできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ア
クチュエータは、帯状の圧電素子を中空のコイルばねの
全長にわたって螺旋状に巻回して組み立てており、帯状
の圧電素子を螺旋状に巻回するという工程が非常に手間
のかかる工程であったため、製造コストが嵩み高価であ
った。

【０００６】この発明の目的は、簡単な構造で大きな変
位が得られる、小型で安価なアクチュエータ、および該
アクチュエータに適用される歪み素子の製造方法を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明のアクチュエー
タは、上記課題を解決するために以下の構成を備えてい
る。

【０００８】（１）圧電逆効果の性質を有する歪み素子
を備えたアクチュエータであって、上記歪み素子は、コ
イル状に巻回されており、且つ内周面および外周面に電
極が形成されている。

【０００９】この構成では、コイル状に巻回した歪み素
子の内周面および外周面に形成されている電極間に電圧
が印加されると、コイル状に巻回されている歪み素子は
コイルの径を縮小または伸長する方向に変位する。この
とき、コイル状に巻回されている歪み素子の一方の端部
が固定されていれば、固定されていない他方の端部が上
記径の縮小または伸長にともなって回転する。このとき
の回転方向は歪み素子の巻回方向によって決まり、他方
の端部の回転量は歪み素子の巻き数等によって決まる。

【００１０】したがって、巻き数等を調整することで十
分な大きさの変位が簡単に得られるので、変位拡大機構
部も不要である。

【００１１】また、コイル状に巻回した形状の歪み素子
は押し出し成形等で簡単に成形でき、該歪み素子の内周
面および外周面に対する電極の形成は印刷やメッキ法等
の公知の加工方法で簡単に行える。したがって、この発
明にかかるアクチュエータはその製造工程に手間のかか
る工程がなく、安価にできる。

【００１２】（２）圧電逆効果の性質を有する歪み素子
を備えたアクチュエータであって、コイル状に巻回され
た金属コイルを備え、少なくとも上記金属コイルの内周
面または外周面の一方に上記歪み素子が形成されている
とともに、上記歪み素子の表面に電極が形成されてい
る。

【００１３】この構成では、コイル状に巻回された金属
コイルの内周面または外周面の一方または両方に歪み素
子が形成されている。歪み素子の表面には電極が形成さ
れている。電極と金属コイルとの間に電圧が印加される
と、歪み素子の変位にともなって、金属コイルがコイル
の径を縮小または伸長する方向に変形する。したがっ
て、上記（１）と同様に、金属コイルの一方の端部が固
定されていれば、固定されていない他方の端部が回転す
る。

【００１４】また、公知の水熱合成を利用すれば、コイ
ル状に巻回されている金属コイルの外周面や内周面に対
して簡単に歪み素子を形成することができる。また、こ
の歪み素子の表面（ここで言う表面とは金属コイルとの
当接面に対向する側の面である。）に対する電極の形成
も印刷やメッキ法等の公知の方法で簡単に加工できる。

【００１５】なお、コイル状に巻回された金属コイルの
内周面または外周面の一方にのみ歪み素子を形成するよ
りも、内周面および外周面の両方に歪み素子を形成した
ほうが、金属コイルの変位が大きくなるので、一層の小
型化が実現できる。

【００１６】（３）圧電逆効果の性質を有する歪み素子
を備えたアクチュエータであって、上記歪み素子は、コ
イル状に巻回されており、上記歪み素子の上面には、内
周側または外周側の一方の側部に沿ってその幅が該歪み
素子の幅よりも狭い電極が形成されており、上記歪み素
子の下面には、上面とは反対側の側部に沿ってその幅が
該歪み素子の幅よりも狭い電極が形成されている。

【００１７】この構成では、コイル状に巻回した歪み素
子の上面に内周側または外周側の一方の側部に沿ってそ
の幅が該歪み素子の幅よりも狭い電極を形成し、歪み素
子の下面に上面とは反対側の側部に沿ってその幅が該歪
み素子の幅よりも狭い電極を形成している。２本並べた
電極については、その全体を歪み素子上に形成すること
が望ましい形状であることから、電極の幅は歪み素子の
幅の１／２以下とすることが適当であるが、電極が歪み
素子の外側や内側に突出する１／２を越える大きさであ
っても特に問題は生じない。

【００１８】歪み素子の上面および下面に形成されてい
る電極間に電圧が印加されると、コイル状に巻回されて
いる歪み素子は全長にわたってねじれが生じ、軸方向に
変位する。このときの軸方向の変位量は、歪み素子の巻
き数等によって調整できるので十分な大きさの変位量が
簡単に得られる。

【００１９】また、上述したようにコイル状に巻回した
歪み素子は押し出し成形等で簡単に成形できる、しかも
該歪み素子の内周面および外周面に対する電極の形成も
印刷やメッキ法等で簡単に行える。

【００２０】（４）圧電逆効果の性質を有する歪み素子
を備えたアクチュエータであって、コイル状に巻回され
た金属コイルを備え、上記金属コイルの上面には、内周
側または外周側の一方の側部に沿ってその幅が該金属コ
イルの幅よりも狭い歪み素子が形成されており、上記金
属コイルの下面には、上面とは反対側の側部に沿ってそ
の幅が該金属コイルの幅よりも狭い歪み素子が形成され
ており、さらに、上記歪み素子の表面には電極が形成さ
れている。

【００２１】この構成では、コイル状に巻回されている
金属コイルの上面には内周側または外周側の一方の側部
に沿ってその幅が該金属コイルの幅よりも狭い歪み素子
が形成されており、金属コイルの下面には上面とは反対
側の側部に沿ってその幅が該金属コイルの幅よりも狭い
歪み素子が形成されている。金属コイルの上面および下
面に形成されている歪み素子の表面にはそれぞれ電極が
形成されている。

【００２２】これらの電極と金属コイルとの間に電圧が
印加されると、金属コイルにねじれが生じ、該金属コイ
ルが軸方向に変位する。このときの軸方向の変位量は、
金属コイルの巻き数等によって調整できるので十分な大
きさの変位量が簡単に得られる。

【００２３】また、上述したように公知の水熱合成を利
用すれば、コイル状に巻回されている金属コイルの外周
面や内周面に簡単に歪み素子を形成することができる。
また、この歪み素子の表面（ここで言う表面とは金属コ
イルとの当接面に対向する側の面である。）に対する電
極の形成も印刷やメッキ法等の公知の手法で簡単に行え
る。

【００２４】（５）圧電逆効果の性質を有する歪み素子
を備えたアクチュエータであって、コイル状に巻回した
金属コイルを備え、少なくとも該金属コイルの上面また
は下面の一方には、その幅が該金属コイルの幅の２分の
１以下である帯状の歪み素子が巻回方向に２本並べて形
成されており、上記歪み素子の表面には、電極が形成さ
れている。

【００２５】この構成では、コイル状に巻回された金属
コイルの上面または下面の一方または両方に、その幅が
該金属コイルの幅の２分の１以下である歪み素子を２本
並べて形成している。また、歪み素子の表面には電極が
形成されている。ここで、２本並べて形成した歪み素子
の分極方向を逆向きにしておけば、電極と金属コイルと
の間に電圧が印加されたとき、該金属コイルにねじれが
生じ、軸方向に変位する。

【００２６】また、金属コイルの上面または下面の一方
にのみ２本並べた歪み素子を形成するよりも、金属コイ
ルの上面および下面の両方に２本並べた歪み素子を形成
したほうが、電圧を印加したときに生じるねじれが大き
くなるので、アクチュエータの一層の小型化が実現でき
る。なお、上面および下面において２本並べて形成した
歪み素子の分極方向は逆向きであり、上面の外周側の歪
み素子と下面の内周側の歪み素子との分極方向は逆向き
であり、上面の内周側歪み素子と下面の外周側の歪み素
子との分極方向も逆向きである。

【００２７】（６）圧電逆効果の性質を有する歪み素子
を備えたアクチュエータであって、上記歪み素子は、コ
イル状に巻回されており、上記歪み素子の内周面には、
上端または下端の一方の端部に沿ってその高さが該歪み
素子の高さよりも低い電極が形成されており、上記歪み
素子の外周面には、内周面とは反対側の端部に沿ってそ
の高さが該歪み素子の高さよりも低い電極が形成されて
いる。

【００２８】（７）圧電逆効果の性質を有する歪み素子
を備えたアクチュエータであって、コイル状に巻回され
た金属コイルを備え、上記金属コイルの内周面には、上
端または下端の一方の端部に沿ってその高さが該金属コ
イルの高さよりも低い歪み素子が形成されており、上記
金属コイルの外周面には、内周面とは反対側の端部に沿
ってその高さが該金属コイルの高さよりも低い歪み素子
が形成されており、さらに、上記歪み素子の表面には電
極が形成されている。

【００２９】（８）圧電逆効果の性質を有する歪み素子
を備えたアクチュエータであって、コイル状に巻回した
金属コイルを備え、少なくとも該金属コイルの内周面ま
たは外周面の一方には、その高さが該金属コイルの高さ
の２分の１以下である帯状の歪み素子が２本並べて形成
されており、上記歪み素子の表面には、電極が形成され
ている。

【００３０】上記（６）〜（８）は、上記（３）〜
（５）において上面および下面に形成していた、歪み素
子および電極の形成位置を内周面と外周面に形成したも
のであり、上記（３）〜（５）のものと同様の効果を奏
する。

【００３１】（９）圧電逆効果の性質を有する歪み素子
を備えたアクチュエータであって、上記歪み素子は帯状
であり、該歪み素子の一方の面には、一方の側部に沿っ
てその幅が該歪み素子の幅よりも狭い電極が形成されて
おり、上記歪み素子の他方の面には、他方の側部に沿っ
てその幅が該歪み素子の幅よりも狭い電極が形成されて
いる。

【００３２】（１０）圧電逆効果の性質を有する歪み素
子を備えたアクチュエータであって、帯状の金属板を備
え、上記金属板の一方の面には、一方の側部に沿ってそ
の幅が該金属板の幅よりも狭い歪み素子が形成されてお
り、上記金属板の他方の面には、他方の側部に沿ってそ
の幅が該金属板の幅よりも狭い歪み素子が形成されてお
り、さらに、上記歪み素子の表面には電極が形成されて
いる。

【００３３】（１１）圧電逆効果の性質を有する歪み素
子を備えたアクチュエータであって、帯状の金属板を備
え、上記金属板の少なくとも一方の面には、その幅が該
金属板の幅の２分の１以下である帯状の歪み素子が２本
並べて形成されており、上記歪み素子の表面には、電極
が形成されている。

【００３４】上記（９）〜（１１）は、上記（３）〜
（８）におけるコイル状の歪み素子またはコイル状の金
属コイルを帯状の歪み素子または帯状の金属板に置き換
えたものである。

【００３５】（１２）圧電逆効果の性質を有する歪み素
子を備えたアクチュエータであって、上記歪み素子は、
両端部がうず状に巻回されており、且つ内周面および外
周面に電極が形成されている。

【００３６】（１３）圧電逆効果の性質を有する歪み素
子を備えたアクチュエータであって、両端部がうず状に
巻回された金属コイルを備え、少なくとも上記金属コイ
ルの内周面または外周面の一方には上記歪み素子が形成
されているとともに、上記歪み素子の表面に電極が形成
されている。

【００３７】上記（１２）、（１３）の構成では、両端
部をうず状に巻回したので、電圧を印加したときに両端
部において変位を生じさせることができる。

【００３８】（１４）圧電逆効果の性質を有する歪み素
子を備えたアクチュエータであって、上記歪み素子は、
うず状に巻回されており、且つ内周面および外周面に電
極が形成されており、上記歪み素子に対して並列に誘電
体が設けられている。

【００３９】（１５）圧電逆効果の性質を有する歪み素
子を備えたアクチュエータであって、うず状に巻回され
た金属コイルを備え、少なくとも上記金属コイルの内周
面または外周面の一方に上記歪み素子が形成されてお
り、上記歪み素子の表面に電極が形成されているととも
に、上記歪み素子に対して並列に誘電体が設けられてい
る。

【００４０】上記（１４）および（１５）の構成では、
歪み素子に対して並列に接続された誘電体を設けたの
で、歪み素子に対する電圧の印加がオフされたときに、
誘電体に溜まっている電荷を利用して歪み素子の初期状
態への復帰を制限することができる。

【００４１】（１６）上記歪み素子に対して並列に誘電
体が設けられている。

【００４２】この構成では、上述したように、誘電体に
溜まっている電荷を利用して歪み素子の初期状態への復
帰を制限することができる。

【００４３】（１７）上記歪み素子は、積層された歪み
素子である。

【００４４】この構成では、積層された歪み素子を用い
たので、各々の圧電素子を薄くできる。バイモルフ型圧
電素子においては、厚みが薄いほど変位が大きくなり、
変位によって生じる力が小さくなる。複数の圧電素子を
積層したことにより電圧を印加したときに大きな力を生
じさせることができるとともに、大きな変位が得られ
る。したがって、アクチュエータを一層小型に構成する
ことができる。

【００４５】また、この発明の歪み素子の製造方法は、
以下の工程からなる。

【００４６】（１）円筒形の型の表面にチタンまたはチ
タン化合物のコーティング膜を形成し、上記円筒形の型
の表面に形成した上記コーティング膜をコイル状に成形
し、水熱合成により上記コイル状に成形したコーティン
グ膜に圧電逆効果の性質を有する歪み素子の結晶膜を形
成し、上記円筒形の型から上記歪み素子を取り外す。

【００４７】上記歪み素子の製造方法では、円筒形の型
の表面にコイル状に成形されたチタンまたはチタン化合
物のコーティング膜の上に歪み素子の結晶膜が水熱合成
によりコイル状に形成される。したがって、型から取り
外すことにより、コイル状にの歪み素子が製造できる。
この歪み素子に電極を形成することにより、上記コイル
状に巻回されたアクチュエータが製造できる。

【００４８】また、取り外された歪み素子の内周面には
チタンまたはチタン化合物のコーティング膜が形成され
ており、この膜が電極として機能する。

【００４９】（２）水熱合成により上記円筒形の型から
取り外した上記歪み素子の内周面に圧電逆効果の性質を
有する歪み素子の結晶膜を形成することにより、電極と
して機能するチタンまたはチタン化合物の膜を挟んで、
積層されたコイル状の歪み素子が製造できる。

【００５０】（３）上記円筒形の型から取り外した上記
歪み素子の外周面にチタンまたはチタン化合物のコーテ
ィング膜を形成し、水熱合成により上記歪み素子の外周
面に形成したコーティング膜に圧電逆効果の性質を有す
る歪み素子の結晶膜を形成することにより、上記（２）
と同様に電極として機能するチタンまたはチタン化合物
の膜を挟んで、積層されたコイル状の歪み素子が製造で
きる。

【００５１】（４）撥水性の樹脂を基材とする円筒形の
型の表面に親水性の領域をコイル状に形成し、圧電逆効
果の性質を有する歪み素子の微粒子を懸濁した溶液中に
上記円筒形の型を浸漬し、該円筒形の型を引き上げ、円
筒形の型から付着している歪み素子を取り外す。

【００５２】上記製造方法では、円筒形の型の表面にお
いてコイル状に成形された親水性の領域に歪み素子の微
粒子が付着するので、型から取り外すことにより、コイ
ル状に巻回された歪み素子が製造できる。

【００５３】（５）親水性の樹脂を基材とする円筒形の
型の表面に親水性の領域がコイル状になるように撥水処
理を行い、圧電逆効果の性質を有する歪み素子の微粒子
を懸濁した溶液中に上記円筒形の型を浸漬し、該円筒形
の型を引き上げ、円筒形の型から付着している歪み素子
を取り外す。

【００５４】上記製造方法も、上記（４）と同様に、円
筒形の型の表面においてコイル状に成形された親水性の
領域に歪み素子の微粒子が付着するので、型から取り外
すことにより、コイル状に巻回された歪み素子が製造で
きる。

【００５５】（５）上記円筒形の型から付着している歪
み素子を取り外す前に、該円筒形の型に対して熱間加圧
処理を行うことで、親水性の領域に付着している歪み素
子の微粒子が固着される。

【００５６】（６）上記円筒形の型から取り外した歪み
素子の表面または裏面の少なくとも一方に電極を形成
し、これを圧電逆効果の性質を有する歪み素子の微粒子
を懸濁した溶液中に再度浸漬し、引き上げることによ
り、電極を挟んで、積層されたコイル状の歪み素子が製
造できる。

【００５７】（７）圧電逆効果の性質を有する歪み素子
の微粒子を容器内に積層しながら、レーザ光を照射して
上記歪み素子の微粒子を溶融焼結することで、コイル状
に巻回された歪み素子や、ぜんまい形状に巻回された歪
み素子等、種々の形状の歪み素子を製造することができ
る。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て説明する。図１は、この発明の実施形態であるアクチ
ュエータの外観を示す図であり、図１（Ａ）は正面図、
図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すＡ方向の矢視図、図１
（Ｃ）は図１（Ａ）に示すＢ−Ｂ方向の断面図である。
この実施形態のアクチュエータは、図示するように歪み
素子である圧電セラミック１をコイル状に巻回し、該圧
電セラミック１の内周面および外周面に電極２（２ａ、
２ｂ）を形成したものである。圧電セラミック１は、公
知の分極処理により、内周面および外周面に形成されて
いる電極２ａ、２ｂ間に電圧が印加されたとき（電極２
ａに正、電極２ｂに負）（図１（Ｃ）参照）、内周側が
縮み、外周側が伸びる方向に変形するように結晶の向き
が調整されている。

【００５９】なお、圧電セラミック１は、チタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）系であってもよいし、チタン酸バリ
ウム系やチタン酸鉛系等であってもよい。また、ポリフ
ッカビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子圧電材であ
ってもよい。

【００６０】次に、この実施形態のアクチュエータの製
造工程について説明する。まず、最初に圧電セラミック
１をコイル状に成形する。例えば、スラリーよりも粘性
が高く、グリーンシートよりも粘性が低い原料を用い
て、周知の押し出し成形でコイル状に成形してもよい
し、原料を型に流し込んでコイル状に成形してもよい。
圧電セラミック１をコイル状に成形すると、成形した圧
電セラミック１を焼き固める（所謂焼成工程を行う）。
次に、焼き固めたコイル状の圧電セラミック１の内周面
および外周面に電極２ａ、２ｂを形成する。例えば、印
刷やメッキ法等の公知の加工により圧電セラミック１の
略全長にわたって電極２ａ、２ｂを形成する。電極２
ａ、２ｂの形成が完了すると、圧電セラミック１を１３
０℃程度に加熱しながら、該電極２ａ、２ｂ間に高電圧
をかける分極処理を行って、結晶の方向を調整する。分
極処理が完了すると、最後に、圧電セラミック１の温度
を８０℃程度に下げて加熱するエージングを行う。以上
の工程により、コイル状に巻回された圧電セラミック１
を備えたアクチュエータが製造できる。

【００６１】また、コイル状の圧電セラミックについて
は、以下の方法で製造してもよい。

【００６２】図２は、コイル状の圧電セラミックの製造
工程を示す図である。この圧電セラッミクの製造では円
筒形の型４０が利用される（図２（Ａ）参照）。円筒型
の型４０は、フッ素やポリテトラフルオロエチレン等、
低表面エネルギーの素材から形成されている。図２
（Ａ）に示す円筒形の型４０の表面全体にチタンをコー
ティングする（チタンコートする。）（図２（Ｂ）参
照）。円筒形の型４０の表面にコーティングされるチタ
ンコートの膜厚は５〜３０μｍである。

【００６３】次に、円筒形の型４０の表面全体にコーテ
ィングしたチタンコートをコイル状に成形する（図２
（Ｃ）参照）。公知のエッチングやレーザカット（レー
ザ光を照射してコイル状にカットする。）により、型４
０の表面全体にコーティングしたチタンコートをコイル
状に成形できる。型４０の表面にチタンコートをコイル
状に成形すると、水熱合成によりコイル状に成形されて
いるチタンコート膜に圧電セラミック、例えばＰＺＴ、
を成膜する（図２（Ｄ）参照）。

【００６４】水熱合成は、周知のように高温の水、特に
高温高圧の水、の中で行われる結晶育成方法である。上
記水熱合成により成膜される圧電セラミックの厚さは、
１００μｍ程度である。また、水熱合成の処理温度は１
５０℃である。

【００６５】上記水熱合成により、圧電セラミックはコ
イル状に成形されたチタンコートに成膜されることか
ら、コイル状に成膜される。このコイル状に成膜された
圧電セラミックを型４０から取り外す（図２（Ｅ）参
照）。これにより、コイル状の圧電セラミック１が製造
できる。コイル状の圧電セラミック１は、所定の溶剤で
型４０を溶解することにより、該型４０から簡単に取り
外せる。

【００６６】ここで取り外したコイル状の圧電セラミッ
クの外周面に電極２を形成することにより、コイル状の
アクチュエータが製造される。

【００６７】なお、分極処理は必要に応じて行えばよ
い。また、圧電セラミック１の内周面には、型４０の表
面にコーティングしたチタンコート膜が残っており、電
極２として利用できる。

【００６８】また、型４０から取り外した圧電セラミッ
ク１を、再度水熱合成することにより、その内周面のチ
タンコート膜に圧電セラッミク１を成膜できる。これに
より、積層されたコイル状の圧電セラミック（２層の圧
電セラミック）が製造できる。

【００６９】さらに、型４０から取り外したコイル状の
圧電セラミックの外周面全体にチタンコート（厚さ５〜
3０μｍ）を施した後、上記水熱合成により圧電セラミ
ックを成膜することで、３層以上に積層された圧電セラ
ミックが製造できる。

【００７０】このように、型４０を用いてコイル状の圧
電セラミック１を製造する方法では、チタン基材の厚さ
を５〜 3０μｍに抑えられるので、アクチュエータの変
形時の阻害力が小さい。また、積層構造のコイル状の圧
電セラミック１が製造できるので、変位が大きく、且つ
変位によって生じる力も大きいアクチュエータが実現で
きる。さらに、水熱合成により成膜した圧電セラミック
１を型４０から取り外さなければ、圧電セラミック１の
形状を保持した輸送が簡単に行える。

【００７１】なお、型４０の表面全体にコーティングす
る膜はチタンを主成分とするチタン化合物であってもよ
い。

【００７２】また、水熱合成を利用してコイル状の圧電
セラミック１を製造する方法を示したが、コイル状の圧
電セラミックは以下に示す方法でも製造できる。

【００７３】図３は、コイル状の圧電セラミックの製造
工程を示す図である。。この圧電セラッミクの製造方法
も円筒形の型４１が利用される（図３（Ａ）参照）。こ
の円筒型の型４１は、その素材が撥水性または親水性で
ある。図３（Ａ）に示す円筒形の型４１の表面にコイル
状に親水性の領域を形成する（図３（Ｂ）参照）。例え
ば、型４１の素材が撥水性であれば、型４１の表面に形
成するコイル状の領域にレーザ光、紫外線等を照射し、
その部分を親水性にする。一方、型４１が親水性の素材
から形成されたものであれば、型４１の表面に形成する
コイル状の領域でない箇所にレーザ光、紫外線等を照射
し、その部分を撥水性にする。

【００７４】次に、ＰＺＴ等、圧電セラミックの微粒子
を懸濁したアルコール水溶液に、親水性の領域をコイル
状に形成した型４１を浸漬し、該アルコール水溶液から
引き上げる（図３（Ｃ）参照）。アルコール水溶液に浸
漬された型４１は、親水性の領域に圧電セラミックの微
粒子を懸濁したアルコール水溶液（懸濁液）が付着し、
撥水性の領域にはこの懸濁液が付着しない。したがっ
て、懸濁液から引き上げられた型４１には、コイル状に
圧電セラミックの微粒子が付着している。

【００７５】上記懸濁液から引き上げた型４１を乾燥さ
せた後、該型４１に付着している圧電セラミックスの粒
子間を結合させるために、所謂ＨＩＰ加工（熱間加圧加
工）を行う（図３（Ｄ）参照）。ＨＩＰ加工は、高圧に
耐える容器に液体を満たし、その中に型４１を入れたゴ
ム容器を入れ、上記液体に高温、高圧をかけて、型４１
の表面に付着している圧電セラミックの微粒子を圧縮す
ることにより、粒子間を結合させる加工である。

【００７６】上記ＨＩＰ加工後に、型４１からコイル状
に形成された圧電セラミックスを取り外す（図３（Ｅ）
参照）。これにより、コイル状の圧電セラミック１が製
造される。コイル状の圧電セラミック１は、所定の溶剤
で型４１を溶解することにより、該型４１から簡単に取
り外すことができる。

【００７７】ここで製造されたコイル状の圧電セラミッ
クの厚さは、上記懸濁液の濃度や、懸濁液から型４１を
引き上げる引き上げ速度で調整できる。その厚さが、略
１００μｍになるように、上記懸濁液の濃度や、懸濁液
から型４１を引き上げる引き上げ速度を決定する。

【００７８】ここで、製造されたコイル状の圧電セラミ
ック１の内周面および外周面に電極２ａ、２ｂを形成
し、必要に応じて分極処理を行うことでコイル状のアク
チュエータが製造できる。

【００７９】また、型４１から取り外し、電極２を形成
した、たコイル状の圧電セラミック１を、再度圧電セラ
ミックの微粒子を懸濁したアルコール水溶液に浸漬し、
該アルコール水溶液から引き上げることにより、積層構
造の圧電セラミックが製造できる。

【００８０】さらに、上記ＨＩＰ加工を行うことなく、
コイル状の圧電セラミック１を型４１から取り外しても
よい。この場合、圧電セラミック１の微粒子が粒子間で
結合していないので、分極処理を行ったときに十分に分
極が行え、圧電効率の向上が図れる。

【００８１】この場合、型４１の親水性の領域に予め電
極２を形成して、蒸気混濁液に浸漬させる。そして、混
濁液から引き上げた型４１の表面に金属フィルム等を電
極２として貼り付け、分極処理を行う。これにより、圧
電セラミック１に対して分極処理が行える。

【００８２】この方法で製造された圧電セラミック１
も、上記水熱合成で製造した場合と同様の効果が得られ
る。

【００８３】さらに、型４０、４１を用いないでコイル
状の圧電セラミック１を製造する方法について説明す
る。この方法は、最近一般化しつつある金属粉末を容器
内に積層しながらレーザ光線のエネルギーで上記金属粉
末を所望の形状に溶融焼結する方法である。この方法で
は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、不活性ガスを充填
した加圧層４２にＰＺＴ等の圧電セラミックの微粒子を
積層しながら、加圧層４２内の積層されている圧電セラ
ミックの微粒子にレーザ光を照射する。レーザ光が照射
された部分では、圧電セラミックの微粒子が溶融焼結す
る。レーザ光は、この溶融焼結により、コイル状の圧電
セラミック１が形成されるように照射される。この方法
でも、図４（Ｃ）に示すコイル状の圧電セラミック１が
簡単に製造できる。また、後述するゼンマイ状の圧電セ
ラミック１等、他の形状の圧電セラミック１も製造でき
る。

【００８４】また、加圧層４２に積層する圧電セラミッ
クを微粒子としたので、他の金属と同程度の温度で焼結
が行える。また、加圧層４２に十分な蒸気圧を加えるこ
とで、溶融焼結時におけるＰＺＴ中の鉛の気化を抑える
ことができ、作業の安全性も確保できる。

【００８５】上記方法で製造されたコイル状の圧電セラ
ミック１の内周面および外周面に電極２ａ、２ｂを形成
し、必要に応じて分極処理を行うことによりコイル状の
アクチュエータが製造できる。

【００８６】このように、この実施形態のアクチュエー
タはその製造工程が簡単であり、手間のかかる工程もな
いことから、製造コストが安価である。また、コイルの
巻き数等によって変位量が調整できるので、従来のよう
に変位拡大機構部を用いなくてもよいので（単に巻き数
を調整するだけでよいので、）、小型である。

【００８７】次に、この実施形態のアクチュエータの動
作について説明する。コイル状に巻回されている圧電セ
ラミック１の内周面および外周面に形成されている電極
２ａ、２ｂ間に電圧が印加されると（電極２ａに正、電
極２ｂに負）、コイル状に巻回されている圧電セラミッ
ク１は圧電逆効果により内周側が縮み、外周側が伸びる
方向に変形する。したがって、この実施形態のアクチュ
エータはコイルの径を縮小する方向に変位（変形）す
る。

【００８８】ここで、アクチュエータの一方の端部が固
定されていると（例えば、図１（Ａ）に示す右側端
部）、他方の端部がこの変形にともなって回転する（図
１（Ａ）に示す右側端部が図示する方向に回転す
る。）。このとき、他方の端部の回転方向は圧電セラミ
ック１の巻回方向によって決まり、他方の端部の回転数
は圧電セラミック１の巻き数や電極２ａ、２ｂ間の印加
電圧等によって決まる。

【００８９】また、この実施形態のアクチュエータは電
極２ａ、２ｂ間に電圧が印加されつづけていると変化後
の状態（コイル径が縮小した状態）を維持しつづける
が、電圧の印加が停止されると電圧が印加される前の状
態（コイル径が縮小する前の状態）、すなわち初期状
態、に復帰する。したがって、電極２ａ、２ｂ間に対す
る電圧の印加を停止することによって、アクチュエータ
の他方の端部を電圧の印加時とは逆向きに回転させるこ
とができる。

【００９０】このように、この実施形態のアクチュエー
タは、従来の超音波モータのように複雑な構成のドライ
バ回路を必要とせず、電極２ａ、２ｂ間に対して電圧の
印加制御が行える簡単なスイッチング回路で回転動作を
制御することができる。

【００９１】また、この実施形態のアクチュエータは、
コイル状に成形した圧電セラミック１の内周面および外
周面にそれぞれ電極２ａ、２ｂを形成した簡単な構成で
あり、また、圧電セラミック１は押し出し成形や上記図
２〜図４に示した方法等で簡単にコイル状に成形でき、
またコイル状に成形された圧電セラミック１の内周面お
よび外周面に対する電極２ａ、２ｂも印刷やメッキ法等
の公知の手法で簡単に形成できる。したがって、この実
施形態のアクチュエータは製造工程が簡単であり、手間
がかからないので安価にできる。

【００９２】また、電極２ａ、２ｂ間に逆電圧（電極２
ａに負、電極２ｂに正）が印加できるように上記スイッ
チング回路を構成しておけば、固定されていない他方の
端部の回転数を略２倍にできる。また、高速度で初期状
態に復帰させることもできる。さらに、電極間２ａ、２
ｂ間にＬＣＲによる減衰回路を設けておけば、回転時の
速度制御が行える。

【００９３】次に、この発明にかかるアクチュエータの
別の実施形態について説明する。図５は、この実施形態
にかかるアクチュエータの外観を示す図であり、図５
（Ａ）は正面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示すＡ方向
の矢視図、図５（Ｃ）は図５（Ａ）に示すＢ−Ｂ方向の
断面図である。この実施形態のアクチュエータは、金属
コイル３の外周面および内周面にそれぞれ歪み素子であ
る圧電セラミック１ａ、１ｂを形成し、これらの圧電セ
ラミック１ａ、１ｂの表面（ここで言う表面とは金属コ
イル３との接合面に対向する面である。）に電極２ａ、
２ｂを形成したものである。圧電セラミック１ａ、１ｂ
および電極２ａ、２ｂは金属コイル３の略全長にわたっ
て形成されている。

【００９４】金属コイル３の内周面に形成されている圧
電セラミック１ａは、表面に形成されている電極２ａ−
金属コイル３間に電圧が印加されたときに（電極２ａに
正、金属コイル３に負）（図５（Ｃ）参照）、縮む方向
に変形するように分極処理がなされている。また、金属
コイル３の外周面に形成されている圧電セラミック１ｂ
は、表面に形成されている電極２ｂ−金属コイル３間に
電圧が印加されたときに（電極２ｂに正、金属コイル３
に負）（図５（Ｃ）参照）、伸びる方向に変形するよう
に分極処理がなされている。

【００９５】次に、この実施形態のアクチュエータの製
造工程について説明する。まず、最初に金属コイル３の
内周面および外周面に対して圧電セラミック１ａ、１ｂ
を形成する。例えば、特開平５−１３６４７６号に開示
されている水熱合成を利用すれば、簡単に金属コイル３
の略全長にわたって圧電セラミック１ａ、１ｂを形成す
ることができる。この水熱合成を利用した場合、金属コ
イル３の略全長にわたって形成されている圧電素子１
ａ、１ｂについては、分極もなされている。しかし、水
熱合成では圧電素子１ａ、１ｂの分極方向がそれぞれ金
属コイル３に向かう方向になっている。このため、図５
（Ｃ）に示すように電圧を印加すると、内周面側の圧電
素子１ａと外周面側の圧電素子１ｂとが互いに金属コイ
ル３を伸ばす方向に変形するため、金属コイル３がほと
んど変形しない。なお、図５（Ｃ）に示す電圧の印加で
はなく、電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加すれば（例え
ば、電極２ａに正、電極２ｂに負）、金属コイル３に変
形を生じさせられるが、この場合金属コイル３において
十分な変形量を得るには電極２ａ、２ｂ間に比較的大き
い電圧（電圧値）を印加しなければならない。

【００９６】しかし、 水熱合成により金属コイル３の略全長にわたって圧電
セラミック１ａ、１ｂが形成された後、キューリー点温
度まで加熱冷却を行って、圧電セラミック１ａ、１ｂの
分極の解消を行い、 圧電セラミック１ａ、１ｂに電極２ａ、２ｂを形成
し、 圧電セラミック１ａ、１ｂの分極方向を同じ向きに調
整する分極処理（再分極処理）を行えば、図５（Ｃ）に
示す方法により、比較的小さい電圧（電圧値）の印加で
金属コイル３において十分な変形量を得ることができ
る。

【００９７】また、水熱合成を利用しないで、他の方法
で圧電セラミック１ａ、１ｂを金属コイル３の略全長に
わたって形成し、上記焼成工程を行って圧電セラミック
１を焼き固め、その後上述した方法で圧電セラミック１
ａ、１ｂの表面に電極２ａ、２ｂを形成し、分極処理、
エージングを行ってもよい。

【００９８】以上の工程により、この実施形態のアクチ
ュエータが製造できる。

【００９９】このように、この実施形態のアクチュエー
タもその製造工程に手間がかかる工程がなく、簡単に製
造できることから安価である。

【０１００】次に、この実施形態のアクチュエータの動
作について説明する。電極２ａ、２ｂ−金属コイル３間
に電圧を印加されたとき（電極２ａ、２ｂに正、金属コ
イル３に負）、圧電逆効果により金属コイル３の内周面
に形成されている圧電セラミック１ａが縮み、金属コイ
ル３の外周面に形成されている圧電セラミック１ｂが伸
びる。金属コイル３は、この圧電セラミック１の変形に
より、コイルの径を縮小する方向に変形する。

【０１０１】したがって、上記実施形態で説明したよう
に、金属コイル３の一方の端部を固定しておけば、（こ
のアクチュエータの一方の端部を固定しておけば（例え
ば図５（Ａ）に示す右側端部））、他方の端部がこの径
を縮小させる変形にともなって回転する（例えば図５
（Ａ）に示す右側端部が図示する方向に回転する。）。
このとき、他方の端部の回転方向は圧電セラミック１
ａ、１ｂの巻回方向によって決まり、他方の端部の回転
数は圧電セラミック１ａ、１ｂの巻き数および電極２
ａ、２ｂ間の印加電圧によって決まる。

【０１０２】また、この実施形態のアクチュエータも電
圧の印加が停止されると電圧が印加される前の初期状態
に復帰する。したがって、電極２ａ、２ｂ間に対する電
圧の印加を停止することによって、アクチュエータの他
方の端部を電圧の印加時とは逆向きに回転させることが
できる。

【０１０３】このように、この実施形態のアクチュエー
タも、従来の超音波モータのように複雑な構成のドライ
バ回路を必要とせず、電極２ａ、２ｂ間に対して電圧の
印加制御が行える簡単なスイッチング回路で回転動作を
制御することができる。

【０１０４】また、この実施形態のアクチュエータは、
金属コイル３の内周面および外周面に圧電セラミック１
ａ、１ｂを形成し、さらに圧電セラミック１ａ、１ｂの
表面に電極２ａ、２ｂを形成した簡単な構成である。ま
た、圧電セラミック１ａ、１ｂは公知の水熱合成により
簡単に金属コイル３の内周面および外周面に形成でき、
圧電セラミック１ａ、１ｂ表面に対する電極２ａ、２ｂ
の形成も印刷やメッキ法等の公知の加工技術で簡単に行
える。したがって、この実施形態のアクチュエータも製
造工程に手間のかかる工程がなく、安価にできる。

【０１０５】また、上記実施形態のアクチュエータと同
様に、電極２ａ、２ｂ−金属コイル３間に逆電圧（電極
２ａに負、電極２ｂに正）が印加できるように上記スイ
ッチング回路を構成しておけば、他方の端部の回転数を
２倍にできる。また、高速度で初期状態に復帰させるこ
ともできる。さらに、電極間２ａ、２ｂ間にＬＣＲによ
る減衰回路を設ければ、回転動作の速度制御等も行え
る。

【０１０６】なお、図５では金属コイル３の内周面およ
び外周面にそれぞれ圧電セラミック１ａ、１ｂを形成し
たアクチュエータを示したが、内周面または外周面の一
方にのみ圧電セラミック１を形成したアクチュエータで
あってもよい。

【０１０７】以下、図５に示したアクチュエータの利用
例について説明する。なお、図１に示したアクチュエー
タに置き換えても同様の効果が得られることは言うまで
もない。

【０１０８】図６に示す利用例は、ベース１０に固定さ
れたシャフト１１にアクチュエータを嵌挿したものであ
る。アクチュエータの一方の端部は図に示すＡ部におい
てベース１０に固定されており、他方の端部は図に示す
Ｂ部においてシャフト１１に対して回転自在に取り付け
られている円盤１２に固定されている。

【０１０９】この利用例では、アクチュエータの電極２
ａ、２ｂ−金属コイル３間に対して電圧が印加され、ア
クチュエータの固定されていない端部が回転すると、該
回転にともなって円盤１２が回転する。この円盤１２の
回転動作で、例えば現金自動預け払い機（ＡＴＭ）の紙
葉類の振り分けフラッパを駆動させたり、液体のバルブ
を開閉させることができる。

【０１１０】また、ベース１０に対してシャフト１１を
回転自在に取り付けておけば、該シャフト１１を回転さ
せる機構部にも利用できる。

【０１１１】また、図７に示す利用例では、アクチュエ
ータの電極２ａ、２ｂ−金属コイル３間に対して電圧を
印加すると、上述したアクチュエータの回転にともなっ
てシャフト１１が回転する。シャフト１１は図示するよ
うにネジ１５、１６により螺合されており、該シャフト
１１は回転によって軸方向にスライドする構成である。
ネジ１５は装置本体に取り付けられており、ネジ１６は
シャフト１１に取り付けられている。

【０１１２】また、図８および図９に示すように、筒状
のシャフト２０の内側にアクチュエータを取り付けても
よい。このように、アクチュエータを筒状のシャフト２
０内に実装すると、外力の影響を抑えることができるの
で、工作機械等の揺動装置に対して有効である。なお、
図８はアクチュエータの一方の端部が図中に示すＡ部で
ベース２１に固定されており、他方の端部がＢ部でシャ
フト２０の内周面に固定されている。したがって、アク
チュエータの電極２ａ、２ｂ−金属コイル３間に対して
電圧を印加したときに、シャフト２０を回転させること
ができる。また、図９はアクチュエータの一方の端部が
図中に示すＡ部においてシャフト２０の内周面に固定さ
れており、他方の端部が図中に示すＢ部においてこのシ
ャフト２０に挿入されている円盤２２に固定されてい
る。円盤２２はシャフト２０に対して回転自在に取り付
けられている。したがって、アクチュエータの電極２
ａ、２ｂ−金属コイル３間に対して電圧を印加したとき
に、シャフト２０に挿入されている円盤２２を回転させ
る。

【０１１３】さらに、この実施形態のアクチュエータ
は、図１０に示すようにクラッチにも利用できる。図１
０では、２５が被動軸であり、アクチュエータにこの被
動軸２５が挿入されている。アクチュエータの一方の端
部は図中に示すＡ部において駆動軸２６に固定されてい
る。

【０１１４】アクチュエータの電極２ａ、２ｂ−金属コ
イル３間に対して電圧を印加していないとき、金属コイ
ル３の内径が被動軸２５の外径よりも大きいので、駆動
軸２６の回転が被動軸２５に伝わらない。一方、アクチ
ュエータの電極２ａ、２ｂ−金属コイル３間に対して電
圧を印加すると金属コイル３の内径が縮小して内周面が
被動軸２５の外周面に圧接した状態となり、駆動軸２６
の回転が被動軸２５に伝達される。このように、上記実
施形態のアクチュエータはクラッチとして利用すること
も可能である。

【０１１５】また、電極２ａ、２ｂ−金属コイル３間に
電圧を印加していないとき、金属コイル３の内径が被動
軸２５の外径よりも小さく金属コイル３の内周面が被動
軸２５の外周面に圧接しており、アクチュエータの電極
２ａ、２ｂ−金属コイル３間に電圧が印加されたときに
金属コイル３の内径が被動軸２５の外径よりも大きくな
るアクチュエータであれば、電圧を印加したときに被動
軸２５に伝達されていた駆動軸２６の回転を遮断するク
ラッチとして利用することもできる（遮断クラッチとし
て利用できる。）。

【０１１６】また、被動軸２５を固定しておけば、この
実施形態のアクチュエータをブレーキとして利用するこ
ともできる。

【０１１７】さらに、ハードディスクやフロッピィディ
スク等の磁気記録媒体に磁気データを書き込む装置にお
ける磁気ヘッドの駆動機構部にも上記アクチュエータが
利用できる。図１１は、上記アクチュエータを適用した
ハードディスク装置を示す概略の上面図である。図１１
において５１は磁気データが記録されるディスク５１で
ある。このディスク５１は図示していないモータにより
回転される。５２は、ディスク５１に対して磁気データ
の書込みや読取を行う磁気ヘッドである。磁気ヘッド５
２はレバー５３の一方の端部に取り付けられている。レ
バー５３の他方の端部は本体のベース５４に固定された
回転軸５５に自在に取り付けられている。レバー５３の
回動（図中に矢示する方向）により、磁気ヘッド５２が
対向する位置がディスク５１の半径方向に移動する。

【０１１８】ハードディスク装置における磁気データの
書込み動作や読取動作については周知であるので、ここ
では説明を省略する。

【０１１９】図１２は、磁気ヘッドをディスクの半径方
向に移動させるヘッド駆動部の構成を示す図である。こ
のヘッド駆動部に上記実施形態のコイル状のアクチュエ
ータが適用されている。図示するように、ベース５４に
固定された回転軸５５がアクチュエータに挿入されてい
る。アクチュエータの内径は、回転軸５５の外形よりも
大きい。アクチュエータの一方の端部（図における下側
の端部）は回転軸５５に固定されており、他方の端部は
レバー５３に固定されている。

【０１２０】上述したように、アクチュエータの電極２
ａ、２ｂ−金属コイル３間に対して電圧を印加すると、
アクチュエータは内径が小さくなる方向に変形する。こ
のアクチュエータの変形によりレバー５３が回動され、
磁気ヘッド５２がディスク５１の半径方向に移動され
る。したがって、アクチュエータの電極２ａ、２ｂ−金
属コイル３間に対して印加する電圧を調整し、アクチュ
エータの変形量を制御することにより、磁気ヘッド５２
をディスク５１に対して適当な位置に移動させることが
できる。

【０１２１】このように、この実施形態のアクチュエー
タを利用することにより、磁気ヘッド５２を駆動する駆
動機構部の構成が簡単になるので、装置本体の小型化、
軽量化が実現できる。また、圧電セラミックは時定数が
非常に小さいことから、ディスク５１に対するアクセス
タイムを短縮することができる。また、圧電セラミック
は、消費電力が小さいので、装置本体の消費電力を低下
させることできる。さらに、磁気ヘッド５２の位置決め
制御が電圧制御により行えるので、この駆動機構部を動
作させる回路構成が簡単であり、本体のコストダウンが
図れる。

【０１２２】なお、上記説明では磁気ヘッドの駆動部と
して利用した例であったが、光ピックアップヘッドを駆
動する駆動機構部等にも、この実施形態のアクチュエー
タを適用できる。

【０１２３】次に、この発明の別の実施形態にかかるア
クチュエータについて説明する。図１３はこの実施形態
にかかるアクチュエータを示す図である。図１３（Ａ）
は正面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）に示すＡ方向の
矢視図、図１３（Ｃ）は図１３（Ａ）に示すＢ方向の矢
視図、図１３（Ｄ）は図１３（Ｂ）に示すＣ−Ｃ方向の
断面拡大図である。この実施形態のアクチュエータは、
図示するようにコイル状に巻回した圧電セラミック１の
上面および下面に電極２（２ａ、２ｂ）を形成したもの
である。圧電セラミック１の上面に形成されている電極
２ａは、圧電セラミック１の幅よりも細く、圧電セラミ
ック１の外周に沿って形成されている。一方、圧電セラ
ミック１の下面に形成されている電極２ｂは、圧電セラ
ミック１の幅よりも細く、圧電セラミック１の内周に沿
って形成されている。電極２ａ、２ｂの幅は、コイル状
に巻回されている圧電セラミック１の幅の略１／２であ
る。電極２ａ、２ｂの幅は圧電セラミック１の幅の１／
２以下であることが望ましい。また、電極２ａ、２ｂは
圧電セラミック１の略全長にわたって形成されている。
圧電セラミック１は、上面および下面に形成されている
電極２ａ、２ｂ間に電圧が印加されると（電極２ａに
正、電極２ｂに負）、図１３（Ｄ）に示すように電極２
ａ、２ｂが形成されている対角線方向に伸び、電極２
ａ、２ｂが形成されていない対角線方向に縮むように分
極処理がなされている。

【０１２４】次に、この実施形態のアクチュエータの製
造工程について説明する。この実施形態のアクチュエー
タの製造工程は、図１に示したものと略同じである。ま
ず、最初に圧電セラミック１をコイル状に成形し、コイ
ル状に成形した圧電セラミック１を焼き固め（所謂焼成
工程を行う）、焼き固めたコイル状の圧電セラミック１
の上面および下面に電極２ａ、２ｂを形成する。このと
き、電極２ａ、２ｂは圧電セラミック１の幅全体に形成
する。その後、分極処理、エージングを行った後、電極
２ａについては圧電セラミック１の内周部側の不要部分
を削除し、電極２ｂについては圧電セラミック１の外周
部側の不要部分を削除する。以上の工程で、この実施形
態のアクチュエータが製造できる。また、不必要な部分
をマスキングし無電解メッキ法によって電極を形成して
もよい。

【０１２５】さらには、上記図２〜図４に示した方法に
よりコイル状の圧電セラミック１を成形し、その後電極
２ａ、２ｂ形成、分極処理、を行ってもよい。

【０１２６】このように、この実施形態のアクチュエー
タも簡単に製造でき、手間のかかる工程がないことから
安価にできる。

【０１２７】この実施形態のアクチュエータの動作につ
いて説明する。コイル状に巻回されている圧電セラミッ
ク１の上面および下面に形成されている電極２ａ、２ｂ
間に電圧を印加したとき（電極２ａに正、電極２ｂに
負）、圧電セラミック１が幅方向（図中に示す矢印方
向）にねじれ、コイル状に巻回された圧電セラミック１
がコイルの軸方向に伸びる。このように、この実施形態
のアクチュエータは電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加する
ことによって軸方向に変位する。また、この実施形態の
アクチュエータも、上記実施形態のものと同様に、電極
２ａ、２ｂ間に対する電圧の印加制御が行える簡単なス
イッチング回路で軸方向の変位を制御することができ
る。

【０１２８】次に、上記実施形態のアクチュエータと同
様に、軸方向に変位するアクチュエータの別の実施形態
について説明する。図１４はこの実施形態にかかるアク
チュエータを示す図である。図１４（Ａ）は正面図、図
１４（Ｂ）は図１４（Ａ）に示すＡ方向の矢視図、図１
４（Ｃ）は図１４（Ａ）に示すＢ方向の矢視図、図１４
（Ｄ）は図１４（Ｂ）に示すＣ−Ｃ方向の断面図であ
る。この実施形態のアクチュエータは、コイル状に巻回
した金属コイル３の上面および下面にそれぞれ圧電セラ
ミック１ａ、１ｂを形成するとともに、この圧電セラミ
ック１ａ、１ｂの表面に電極２（２ａ、２ｂ）を形成し
たものである。金属コイル３の上面に形成されている圧
電セラミック１ａは外周側の側部に沿って巻回方向に形
成されており、金属コイル３の下面に形成されている圧
電セラミック１は内周側の側部に沿って巻回方向に形成
されている。圧電セラミック１ａ、１ｂの幅は、コイル
状に巻回されている金属コイル３の幅の略１／２であ
る。なお、好ましくは圧電セラミック１ａ、１ｂの幅
は、コイル状に巻回されている金属コイル３の幅の１／
２以下である。また、圧電セラミック１ａ、１ｂは金属
コイル３の略全長にわたって形成されている。さらに、
この実施形態の圧電セラミック１ａ、１ｂは、電極２
ａ、２ｂ−金属コイル３間に電圧が印加されると（電極
２ａ、２ｂに正、金属コイル３に負）、図１４（Ｄ）に
おいて紙面に対して垂直方向に伸びるように分極調整が
なされている。

【０１２９】次に、この実施形態のアクチュエータの製
造工程について説明する。この実施形態のアクチュエー
タの製造工程は、図５に示したものと略同じである。ま
ず、最初に水熱合成により金属コイル３の上面および下
面に圧電セラミック１ａ、１ｂを形成する。このとき、
金属コイル３の上面については外周側の必要な部分にの
み圧電セラミック１ａを形成し、金属コイル３の下面に
ついては内周側の必要な部分にのみ圧電セラミック１ｂ
を形成する。

【０１３０】ここで、水熱合成により金属コイル３の略
全長にわたって圧電セラミック１ａ、１ｂを形成した場
合、圧電セラミック１ａ、１ｂは分極方向が金属コイル
３に向かう向きであり、電極２ａ、２ｂ−金属コイル３
間に電圧を印加した場合（電極２ａ、２ｂに正、金属コ
イル３に負）紙面に対して垂直方向に伸びる向きに分極
調整がなされている。したがって、上記図５のアクチュ
エータの製造工程で説明した、圧電セラミック１ａ、１
ｂの分極を解消し、再度分極方向を調整する分極処理に
ついては行わなくてもよい。

【０１３１】また、水熱合成を利用しないで、他の方法
で圧電セラミック１ａ、１ｂを金属コイル３の略全長に
わたって形成し、上記焼成工程を行って圧電セラミック
１を焼き固め、その後上述した方法で圧電セラミック１
ａ、１ｂの表面に電極２ａ、２ｂを形成し、分極処理、
エージングを行ってもよい。以上の工程により、この実
施形態のアクチュエータが製造される。

【０１３２】このように、この実施形態のアクチュエー
タも簡単に製造でき、手間のかかる工程がないので安価
にできる。

【０１３３】次に、この実施形態のアクチュエータの動
作について説明する。アクチュエータの電極２ａ、２ｂ
−金属コイル３間に電圧を印加すると（電極２ａ、２ｂ
に正、金属コイル３に負）、圧電セラミック１ａ、１ｂ
の変位により金属コイル３が幅方向にねじれ、金属コイ
ル３が軸方向に伸びる。このように、この実施形態のア
クチュエータは電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加すること
によって軸方向に変位する。また、この実施形態のアク
チュエータも、上記実施形態のものと同様に、電極２
ａ、２ｂ間に対する電圧の印加制御が行える簡単なスイ
ッチング回路で軸方向の変位を制御することができる。

【０１３４】さらに、図１４に示したアクチュエータに
対して、図１５に示すように金属コイル３の上面および
下面にそれぞれ圧電セラミック１ｃ、１ｄを追加しても
よい。圧電セラミック１ｃ、１ｄは、表面に形成されて
いる電極２ｃ、２ｄ−金属コイル３間に電圧が印加され
たとき、図１５（Ｄ）において紙面に対して垂直方向に
縮むように分極調整がなされている。したがって、電極
２ａ〜２ｄ−金属コイル３間に電圧を印加すると（電極
２ａ〜２ｄに正、金属コイル３に負）、図１４に示した
アクチュエータよりも金属コイル３に生じるねじれが大
きい。したがって、この実施形態のアクチュエータは図
１４に示したものよりも軸方向に一層大きな変位を生じ
る。

【０１３５】また、図１５に示したアクチュエータでは
金属コイル３の上面および下面にそれぞれ２本ずつ圧電
セラミック１ａ〜１ｄを並べて形成しているが、上面ま
たは下面の一方の面にのみ圧電セラミック１が２本並べ
られたものであってもよい。なお、水熱合成により金属
コイル３の上面および下面に圧電セラミック１ａ〜１ｄ
を形成した場合には、圧電セラミック１ｃ、１ｄの分極
方向も金属コイル３に向かう向きになっているため、上
記図２のアクチュエータの製造工程で説明した、圧電セ
ラミック１ａ、１ｂの分極を解消し、再度分極方向を調
整する分極処理が行われる。

【０１３６】このように図１３〜図１５に示したアクチ
ュエータはコイルの軸方向に変位する点で上記図１に示
したアクチュエータと異なっているが、上述したように
図１に示したアクチュエータと同様に、その製造工程に
おいて手間のかかる工程がないことから、簡単に製造で
きるので安価である。

【０１３７】また、上記図１３に示したアクチュエータ
ではコイル状に形成した圧電セラミック１の上面および
下面に該圧電素子１の幅よりも狭い電極１ａ、１ｂを形
成するとしたが、図１１に示すようにコイル状に形成し
た圧電セラミック１の内周面および外周面に該圧電素子
１の高さよりも低い電極１ａ、１ｂを形成しても同様の
効果を奏するアクチュエータを得ることができる。

【０１３８】また、上記図１４に示したアクチュエータ
では金属コイル３の上面および下面にこの金属コイル３
の幅よりも狭い圧電セラミック１ａ、１ｂ、および電極
１ａ、１ｂを形成するとしたが、図１７に示すように金
属コイル３の内周面および外周面に該金属コイル３の高
さよりも低い圧電セラミック１ａ、１ｂ、および電極１
ａ、１ｂを形成しても同様の効果を奏するアクチュエー
タを得ることができる。

【０１３９】さらに、上記図１５に示したアクチュエー
タでは金属コイル３の上面および下面にこの金属コイル
３の幅よりも狭い圧電セラミック１ａ〜１ｄ、および電
極１ａ〜１ｄを形成するとしたが、図１８に示すように
金属コイル３の内周面および外周面に該金属コイル３の
高さよりも低い圧電セラミック１ａ〜１ｄ、および電極
１ａ〜１ｄを形成しても同様の効果を奏するアクチュエ
ータを得ることができる。

【０１４０】上記実施形態のアクチュエータは、軸方向
に変位することから、例えば自動車等のサスペンション
バネとしての利用が考えられる。圧電セラミック１を適
用したアクチュエータは周知のように振動のセンシング
および電圧の印加制御による振動の減衰を電子的に制御
することができるので柔軟な制御が行えると言われてい
る。また、オイルダンパが不要になることから、適用し
た自動車についてはコストを大幅にダウンさせることが
できる。

【０１４１】また、自動車等で利用されている燃料噴射
装置バルブの調整構造において、ニードルの駆動機構部
として上記アクチュエータを用いてもよい。

【０１４２】また、上述した全ての実施形態において、
圧電セラミック１または金属コイル３の形状を図１９
（Ａ）や図１９（Ｂ）に示す形状に形成してもよい。図
１９（Ａ）、（Ｂ）に示す形状は、一般にたけのこバネ
と呼ばれる形状であり、特に軸方向に大きな変位が得ら
れるバネ形状である。図１９（Ａ）、（Ｂ）は、たけの
こバネの断面を示している。

【０１４３】次に、この発明の別の実施形態のアクチュ
エータについて説明する。図２０（Ａ）はこの実施形態
にかかるアクチュエータを示す図であり、図２０（Ｂ）
はこのアクチュエータの下面図（図２０（Ａ）に示すＡ
方向の矢視図）である。この実施形態のアクチュエータ
は、帯状の圧電セラミック１の上面にその幅が圧電セラ
ミック１の幅の半分以下である電極２ａを一方の側部に
沿って形成し、帯状の圧電セラミック１の下面にその幅
が圧電セラミック１の幅の半分以下である電極２ｂを他
方の側部に沿って形成したものである。この図からも明
らかなようにこの実施形態のアクチュエータは、上記図
１３に示したアクチュエータにおける圧電セラミック１
を帯状（所謂トーションバー）にしたものである。

【０１４４】また、このトーションバー型のアクチュエ
ータの別の実施形態としては図２１および図２２に示す
ものが考えられる。図２１は図１４に示したアクチュエ
ータにおける金属コイル３を帯状の金属板３ａに置き換
えたものであり、図２２は図１５に示したアクチュエー
タにおける金属コイル３を帯状の金属板３ａに置き換え
たものである。

【０１４５】図２０〜図２２に示したアクチュエータ
は、それぞれ図１３〜図１５に示したアクチュエータと
略同様の工程で製造できる。

【０１４６】なお、図２２では金属板３ａの両面にそれ
ぞれ２本の圧電セラミック１ａ〜１ｄを並べて形成した
ものを示しているが、２本の圧電セラミック１が形成さ
れている面はどちらか一方の面だけであってもよい。

【０１４７】次に、これらのアクチュエータの動作につ
いて説明する。図２０〜図２２に示したアクチュエータ
は、電極２ａ、２ｂ間（図２０）、電極２ａ、２ｂ−金
属板３ａ間（図２１）、電極２ａ〜２ｄ−金属板３ａ間
（図２２）に、電圧を印加したときに、図中に示す方向
にねじれが生じる。

【０１４８】上記図２０〜図２２に示したアクチュエー
タの利用例としては、図２３に示すようにアクチュエー
タにフラッパ３０を取り付け、電圧の印加制御によって
生じる、ねじれで該フラッパ３０を図中に示す矢印方向
に回動させるものが考えられる。

【０１４９】さらに、この発明の別の実施形態にかかる
アクチュエータについて説明する。図２４はこの実施形
態のアクチュエータを示す図であり、図２４（Ａ）は上
面図、図２４（Ｂ）は図２４（Ａ）に示すＡ−Ａ方向の
断面図である。この実施形態のアクチュエータは、図１
または図５に示したコイルバネ形状のアクチュエータを
ゼンマイ形状にしたものである。なお、図中に示す３５
はうず状（ゼンマイ形状）に巻回した圧電セラミック１
または金属コイル３の中心に取り付けたシャフトであ
る。

【０１５０】なお、図２５（Ａ）は図１に示したアクチ
ュエータをゼンマイ形状としたアクチュエータについて
図１９（Ｂ）に示すＢ部の構成を示す図であり、図２５
（Ｂ）は図５に示したアクチュエータをゼンマイ形状と
したアクチュエータについて図２４（Ｂ）に示すＢ部の
構成を示す図である。

【０１５１】また、この実施形態のアクチュエータにつ
いては、図１、図５に示したアクチュエータと略同様の
方法で製造できる。製造工程についてはここでは説明を
省略する。

【０１５２】なお、図２および図３に示した方法では製
造できない。

【０１５３】この実施形態のアクチュエータは、電極２
ａ、２ｂ間または電極２ａ、２ｂ−金属コイル３間に電
圧を印加すると、うず状に巻回しているコイル部分にお
いてコイルの径が縮小する方向に変位する。この変位に
よりコイルの中心に設けられているシャフト３５が回転
する。

【０１５４】この実施形態のアクチュエータは、上記図
１１に示したはハードディスク装置におけるヘッドの回
転駆動に適用できる。図２６は、ヘッドをディスクの半
径方向に移動させるヘッド駆動部の構成を示す図であ
る。このヘッド駆動部に上記実施形態のコイル状のアク
チュエータが適用されている。この実施形態のアクチュ
エータは、ベース５４に回転自在に取り付けられた回転
軸５５が挿入されている。アクチュエータの内径は、回
転軸５５の外形よりも大きい。アクチュエータの一方の
端部は回転軸５５に固定されており、他方の端部はフリ
ーである。

【０１５５】なお、レバー５３は、回転軸５５に固定さ
れている。

【０１５６】上述したように、アクチュエータの電極２
ａ、２ｂ−金属コイル３間に対して電圧を印加すると、
アクチュエータは内径が小さくなる方向に変形する。こ
のアクチュエータの変形により、回転軸５５が回転す
る。この回転軸５５の回転にともなってレバー５３が回
動し、磁気ヘッド５２がディスク５１の半径方向に移動
す。したがって、アクチュエータの電極２ａ、２ｂ−金
属コイル３間に対して印加する電圧を調整し、アクチュ
エータの変形量を制御することにより、磁気ヘッド５２
をディスク５１に対して適当な位置に移動させることが
できる。

【０１５７】このように、磁気ヘッド５２を駆動する駆
動機構部の構成が簡単になることから、装置本体の小型
化、軽量化が実現できる。また、圧電セラミックは時定
数が非常に小さいことから、ディスク５１に対するアク
セスタイムを短縮することができる。また、圧電セラミ
ックは、消費電力が小さいので、装置本体の消費電力を
低下させられる。さらに、磁気ヘッド５２の位置決め制
御が電圧制御により行えるので、この駆動機構部を動作
させる回路構成を簡単にでき、本体のコストダウンが図
れる。

【０１５８】さらに、従来種々の機器、例えば時計、で
利用されているゼンマイをこのアクチュエータに置き換
えれば、巻き締められるときに機械的にエネルギーを蓄
積させて、発電することができる。さらには、後述する
ように圧電ゼンマイを積層構造とし、且つ一部をコンデ
ンサとして形成すれば電荷の蓄積が可能になり、ゼンマ
イの巻きほぐし時にも発電させることができる。

【０１５９】このようにエネルギーの発生と蓄積とが行
える上記ゼンマイ形状のアクチュエータを利用すること
で、時計等、各種機器の小型化や、コストダウンが実現
できる。

【０１６０】また、図２７に示すように両端部をうず状
に巻回してもよい。この図２７に示すアクチュエータ
は、電極２ａ、２ｂ間または電極２ａ、２ｂ−金属コイ
ル３間に電圧を印加すると、うず状に巻回している両端
部のコイル部においてコイルの径を縮小する方向に変位
するので、２本のシャフト３５ａ、３５ｂが互いに逆向
きに回転する。

【０１６１】次に、圧電セラミック１に対して並列に誘
電体を設けたアクチュエータの実施形態について説明す
る。なお、上述したどの実施形態のアクチュエータであ
っても、圧電セラミック１（１ａ〜１ｄ）に対して並列
に誘電体を設ければ、以下に示す効果が得られる。

【０１６２】周知のように、誘電体はコンデンサとして
機能する。図２８に、圧電セラミック１にコンデンサＣ
１を並列に接続した回路を示す。なお、この図において
ＰＳは電源であり、ＳＷは圧電セラミック１に対して電
圧の印加を制御（オン／オフ）するスイッチである。

【０１６３】図２８に示す回路では、スイッチＳＷを閉
じると、圧電セラミック１に電圧が印加され、上述した
ようにアクチュエータが変位する。また、スイッチＳＷ
が開されたときには、コンデンサＣ１に電荷が溜まって
いるので、圧電セラミック１においては電圧が印加され
ている状態がつづき、アクチュエータが初期状態に復帰
しない。このように、圧電セラミック１（１ａ〜１ｄ）
に対して並列に設けたコンデンサ（誘電体）により、ア
クチュエータの初期状態への復帰を制限することができ
る。また、コンデンサＣ１の容量を調整すれば、スイッ
チＳＷが開されてからアクチュエータが初期状態への復
帰を開始するまでの時間が制御できる。また、コンデン
サＣ１に溜まった電荷を放電させる放電回路を設けてお
けば、この放電回路の時定数を調整することで、スイッ
チＳＷが開されてからアクチュエータが初期状態に戻る
までの時間や、復帰時の速度制御も行える。

【０１６４】上記コンデンサＣ１はアクチュエータの動
作を制御するスイッチング回路に設けてもよいし、また
アクチュエータに一体形成してもよい。

【０１６５】以下、上記コンデンサＣ１を一体形成した
アクチュエータの製造工程について説明する。金属コイ
ル３や金属板３ａに圧電セラミック１（１ａ〜１ｄ）を
形成し、さらに圧電セラミック１の表面に電極２（１ａ
〜１ｄ）を形成するまでの工程は、上述したアクチュエ
ータの製造工程における工程と同じである。ここでは、
説明がわかりやすいように、帯状の金属板３ａの上面に
圧電セラミック１およびこの圧電セラミック１の表面に
電極２が形成されたものを例示しながら、これ以後の工
程を説明する。

【０１６６】図２９（Ａ）は、金属板３に圧電セラミッ
ク１および電極２が形成されており、分極処理が行われ
ていない状態である。ここで、圧電セラミック１および
電極２の一部（図中に破線で囲んだ部分）を他の部分か
ら切り離し、電気的に接続されていない状態にする（図
２９（Ｂ）参照）。そして、切り離した一部については
分極処理を行わないで、その他の部分に対して分極処理
を行う。すなわち、切り離した一部については高電圧を
印加しない。分極処理が完了するとエージングを行い、
エージングの完了後に上記切り離した一部と、分極処理
を施した部分とを電気的に接続する電極５を形成する
（図２９（Ｃ）参照）。

【０１６７】上記工程で製造されたアクチュエータは、
電極１−金属板３間に電圧が印加されると、分極処理が
施されていない部分については圧電逆効果が生じない
が、分極処理が施された部分において圧電逆効果が生じ
るので、所定の変位が生じる。一方、圧電セラミック１
は元々誘電体であるので、コンデンサとして機能する。
したがって、分極処理が施されていない部分が図２８に
示したコンデンサＣ１として機能する。このように、ア
クチュエータの製造工程を若干変更するだけで、誘電体
が圧電セラミック１に並列に接続されたアクチュエータ
を製造することができる。もちろん、誘電特性にまさる
他の材料でコンデンサＣ１を形成してもよい。

【０１６８】さらに、上記全ての実施形態のアクチュエ
ータに用いられる圧電セラミック１は積層型のものであ
ってもよい。積層型の圧電セラミック１は、図３０に示
すように複数枚の圧電セラミック１を電極２を挟んで積
層したものである。

【０１６９】なお、電極２は、圧電セラミック１の層間
だけでなく、アクチュエータの表裏面にも形成されてい
る。

【０１７０】バイモルフ型の圧電素子においては厚みが
薄いほど変位が大きいが、変位によって生じる力が小さ
い。しかし、複数の圧電素子を積層することで大きな力
を生じさせることができ、また大きな変位も得られるこ
とから、アクチュエータを一層小型に構成することがで
きる。また、積層されている圧電セラミック１の積層間
については固着したタイプのものであってもよいし、固
着していないタイプのものであってもよい。

【０１７１】上記積層型のアクチュエータは、例えば、
図３１に示すように、分極方向が上方向である圧電セラ
ミック１を電極２を挟んで６層に重ね合わせ、表裏面お
よび層間の電極２を交互に正極、負極として電圧を印加
した場合、各層の圧電セラミック１は電極２を挟んで上
下に位置する圧電セラミック１の伸縮方向が交互に逆方
向になる。この場合、上下に位置する圧電セラミック１
が相反する方向に変形する。このため、各層間において
生じる摩擦が、圧電セラミック１の変形を阻止する向き
に作用し、この分だけ生じる力が小さくなる。

【０１７２】そこで、図３２（Ａ）に示すように、電極
２を挟んで上下に位置する圧電セラミック１の分極方向
が逆向きになるように積層する。また、各電極２に対し
て同図に示すように結線し、電圧を印加することで上側
３層の圧電セラミック１が伸びる方向に変形し、下側３
層の圧電セラミック１が縮む方向に変形する。

【０１７３】図３２（Ａ）に示す方法は、上側３層と下
側３層との間に位置する電極２に電圧を印加しいない。
その他の電極２に対して交互に正電圧、負電圧を印加し
ている。

【０１７４】この場合、相反する方向に変形する圧電セ
ラミック１が上下に位置する箇所は、１箇所になる（図
３１に示すアクチュエータでは５ヶ所ある。）。このた
め、図３１に示すアクチュエータに比べて、圧電セラミ
ック１の変形を阻止する向きに作用する力を抑えること
ができ、より大きな力を発生させることができる。

【０１７５】また、図３２（Ａ）に示すアクチュエータ
は、以下に示すように簡単に製造できる。

【０１７６】電極２として機能するチタン基材の表裏面
に圧電セラミック１を上記水熱合成により成膜すると、
上記電極２（チタン基材）の表裏面に成膜された圧電セ
ラミック１の分極方向は電極２に向かう方向となる（図
３２（Ｂ）参照）。したがって、水熱合成により上記電
極２（チタン基材）の表裏面に圧電セラミック１を成膜
した物（図３２（Ｂ）に示す物）を３つ重ねることによ
り、図３２（Ａ）に示すアクチュエータが製造できる。

【０１７７】また、中間に配置する物については成膜さ
れた圧電セラミック１の表裏面に電極２を形成しなくて
もよい。上側と下側とに配置する物についてのみ、成膜
された圧電セラミック１の表裏面に電極２を形成すれば
よい。その理由は、中間に配置される物は、上側と下側
に配置される物に形成された電極２を共有できるからで
ある。

【０１７８】また、図３３に示すように誘電層からなる
コンデンサ６０を挟んで、図３２（Ｂ）に示す物を上下
に配置しても良い。この場合、電源回路を切って荷電を
停止してもコンデンサ６０（誘電体）に電荷が保持され
るので、変位を一定時間保つことができる。圧電セラミ
ック１は、本来誘電材料であり荷電により分極充電され
るが、内部抵抗は無限大ではないので、この内部抵抗値
に応じた時間で放電し、アクチュエータの変形が復帰す
る。より充電効率のよい誘電材を変形動作への寄与効果
の少ない箇所に配置すればより変形の保持効果が顕著に
なる。

【０１７９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、その
構造が簡単であり、製造工程に手間のかかる工程がない
ので、製造コストが安価である。また、アクチュエータ
自体も小型であるので、このアクチュエータを適用した
装置の小型化やコストダウンが容易に実現できる。

【０１８０】また、この発明によれば、コイル状やゼン
マイ状に形成された歪み素子を簡単に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態であるアクチュエータを示
す図である。

【図２】この発明の実施形態であるアクチュエータに適
用されるコイル状の圧電セラミックの製造工程を説明す
る図である。

【図３】この発明の実施形態であるアクチュエータに適
用されるコイル状の圧電セラミックの製造工程を説明す
る図である。

【図４】この発明の実施形態であるアクチュエータに適
用されるコイル状の圧電セラミックの製造工程を説明す
る図である。

【図５】この発明の別の実施形態であるアクチュエータ
を示す図である。

【図６】この発明の実施形態であるアクチュエータの応
用例を示す図である。

【図７】この発明の実施形態であるアクチュエータの応
用例を示す図である。

【図８】この発明の実施形態であるアクチュエータの応
用例を示す図である。

【図９】この発明の実施形態であるアクチュエータの応
用例を示す図である。

【図１０】この発明の実施形態であるアクチュエータの
応用例を示す図である。

【図１１】この発明の実施形態であるアクチュエータの
応用例を示す図である。

【図１２】この発明の実施形態であるアクチュエータの
応用例を示す図である。

【図１３】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図１４】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図１５】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図１６】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図１７】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図１８】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図１９】たけのこバネの断面形状を示す図である。

【図２０】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図２１】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図２２】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図２３】この発明の実施形態であるアクチュエータの
応用例を示す図である。

【図２４】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図２５】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図２６】この発明の実施形態であるアクチュエータの
応用例を示す図である。

【図２７】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タを示す図である。

【図２８】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タの等化回路を示す図である。

【図２９】この発明の別の実施形態であるアクチュエー
タの製造工程を説明する図である。

【図３０】積層型の圧電セラミックを示す図である。

【図３１】積層型の圧電セラミックを示す図である。

【図３２】積層型の圧電セラミックを示す図である。

【図３３】積層型の圧電セラミックを示す図である。

【符号の説明】

１（１ａ〜１ｄ）−圧電セラミック ２（２ａ〜２ｄ）−電極 ３−金属コイル ３ａ−金属板 ４０−型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/083 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｓ 41/187 41/22 Ｚ 41/193 41/18 １０１Ｃ 41/22 １０１Ｄ １０２ (72)発明者 高畠 大介 埼玉県上尾市菅谷３丁目105番地 株式会 社フコク内 (72)発明者 池浜 和之 埼玉県上尾市菅谷３丁目105番地 株式会 社フコク内 Ｆターム(参考） 4G031 AA06 AA11 AA12 AA32 BA10 5D068 AA01 BB01 BB03 CC11 GG24

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を備
   えたアクチュエータであって、 上記歪み素子は、コイル状に巻回されており、且つ内周
   面および外周面に電極が形成されているアクチュエー
   タ。
2. 【請求項２】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を備
   えたアクチュエータであって、 コイル状に巻回された金属コイルを備え、 少なくとも上記金属コイルの内周面または外周面の一方
   に上記歪み素子が形成されているとともに、 上記歪み素子の表面に電極が形成されているアクチュエ
   ータ。
3. 【請求項３】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を備
   えたアクチュエータであって、 上記歪み素子は、コイル状に巻回されており、 上記歪み素子の上面には、内周側または外周側の一方の
   側部に沿ってその幅が該歪み素子の幅よりも狭い電極が
   形成されており、 上記歪み素子の下面には、上面とは反対側の側部に沿っ
   てその幅が該歪み素子の幅よりも狭い電極が形成されて
   いるアクチュエータ。
4. 【請求項４】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を備
   えたアクチュエータであって、 コイル状に巻回された金属コイルを備え、 上記金属コイルの上面には、内周側または外周側の一方
   の側部に沿ってその幅が該金属コイルの幅よりも狭い歪
   み素子が形成されており、 上記金属コイルの下面には、上面とは反対側の側部に沿
   ってその幅が該金属コイルの幅よりも狭い歪み素子が形
   成されており、 さらに、上記歪み素子の表面には電極が形成されている
   アクチュエータ。
5. 【請求項５】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を備
   えたアクチュエータであって、 コイル状に巻回した金属コイルを備え、 少なくとも該金属コイルの上面または下面の一方には、
   その幅が該金属コイルの幅の２分の１以下である帯状の
   歪み素子が２本並べて形成されており、 上記歪み素子の表面には、電極が形成されているアクチ
   ュエータ。
6. 【請求項６】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を備
   えたアクチュエータであって、 上記歪み素子は、コイル状に巻回されており、 上記歪み素子の内周面には、上端または下端の一方の端
   部に沿ってその高さが該歪み素子の高さよりも低い電極
   が形成されており、 上記歪み素子の外周面には、内周面とは反対側の端部に
   沿ってその高さが該歪み素子の高さよりも低い電極が形
   成されているアクチュエータ。
7. 【請求項７】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を備
   えたアクチュエータであって、 コイル状に巻回された金属コイルを備え、 上記金属コイルの内周面には、上端または下端の一方の
   端部に沿ってその高さが該金属コイルの高さよりも低い
   歪み素子が形成されており、 上記金属コイルの外周面には、内周面とは反対側の端部
   に沿ってその高さが該金属コイルの高さよりも低い歪み
   素子が形成されており、 さらに、上記歪み素子の表面には電極が形成されている
   アクチュエータ。
8. 【請求項８】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を備
   えたアクチュエータであって、 コイル状に巻回した金属コイルを備え、 少なくとも該金属コイルの内周面または外周面の一方に
   は、その高さが該金属コイルの高さの２分の１以下であ
   る帯状の歪み素子が２本並べて形成されており、 上記歪み素子の表面には、電極が形成されているアクチ
   ュエータ。
9. 【請求項９】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を備
   えたアクチュエータであって、 上記歪み素子は帯状であり、 該歪み素子の一方の面には、一方の側部に沿ってその幅
   が該歪み素子の幅よりも狭い電極が形成されており、 上記歪み素子の他方の面には、他方の側部に沿ってその
   幅が該歪み素子の幅よりも狭い電極が形成されているア
   クチュエータ。
10. 【請求項１０】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を
    備えたアクチュエータであって、 帯状の金属板を備え、 上記金属板の一方の面には、一方の側部に沿ってその幅
    が該金属板の幅よりも狭い歪み素子が形成されており、 上記金属板の他方の面には、他方の側部に沿ってその幅
    が該金属板の幅よりも狭い歪み素子が形成されており、 さらに、上記歪み素子の表面には電極が形成されている
    アクチュエータ。
11. 【請求項１１】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を
    備えたアクチュエータであって、 帯状の金属板を備え、 上記金属板の少なくとも一方の面には、その幅が該金属
    板の幅の２分の１以下である帯状の歪み素子が２本並べ
    て形成されており、 上記歪み素子の表面には、電極が形成されているアクチ
    ュエータ。
12. 【請求項１２】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を
    備えたアクチュエータであって、 上記歪み素子は、両端部がうず状に巻回されており、且
    つ内周面および外周面に電極が形成されているアクチュ
    エータ。
13. 【請求項１３】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を
    備えたアクチュエータであって、 両端部がうず状に巻回された金属コイルを備え、 少なくとも上記金属コイルの内周面または外周面の一方
    には上記歪み素子が形成されているとともに、 上記歪み素子の表面に電極が形成されているアクチュエ
    ータ。
14. 【請求項１４】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を
    備えたアクチュエータであって、 上記歪み素子は、うず状に巻回されており、且つ内周面
    および外周面に電極が形成されており、 上記歪み素子に対して並列に誘電体が設けられているア
    クチュエータ。
15. 【請求項１５】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子を
    備えたアクチュエータであって、 うず状に巻回された金属コイルを備え、 少なくとも上記金属コイルの内周面または外周面の一方
    に上記歪み素子が形成されており、 上記歪み素子の表面に電極が形成されているとともに、 上記歪み素子に対して並列に誘電体が設けられているア
    クチュエータ。
16. 【請求項１６】 上記歪み素子に対して並列に誘電体が
    設けられている請求項１〜１３のいずれかに記載のアク
    チュエータ。
17. 【請求項１７】 上記歪み素子は、積層された歪み素子
    である請求項１〜１６のいずれかに記載のアクチュエー
    タ。
18. 【請求項１８】 円筒形の型の表面にチタンまたはチタ
    ン化合物のコーティング膜を形成し、 上記円筒形の型の表面に形成した上記コーティング膜を
    コイル状に成形し、 水熱合成により上記コイル状に成形したコーティング膜
    に圧電逆効果の性質を有する歪み素子の結晶膜を形成
    し、 上記円筒形の型から上記歪み素子を取り外す歪み素子の
    製造方法。
19. 【請求項１９】 水熱合成により上記円筒形の型から取
    り外した上記歪み素子の内周面に圧電逆効果の性質を有
    する歪み素子の結晶膜を形成する請求項１８記載の歪み
    素子の製造方法。
20. 【請求項２０】 上記円筒形の型から取り外した上記歪
    み素子の外周面にチタンまたはチタン化合物のコーティ
    ング膜を形成し、 水熱合成により上記歪み素子の外周面に形成したコーテ
    ィング膜に圧電逆効果の性質を有する歪み素子の結晶膜
    を形成する請求項１８または１９に記載の歪み素子の製
    造方法。
21. 【請求項２１】 撥水性の樹脂を基材とする円筒形の型
    の表面に親水性の領域をコイル状に形成し、 圧電逆効果の性質を有する歪み素子の微粒子を懸濁した
    溶液中に上記円筒形の型を浸漬し、該円筒形の型を引き
    上げ、 円筒形の型から付着している歪み素子を取り外す歪み素
    子の製造方法。
22. 【請求項２２】 親水性の樹脂を基材とする円筒形の型
    の表面に親水性の領域がコイル状になるように撥水処理
    を行い、 圧電逆効果の性質を有する歪み素子の微粒子を懸濁した
    溶液中に上記円筒形の型を浸漬し、該円筒形の型を引き
    上げ、 円筒形の型から付着している歪み素子を取り外す歪み素
    子の製造方法。
23. 【請求項２３】 上記円筒形の型から付着している歪み
    素子を取り外す前に、該円筒形の型に対して熱間加圧処
    理を行う請求項２１または２２に記載の歪み素子の製造
    方法。
24. 【請求項２４】 上記円筒形の型から取り外した歪み素
    子の表面または裏面の少なくとも一方に電極を形成し、 これを圧電逆効果の性質を有する歪み素子の微粒子を懸
    濁した溶液中に再度浸漬し、引き上げる請求項２１〜２
    ３のいずれかに記載の歪み素子の製造方法。
25. 【請求項２５】 圧電逆効果の性質を有する歪み素子の
    微粒子を容器内に積層しながら、レーザ光を照射して上
    記歪み素子の微粒子を溶融焼結する歪み素子の製造方
    法。