JP2007028761A - 圧電アクチュエータ、これを備える駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動先端部の振幅が大きく、捻り振動がない、振動の対称性が優れる圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータを備えた、小型化、薄型化が可能な駆動機構を提供する。
【解決手段】圧電アクチュエータ１０は、圧電素子２０を含み、振動の不動点Ｇの近傍から平面方向に放射状に延在され、平面方向に屈曲振動する複数の振動体１２〜１５と、振動体１２，１３及び１４，１５が、振動の不動点を通る直線上にそれぞれが対向して配置されるとともに、隣り合う振動体の２本を１対として偶数対で構成され、振動の不動点Ｇの近傍において振動体の断面方向両側を支持する支持軸４３が設けられる支持部材４０を備え、振動体１２〜１５の駆動先端部１２ｇ〜１５ｇが、それぞれの回転方向が等しい楕円軌跡で回転されるとともに、複数の振動体１２〜１５の駆動先端部の少なくとも一つがロータ６０の側面に当接し、ロータ６０を回転する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、複数の振動体を有する圧電アクチュエータと、これを備える駆動機構に関する。

従来、被駆動体としてのロータと、このロータの外周面または内周面に多数個配置するとともに、２個の超音波振動子（圧電素子）を直交配置した駆動子（振動体）と、この駆動子を前記ロータの外周面または内周面に押し付ける与圧手段と、前記２個の超音波振動子に接続される位相の異なる交流電源を備える超音波モータ（圧電アクチュエータ）というものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、正方形断面を有する角棒が中央部で直交する構造を持つ十字形弾性体のそれぞれの角棒の隣り合う長方形面に圧電体を接着して十字形振動体を構成し、この十字形振動体のそれぞれの角棒が交差する中央部を介して固定することにより平面内に十字形振動体を複数配列し、圧電体に電圧を印加して角棒に直交する２次の撓み振動を同時に励振して、十字形振動体の撓み振動の腹近傍の位置から、機械出力を取り出す平面型超音波アクチュエータというものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１５２６７１号公報（第５頁、図１、図８） 特開平２−２０２３７９号公報（第３頁、図２、図３）

このような特許文献１では、２個の超音波振動子を直交配置した駆動子を被駆動体の外周面または内周面に複数配置し、しかも複数の駆動子それぞれに与圧手段を備えているために、部品数が増加することからコスト低減が困難である他、小型化が困難であるという課題を有している。

また、この駆動子を駆動する方法としては、駆動子の被駆動体との接点部位を楕円回転軌跡で回転力を得るために、２個の超音波振動子それぞれに位相の異なる電荷を印加する必要があり、駆動回路が複雑になるという課題もある。

また、前述した特許文献２による駆動形態は、直交する十字形弾性体の平面外（断面方向）振動による駆動形態であり、被駆動体は、この十字形弾性体において搬送されるため、薄型化をはかることが困難であり、さらに、被駆動体を駆動（搬送）するためには、この十字形弾性体を多数個配置しなければならず、小型化やコストの低減が困難であるという課題を有している。

さらに、特許文献１では、２個の超音波振動子の直交部位が駆動点であり、特許文献２では、十字形弾性体の直交部位を固定支持しているために、共に振動の反作用による繰り返しの振動の交番荷重が加わることから、疲労破壊が発生しやすいことが予測される。

本発明の目的は、上述の課題を解決することを要旨とし、駆動先端部の振幅が大きく捻り振動がなく、振動の対称性が優れる長寿命の圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータを備えた、小型化、薄型化が可能な駆動機構を提供することである。

本発明の圧電アクチュエータは、圧電素子を含み、振動の不動点の近傍から平面方向に放射状に延在され、平面方向に屈曲振動する複数の振動体を備える圧電アクチュエータであって、前記振動体が、前記振動の不動点を通る直線上に配置されるとともに、隣り合う振動体の２本を１対として偶数対で構成され、前記振動の不動点の近傍において前記振動体の断面方向両側を支持する支持軸が設けられる支持部材を備え、前記複数の振動体の駆動先端部が、それぞれの回転方向が等しい楕円軌跡で回転されるとともに、前記複数の振動体の駆動先端部の少なくとも一つが被駆動体の側面に当接することによって、被駆動体を回転させることを特徴とする。

この発明によれば、複数の振動体が振動の不動点から平面方向に放射状に延在し、前記振動体の不動点を通る直線上に配置され、且つ、振動体が偶数対で構成されていることから振動が対称性を有し、振動体に捻り振動が発生せず、また、この不動点近傍を支持部材で支持していることから支持部近傍において振動の反作用による抗力の集中がなく疲労破壊が発生しにくいので、安定した振動を長時間にわたって継続することができる。

また、複数の振動体の駆動先端部が、それぞれの回転方向の等しい楕円軌跡で回転されるため、仮に複数の駆動先端部（例えば、２個または４個）を被駆動体に当接させることによって、駆動トルクを大きくすることができ、後述する駆動機構の駆動トルクに対する制限を少なくすることができる。

また、前記複数の振動体のそれぞれが、前記振動体の主面の平面内において屈曲振動し、前記隣り合う振動体の振動が逆位相振動であり、前記振動の不動点に対して対向する２本の振動体の振動が同位相振動であることが好ましい。

このような構造によれば、仮に隣り合う振動体の二つが回転体である被駆動体に当接する構造では、隣り合う振動体の振動を逆位相振動にすることにより、楕円回転軌跡の回転方向を一致させることができる。また、このようにすることで、あたかも不動点を基部とする音叉型振動体と同じような振動形態となり、高効率振動を実現することができる。

また、振動の不動点に対して対向する２本の振動体の振動を同位相振動とすることで、対向する振動体を一本の棒状振動体とみなすことができ、この場合、振動の不動点に対して点対称の振動形態となるため、振動のバランスがとれ振動減衰が小さい高効率振動を実現することができる。

また、本発明では、前記複数の振動体のそれぞれが、前記振動の不動点の近傍で接合されていることが好ましい。

本発明では、複数の振動体それぞれが圧電素子を含み、複数の振動体を不動点近傍で接合する構造を採用することで、振動体一つ一つを同じ形状、構成の振動体で形成することができ、圧電アクチュエータは、これらの接合する製造方法で形成することができるので、製造効率がよく、また、寸法や振動特性のばらつきが小さい圧電アクチュエータを提供することができる。

また、前記複数の振動体が、前記振動の不動点を通り直交する直線上に延在され、前記振動体の前記駆動先端部の反対側の端部が、前記振動の不動点の近傍で同じ平面内において接合されることによって、前記複数の振動体が十文字形状に形成され、前記複数の振動体の駆動先端部のうち、少なくとも一つが被駆動体に当接されて前記被駆動体を回転することが好ましい。

このように振動体を十文字形状に接合することにより、４本の振動体を接合する位置が振動の不動点となり、この振動の不動点に対して各振動体が点対称に形成されるため、被駆動体がロータ形状の回転体のとき、その外周面または内周面のどちらにも配設可能な圧電アクチュエータを実現することができる。

また、十文字形状の中心部が不動点となり、前述したように、不動点に対して対向する振動体が同位相の振動をするため捻り応力が発生しないので、疲労破壊することがなく、信頼性が高い長寿命の圧電アクチュエータを提供することができる。さらに、十文字形状にすることで、簡単な構造ながら１点駆動の他、４点駆動など多点駆動の圧電アクチュエータを実現することができる。

また、本発明では、前記複数の振動体のそれぞれの振動形態が、振動の不動点に対して点対称となる屈曲振動であり、前記振動体を前記振動の不動点の近傍で直交積層して接合し、前記複数の振動体の駆動先端部のうち、少なくとも一つが被駆動体に当接されて前記被駆動体を回転することを特徴とする圧電アクチュエータ。

このような構造では、振動体は、単純な棒状の振動体であり、この棒状の振動体を不動点近傍で直交積層して接合することで、前述した振動体の端部を接合する十文字形状の圧電アクチュエータよりも振動体１本分の厚みが増すが、２本の振動体を直交積層する単純な構造で、十文字形状の圧電アクチュエータを実現することができ、前述した４本の振動体を振動の不動点近傍で接合する圧電アクチュエータと同様な効果を奏することができる。

また、本発明の圧電アクチュエータは、前記直交積層して接合される一方の振動体の接合面の反対側に、前記一方の振動体に直交する他方の振動体を前記不動点の近傍でさらに直交積層して接合し、前記直交接合される振動体の駆動先端部のうち、少なくとも一つが被駆動体に当接されて前記被駆動体を回転することが好ましい。

この構造は、複数の振動体を交互に直交積層する構造であって、つまり、１本の振動体の表裏両面に直交する他の振動体を積層する、さらに、その上面に、不動点において直交する振動体を積層して接合する構造であって、この積層階層の数は限定されない。

このような構造にすることで、被駆動体を回転する振動体の数が増すことで、駆動の信頼性を高め、且つ、駆動トルクを高めることができる。また、被駆動体との接触面積を増すことができ、駆動の信頼性を高めることができる。この積層階層の数は、被駆動体の厚みや必要駆動トルクから任意に設定することが可能である。

また、本発明では、前記複数の振動体のそれぞれの振動形態が、振動の不動点に対して点対称となる屈曲振動であり、２本の振動体が、長手方向が平行に離間して配置され、前記２本の振動体それぞれの前記振動の不動点近傍を接続する接続腕を備えることによってＨ字形状の振動体が形成され、前記接続腕の中心近傍において前記振動体の断面方向両側を支持する支持軸が設けられる支持部材を備え、前記振動体の駆動先端部それぞれの回転方向が等しい楕円軌跡で回転されるとともに前記振動体の駆動先端部の少なくとも一つが被駆動体の側面に当接されることによって被駆動体を回転させることが望ましい。

このようなＨ型形状の圧電アクチュエータは、一対の棒状振動体の振動の不動点近傍を接続腕で接続する構造であり、接続腕の中央部を支持部材で支持するため、支持部材の振動への影響を最小限に排除することができ、構造を単純化することができる。このようなＨ型形状の振動体は、圧電素子の分極を厚み方向にし、振動体の長手方向を機械軸にそろえることで実現できる。

また、本発明の駆動機構は、前述した圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータによって回転される被駆動体と、前記圧電アクチュエータの駆動先端部を被駆動体に所定の付勢力で付勢するための付勢手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、付勢手段としては、例えば、圧電アクチュエータを被駆動体に対して半径方向に付勢するか、または、断面方向に付勢する構造があり、駆動機構の構造に対応して選択することが可能である。

この発明によれば、前述した圧電アクチュエータによる効果を駆動機構で具現化できる他、圧電アクチュエータを回転体である被駆動体に、付勢手段によって、所定の方向から、所定の付勢力を付勢するため、圧電アクチュエータの駆動先端部と被駆動体の当接を確実に行えるので、構成部材の個別の寸法のばらつきを付勢手段で吸収することができ、簡単な構造で、小型化、薄型化、低コスト化を可能にする駆動機構が実現でき、このことによって、駆動機構を備える装置に幅広く応用展開することを可能にする。

また、前記被駆動体が、前記圧電アクチュエータを挟んで対向する位置に備えられる第１の被駆動体と第２の被駆動体とから構成され、前記圧電アクチュエータを構成する振動体の駆動先端部を前記第１の被駆動体を駆動する位置、または前記第２の被駆動体を駆動する位置に切換える切換え機構を備えることを特徴とする。

このようにすることで、二つの被駆動体を任意に切換え駆動することができ、駆動源としての圧電アクチュエータ一つで、二つの駆動系列を備える駆動機構を実現できる。また、前述した圧電アクチュエータの構造から、二つの被駆動体それぞれの回転方向は同じになるが、被駆動体以降に噛合する伝達車を適宜組み合わせ構成することで、最終段の被駆動体を逆回転駆動させることが可能になる。

また、前記駆動先端部が、前記被駆動体の外周側面に付勢され、前記被駆動体を回転させることが好ましい。

この構造は、被駆動体が回転体であり、この外周側面に駆動先端部を当接し回転運動を伝達する構造であるため、構造を簡単にすることができ、また上述した切換え機構が容易に搭載できる。

また、本発明は、前記被駆動体がリング形状をなし、前記圧電アクチュエータが、前記振動体の被駆動体の内側に配置され、前記駆動先端部が、前記被駆動体の内周側面に当接することによって前記被駆動体を回転することを特徴とする。

前述した圧電アクチュエータは、リング形状の被駆動体の内側に容易に配設することが可能であり、このことから駆動機構を小型化することができる。さらに、被駆動体の内周側面に当接する駆動先端部を一つまたは複数に設定することもでき、必要とされる駆動トルクに対応して一点駆動か多点駆動かを適宜選択することを可能にする。

また、前記被駆動体の内周側面が円錐形状の斜面を有し、前記駆動先端部の全てが前記円錐形状の斜面に当接するまで、前記圧電アクチュエータを断面方向に付勢する付勢手段を備えていることが好ましい。
ここで、円錐形状の斜面としては、例えば、圧電アクチュエータを組み込む入り口方向は広い開口部、付勢される方向は狭い開口部、つまり、圧電アクチュエータが途中で停止する狭い開口部の斜面が形成される。

本発明の圧電アクチュエータは、振動の不動点近傍から放射状に延在される振動体が複数本設けられ、それぞれに駆動先端部が形成されているので、これら駆動先端部を被駆動体の内周側面に当接させる場合、内周径と駆動先端部の外周径との寸法に製造上のずれが発生した場合において、駆動先端部が内周側面に当接しないことや、被駆動体に圧電アクチュエータが組み込みができない状態が発生することが考えられるが、被駆動体の内周側面が円錐形状の斜面を有しており、付勢手段によって、駆動先端部が円錐形状の斜面に当接するまで移動させることによって、駆動先端部と被駆動体との当接を確実に行うことができる。

また、前記圧電アクチュエータを支持する支持部材が、前記圧電アクチュエータが振動した際に、前記圧電アクチュエータが自転しないための回転防止手段を備えていることが好ましい。
ここで、回転防止手段としては、詳しくは実施の形態において説明するが、支持部材に設けられる支持軸を角形状に形成する方法を選択することができる。

被駆動体の内周側面が円錐形状の斜面を有し、前記駆動先端部の全てを前記円錐形状の斜面に当接させる構造では、当接する駆動先端部の全てが同じ方向の楕円回転軌跡を有することから、圧電アクチュエータを駆動（振動）させた場合、圧電アクチュエータ自身が回転してしまうことが考えられる。そこで、本発明のように支持部材に圧電アクチュエータの回転防止手段を備えることにより、圧電アクチュエータの自転を防止することができる。また、この回転防止手段として仮に支持部材の支持軸を角形状に形成する方法を選択すれば、部品数を増加せずに自転しない簡単な構造の駆動機構を実現できる。

さらに、本発明の駆動機構は、前記被駆動体がリング形状をなし、前記圧電アクチュエータが、前記被駆動体の内側に配置され、前記駆動先端部の一つ、または隣り合う前記駆動先端部の二つが、前記被駆動体の内周側面に当接するまで半径方向に前記圧電アクチュエータを付勢する付勢手段を備えていることが望ましい。

このようにすれば、圧電アクチュエータが、駆動先端部の一つまたは二つが被駆動体の内周側面に対して確実に付勢されるため、駆動先端部と被駆動体の内周側面との確実な当接の実現と、圧電アクチュエータの自転を防止し、安定したリング形状の被駆動体への駆動力を確実に伝達することを可能にする。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る圧電アクチュエータを示し、図２は実施形態２、図３は実施形態３、図４は実施形態４に係る圧電アクチュエータを示している。図５は、実施形態５に係る駆動機構、図６は実施形態６、図７は実施形態７、図８は、実施形態８に係る駆動機構である。
（実施形態１）

図１は、本発明の実施形態１に係る圧電アクチュエータの１例を示し、（ａ）は、その平面図、（ｂ）は、図１（ａ）のＰ−Ｐ切断面を示す断面図である。図１（ａ）、（ｂ）において、圧電アクチュエータ１０は、振動体１２，１３，１４，１５の端部が十文字形状に接合部２６で接合され、その接合部２６周縁をインサート成形によって形成される支持枠４０とから構成されている。

振動体１２〜１５は、それぞれ、主面の表面側に励振電極、裏面側にアース電極（ＧＮＤ電極）が形成された圧電素子２０を補強板５０の表裏両面に接合して形成されている。補強板５０と圧電素子２０とは同じ外形形状をしており、長手方向の一方の端部は、楔形状に形成された短冊状の板状部材である。この楔形状の端部を付き合わせ接合することで、一つの十文字形状の圧電アクチュエータが形成される。

これら４本の振動体１２〜１５の接合は、剛性を有する接合剤を用いて行われ、この接合剤が電導性を有する材料の場合には、後述する励振電極との間を分離する。この接合部２６は、図１（ａ）に示すように、十文字形状をしており、その交差部中央が、各振動体を接合したときの振動の不動点Ｇである。

まず、振動体１２の電極の構成について説明する。圧電素子２０の一方の主面は、長手方向に沿って幅方向に３等分に分割された領域があり、その中央部の領域には励振電極１２ｂ、その右側には励振電極１２ａが形成されている。左側の領域には電極は形成されない。この励振電極１２ａ，１２ｂとの間は、それぞれの電極を分離するための溝２５が設けられている。

他方の主面（裏面）にはアース電極１２ｄが形成され（図１（ｂ）、参照）、アース電極１２ｄは、補強板５０に接続される。従って、補強板５０はアース電位である。補強板５０を挟んで対向する圧電素子は、電極の構成を含めて、補強板５０に対して面対称である。

振動体１２の延長線上には不動点Ｇを挟んで振動体１３が配設されており、圧電素子２０に形成されている励振電極１３ａ，１３ｂは、不動点Ｇに対して励振電極１２ａ、１２ｂとは点対称の関係である。また、振動体１３の裏面側（励振電極が形成される反対側の面）には、全面電極１３ｄが形成されている。つまり、振動体１２と振動体１３とは、不動点Ｇの近傍周囲を基部とした一本の棒状の振動体にみなすことができ、振動体１２，１３は同位相の振動を行う。従って、励振電極１２ａ，１２ｂ及び励振電極１３ａ，１３ｂに励振交流電位を印加することで、図中、破線３０，３１が連続したような振動形態で振動体１２，１３の主面の平面内において屈曲振動する。

この際、励振電極１２ａ，１２ｂ、及び励振電極１３ａ，１３ｂの領域は伸縮を繰り返すが、励振電極が形成されていない領域１２ｃ，１３ｃは伸縮しない。従って、振動体１２，１３の先端部の角部の駆動先端部１２ｇ，１３ｇは、矢印Ｈで示す方向に楕円回転軌跡で駆動する。

一方、振動体１２，１３に直交して設けられる振動体１４，１５も同様な構造で形成されている。つまり、振動体１４には、励振電極１４ａ，１４ｂ、アース電極（図示せず）、振動体１５には、励振電極１５ａ，１５ｂ、アース電極（図示せず）が形成され、それぞれ電極が形成されない領域１４ｃ，１５ｃが設けられている。振動体１４，１５とは不動点Ｇに対して点対称の関係にあり、振動体１２，１３と同様に破線３２，３３で表される振動形態で振動体１４，１５の主面の平面内において屈曲振動を繰り返す。

振動体１４，１５は、不動点Ｇの近傍周囲を基部とした一本の棒状の振動体にみなすことができ、振動体１４，１５は同位相の振動を行う。従って、振動体１４，１５の先端部の角部の駆動先端部１４ｇ，１５ｇは、矢印Ｈで示す方向に楕円回転軌跡で駆動する。

このような電極構成によって、振動体１２，１３が伸張（図中、矢印Ａ）するとき、振動体１４、１５は収縮（図中、矢印Ｂ）する逆位相の振動を行う。従って、隣り合う振動体１２，１４とは、接合部２６を基部と考え、この基部から一対の振動腕が延在される音叉型振動子と同じ振動形態をしていると考えることができ、高い振動効率が得られる。

隣り合う振動体１３と振動体１５も同様に接合部２６を基部と考え、この基部から一対の振動腕が延在される音叉型振動子と同じ振動形態をしていると考えられる。従って、本実施形態では、二対の振動椀を有している圧電アクチュエータといえる。
なお、隣り合う振動体１２，１５を一対、振動体１３，１４を一対の振動腕として考えることもできる。

このように十文字形状に形成された振動腕は、接合部２６で接合された後、インサート成形されて支持枠４０と一体化される。支持枠４０は、十文字形状の交差位置周囲を取り巻く枠部４１と、枠部４１から振動体の表裏両面に断面方向に突出される支持軸４３が形成されている。

表面側の支持軸４３と枠部４１との間には、後述する付勢部材（図５、参照）が当接する付勢部４２が形成されている。この支持軸４３は、振動の不動点Ｇの断面方向延長上に形成され、この支持軸４３によって、圧電アクチュエータ１０は、振動体の断面方向両側を第１の機枠７１と第２の機枠７５に遊嵌関係を有して支持される（図５（ｂ）、参照）。従って、この枠部４１と振動体１２〜１５の接触の範囲を上述の各振動体の基部と考えることもできる。

なお、前述した本実施形態による圧電アクチュエータ１０は、補強板５０とその両面に圧電素子２０を接合した振動体１２〜１５を接合部２６で接合し、一体化した構造を示しているが、十文字形状の一枚の補強板の所定の位置に、図１（ａ）に表す形状の圧電素子を接合する構造とすることができる。

また、図１（ａ）に二点鎖線で表される支持部材の枠部４１の平面形状に相当する圧電素子からなる基部を形成し、その基部の４辺に振動体１２〜１５を接合させて構成することも可能である。このような構造では、基部の構成を同様な形状の補強板の両面に圧電素子を接合して、各振動体と同じ厚みにしても、基部を各振動腕の総厚みに形成し、補強板を含む振動体を各辺から延在させる構造にすることもできる。

さらに、振動体１２〜１５の先端部の被駆動体に当接する位置に、ジルコニア等の硬質材料からなる半円柱形状の駆動先端部材を設ける構造を採用することもできる。

また、本実施形態では、十文字形状の振動体１２〜１５を備え、隣り合う振動腕を一対とし、二対からなる振動腕の構成について説明したが、振動腕の数は偶数対であれば、さらに多数対の振動体で構成しても、本発明を成立させることができる。

従って、前述した実施形態１によれば、４本の振動体１２〜１５が振動の不動点Ｇから平面内に放射状に延在し、振動の不動点Ｇを通る直線上に振動体１２，１３と振動体１４，１５とがそれぞれ対向して配設され、且つ、振動体が偶数対で構成されていることから、振動が不動点Ｇに対して対称性を有し、振動体１２〜１５に捻り振動が発生せず、また、この不動点Ｇ近傍を支持枠４０で支持していることから支持部２６の近傍において、振動の反作用による抗力の集中がなく疲労破壊が発生しにくいので、安定した振動を長時間にわたって継続することができる。

また、４本の振動体の駆動先端部１２ｇ〜１５ｇが、それぞれの回転方向が等しい楕円軌跡で回転されるため、複数の駆動先端部（例えば、１２ｇ，１４ｇ）を被駆動体としてのロータ６０の側面に当接させることによって（図５（ｂ）、参照）、駆動トルクを大きくすることができ、後述する駆動機構の駆動トルクに対する制限を少なくすることができる。

また、隣り合う振動体１２，１４、あるいは振動体１３，１５の振動を逆位相振動にすることにより、楕円回転軌跡の回転方向を一致させることができ、このようにすることで、あたかも不動点Ｇを基部とする音叉型振動体と同じような振動形態となり、音叉型振動体に近い高効率振動を実現することができる。

また、不動点Ｇに対して対向する振動体１２，１３、あるいは振動体１４，１５の振動を同位相振動とすることで、対向する振動体を一本の棒状振動体とみなすことができ、この場合、不動点Ｇに対して点対称の振動形態であるため、振動の振幅を大きくすることができる他、振動のバランスがとれ振動減衰が小さい高効率振動を実現することができる。

さらに、振動体１２〜１５のそれぞれが圧電素子２０を含み、複数の振動体を不動点Ｇ近傍で接合する構造を採用することで、振動体一つ一つを同じ形状、構成の振動体で形成することができ、本発明の圧電アクチュエータは、これらの振動体１２〜１５を接合するという製造方法で形成することができるので製造効率がよく、また、寸法や振動特性のばらつきが小さい圧電アクチュエータを提供することができる。

本実施形態では、振動体を十文字形状に接合することにより、４個の振動体１２〜１５を接合する位置が振動の不動点Ｇとなり、この振動の不動点Ｇに対して各振動体が点対称に形成されるため、被駆動体がロータ形状の回転体のとき、その外周面駆動または内周面駆動のどちらにも対応可能な圧電アクチュエータを実現することができる。

また、十文字形状の中心部が不動点Ｇとなるので、捻り振動による捻り応力が発生しないので、疲労破壊することがなく、信頼性が高い長寿命の圧電アクチュエータを提供することができる。さらに、十文字形状にすることで、簡単な構造ながら後述する１点駆動の他、２点駆動、４点駆動などにより高トルク駆動機構を実現することができる。
（実施形態２）

続いて、本発明に係る実施形態２について図面を参照して説明する。本実施形態は、２本の棒状の振動体を直交積層し接合したところに特徴を有する。
図２は、本実施形態２に係る圧電アクチュエータ１００を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＰ−Ｐ切断面を示す断面図である。図２（ａ）、（ｂ）において、圧電アクチュエータ１００は、２本の断面形状が四角形の振動体１１２，１１３が、それぞれの振動の不動点Ｇの周囲において直交積層し接合されて形成されている。

振動体１１２，１１３は、同じ形状、同じ構成であり、振動体１１２，１１３は、補強板５０の表裏両面に圧電素子２０が接合されて構成されている。代表して振動体１１２を例にあげ詳しく説明する。振動体１１２の圧電素子２０の一方の主面（表面）は、長手方向に沿って幅方向に３等分された領域を有し、幅方向両側の領域は、さらに中央で２等分された領域を有している。

この分割された領域に励振電極１１２ａ，１１２ｃ，１１２ｄが形成される。他の領域１１２ｂ，１１２ｅには電極を形成しないか、検出電極が形成されている。これら励振電極は溝２５で分離されている。また、振動体１１２の他方の主面（裏面）には、全面電極１１２ｆが形成されている。この全面電極１１２ｆはアース電極（ＧＮＤ電極）であり、補強板５０に接合されることで、補強板５０は全面電極１１２ｆと同電位となる。補強板５０の裏面側には、その主面に対して面対称となる振動体１１２が接合されている。

振動体１１３も同様に分割された各領域を有し、圧電素子２０の表面には、励振電極１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｅが形成され、他の領域１１３ａ，１１３ｄには電極を設けないか、検出電極が形成され、さらに裏面側には、全面電極（図示せず）が形成されている。
すなわち、振動体１１２と振動体１１３とは、励振電極の配置が異なるだけで同じ形状、構成である。

この振動体１１２，１１３は、振動の不動点Ｇで直交され、高剛性の絶縁性接合剤で積層接合される。この接合部近傍においてインサート成形により、振動体１１２，１１３を囲むように支持枠１４０が形成される。支持枠１４０は、実施形態１と同様に、枠部１４１と支持軸１４３と付勢部１４２とが設けられている。

ここで、このように構成された圧電アクチュエータ１００の振動形態について図２（ａ）を参照して説明する。圧電素子２０は、厚み方向に分極されており、平面的に形成された励振電極に交流電圧を印加することで伸縮振動を行う。振動体１１２では、励振電極１１２ａ，１１２ｃ，１１２ｄに励振電圧を印加することで伸縮振動するが、電極が形成されていない領域（または検出電極）１１２ｂ，１１２ｅには電圧は印加されない。従って、この検出電極１１２ｂ，１１２ｅの領域の圧電素子は伸縮しないため、図中、破線で表されるような屈曲振動を繰り返す。

振動体１１３も同様に、励振電極１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｅに交流電圧を印加することで伸縮振動し、図中、破線で表すような屈曲振動を繰り返す。このような振動形態は、振動体１１２と振動体１１３とが逆位相の振動形態をしていることを示している。

従って、振動体１１２，１１３の先端部の駆動先端部１１２ｇ，１１３ｇは、矢印Ｈで表される楕円回転軌跡で振動し、被駆動体としてのロータ６０の外周部側面に当接して、ロータ６０を回転駆動する。ロータ６０は、図２（ｂ）に示すように、振動体１１２，１１３を合わせた厚みを有している。

従って、前述した実施形態２によれば、振動体１１２及び振動体１１３は、単純な棒状の振動体であり、この棒状の振動体を不動点近傍で直交積層して接合することで、前述した実施形態１による圧電アクチュエータよりも振動体１枚分の厚みが増すが、単純形状の２本の振動体１１２，１１３を直交積層する単純な構造で、十文字形状の圧電アクチュエータを実現することができ、前述した実施形態１と同様な効果を奏することができる。

なお、本実施形態では、２本の振動体１１２，１１３とを直交して形成しているが、この技術思想によれば、振動体の数は２本に限らず３本でも４本でもよいが、特に、ロータ６０との関係から選択可能であり、隣り合う振動体が逆位相の振動をするように励振電極を組み合わせることで、高トルクで被駆動体を回転駆動することができる。
（実施形態３）

続いて、本発明に係る実施形態３について図面を参照して説明する。本実施形態は、前述した実施形態２に対して振動体をさらに直交積層し接合したところに特徴を有し、振動体の一つ一つの形状、構成は、実施形態２による（図２（ａ）、参照）振動体１１２，１１３と同じ形状、同じ電極構成であるため詳細な説明と詳細な図を省略し、同じ符号を附して説明する。
図３は、実施形態３に係る圧電アクチュエータ２００を示し、（ａ）は、その平面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＰ−Ｐ切断面を示す断面図である。

図３（ａ）、（ｂ）において、圧電アクチュエータ２００は、振動体１１３に直交する振動体１１２が、振動体１１３の表裏両面に直交積層し接合されて形成されている。すなわち、振動体１１３の振動体１１２との接合面の反対側にもう一つの振動体１１２を接合して構成されている。振動体１１２，１１３に形成される励振電極、電極が構成されない領域（または検出電極）、全面電極（アース電極）の構成は、実施形態２と同じ構成である。振動体１１２は、振動の不動点Ｇの位置で、振動体１１３に直交し、交差部１１が絶縁性を有する高剛性の接合剤で接合される。そして、接合後、インサート成形によって接合部周囲を囲む支持部材１４０が形成されて一体化されている。

振動体１１３の表裏両面に接合された振動体１１２の間には空間２７が形成される。振動体１１２，１１３の先端部には、ジルコニア等の硬質材からなる駆動先端部材５１が接合されており、この駆動先端部材５１を含んで圧電アクチュエータ２００は、振動の不動点Ｇに対して平面形状が点対称で構成される。駆動先端部材５１は、２本の振動体１１２の先端部にわたって配設されている。振動体１１３に配設される駆動端部材は、振動体１１３の厚みと同じ厚みである。

振動体１１２と振動体１１３とは、前述した実施形態２と同じ構成の励振電極が形成されているため、駆動先端部１１２ｇ，１１３ｇは、実施形態２（図２（ａ）、参照）と同じ楕円回転軌跡を有して回転し、被駆動体（ロータ６０）を回転駆動することができる。

なお、二つの振動体１１２の間の空間２７には、振動体１１２の振動を妨げない程度の柔軟性を有する充填材を充填することができる。

また、振動体１１２，１１３の先端部に接合される駆動先端部材５１は、必ずしもなくてもよく、振動体１１２，１１３の先端部を直接、被駆動体に当接する構造にしてもよい。

さらに、本実施形態では、振動体１１３の表裏両面に一対の振動体１１２を直交積層し接合しているが、振動体１１２の一方の表面に、直交する振動体１１３をさらに接合して、２枚構成の振動体１１３にする構成にすることも可能で、このようにすれば、二対の直交した振動体構成となり、それぞれの振動及び駆動トルクが同じとなり安定性を増す。また、振動体１１２と振動体１１３を一対の組み合わせとし、複数対の組み合わせとすることも可能であり、さらに、振動体１１２，１１３を同様に積層することも可能であり、積層数は限定されない。

従って、実施形態３によれば、被駆動体を回転する振動体１１２，１１３の数を増すことで、駆動の信頼性を高め、且つ、駆動トルクを高めることができる。この積層階層の数は、被駆動体の厚みや必要駆動トルクから任意に設定することが可能である。
また、駆動端部材５１を設けることで、耐久性を増すことができる。
（実施形態４）

続いて、本発明の実施形態４に係る圧電アクチュエータ３００について図面を参照して説明する。実施形態４は、２本の棒状の振動体それぞれの長手方向を平行に離間して備え、これら振動体を接続腕で接続したＨ字形状の振動体であることを特徴としている。
図４は、実施形態４に係る圧電アクチュエータ３００を示し、（ａ）は、その平面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＰ−Ｐ切断面を示す断面図である。

図４（ａ）、（ｂ）において、圧電アクチュエータ３００は、振動体３１２と振動体３１３とを接続腕１６でＨ字形状に接続し、接続腕１６の中心近傍を支持枠４０でインサート成形して構成されている。振動体３１２，３１３は、Ｈ字形状の補強板３５０の表裏両面に、補強板３５０と平面形状が同じ圧電素子３２０が接合されて形成されている。

振動体３１２と振動体３１３とは、前述した実施形態２（図２（ａ）、参照）に示す振動体１１２，１１３とほぼ同じ形状で、同様な電極が形成されているので詳しくは説明しないが、振動体３１２，３１３は、圧電素子３２０の機械軸Ｙに平行に離間して設けられる。なお、Ｘ軸は圧電素子における電気軸で、Ｚ軸は光学軸である。Ｚ軸方向に分極されている。

振動体３１２の表面には、励振電極３１２ａ，３１２ｃ，３１２ｄと電極が形成されない領域３１２ｂ，３１２ｅ（または検出電極）が設けられており、振動体３１３の表面には、励振電極３１３ａ，３１３ｃ，３１３ｄと電極が形成されていない３１３ｂ，３１３ｅ（または検出電極）とが設けられている。これらの励振電極に交流電圧を印加することで、振動体３１２，３１３はそれぞれ、図中、破線で表す振動形態で振動を繰り返す。

この際、振動体３１２と振動体３１３は逆位相の関係にある振動形態を有して振動し、駆動先端部３１２ｇ，３１３ｇが、矢印Ｈで表される楕円回転軌跡で振動し、被駆動体としてのロータ６０を回転駆動する。振動体３１２，３１３は、それぞれの長手方向中央部に振動の不動点を有しているために、駆動先端部３１２ｇ，３１３ｇと反対側の端部の振動形態は不動点に対して点対称の振動形態である。

このような振動形態のとき、接続腕１６の中央部は、圧電アクチュエータ３００全体の不動点Ｇであるため、この不動点Ｇの周囲を支持枠４０で覆っても振動には影響しない。圧電アクチュエータ３００は、駆動先端部３１２ｇ，３１３ｇが共にロータ６０に当接するまで、付勢手段（図示せず）によって矢印Ｃ方向に付勢される。

支持枠４０には、前述した実施形態１，２に示す機能を有する枠部４１と支持軸４３と、付勢手段が当接する付勢部４２と、が形成されている。

従って、この実施形態４によるＨ字形状の圧電アクチュエータ３００は、一対の棒状振動体３１２，３１３の振動の不動点近傍を接続腕１６で接続する構造であり、接続腕の中央部（圧電アクチュエータ３００の不動点）を支持部材４０で支持するため、支持部材４０の振動への影響を最小限に排除することができ、構造を単純化することができる。
また、振動体３１２，３１３が同じ平面内に形成されるため、薄型化には好適な構造である。
（実施形態５）

次に、本発明に係る駆動機構について図面を参照して説明する。実施形態５に係る駆動機構には、前述した実施形態１〜実施形態４に記載の圧電アクチュエータを駆動源として搭載して構成することが可能であるが、どれも応用範囲のうちに含まれるので、実施形態１（図１、参照）に示す圧電アクチュエータ１０を搭載する例をあげ説明する。
図５は、実施形態５による駆動機構１を示し、（ａ）は、部分平面図、（ｂ）は、図５（ａ）の矢印Ｄ方向から視認した部分側面図である。

図５（ａ）、（ｂ）において、駆動機構１は、基本構成として圧電アクチュエータ１０と、被駆動体としてのロータ６０と、ロータ６０に圧電アクチュエータ１０を付勢する付勢手段としてのバネ８０と、を備えて構成されている。図５（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ１０とロータ６０とは、第１の機枠７１と第２の機枠７５とによって軸支されている。

圧電アクチュエータ１０は、第１の機枠７１と第２の機枠７５のそれぞれに開設される長孔７２と長孔７６とによって軸支されるが、長孔７２，７６は、圧電アクチュエータ１０の中心（不動点Ｇ）とロータ６０の回転中心６２を結ぶ直線方向に長く、幅は、圧電アクチュエータ１０の支持軸４３の直径より僅かに大きく形成されている。つまり、圧電アクチュエータ１０は、ロータ６０の回転中心Ｆの方向に移動可能である。また、ロータ６０は、支持軸６２が第１の機枠７１及び第２の機枠７５とによって回転可能に軸支される。

圧電アクチュエータ１０の支持枠４０に形成されている付勢部４２には、付勢手段としてのバネ（コイルバネ）８０が当接され、圧電アクチュエータ１０の駆動先端部１２ｇ，１４ｇを、ロータ６０の外周側面６１に所定の付勢力で付勢している。

バネ８０は、第２の機枠７５に設けられたバネ案内壁７３から突設されたバネ案内軸７４に装着され、平面位置、断面位置が規制されている。

なお、本実施形態では、振動体１２と振動体１４の２箇所がロータ６０に当接する例を示しているが、振動体１２〜１５の駆動先端部１２ｇ〜１５ｇは、同じ方向に楕円回転軌跡を有するため、隣り合う振動体であればどの組み合わせでロータ６０に当接しても、回転駆動の伝達は可能である。

また、上述したような、振動体１２と振動体１４のような一対の組み合わせによる駆動の他、例えば、振動体１２の駆動先端部１２ｇを単独でロータ６０に当接しても、ロータ６０を回転駆動することが可能である。このような場合は、バネ８０による圧電アクチュエータ１０の付勢方向は、圧電アクチュエータ１０の不動点Ｇと駆動先端部１２ｇとロータ６０の回転中心６２とが概ね直線上にのるように設定することが最も駆動力の伝達効率を高めることができる。

従って、前述した実施形態５による駆動機構１によれば、前述した圧電アクチュエータ１０が奏する効果を駆動機構１で実現できる他、圧電アクチュエータ１０を被駆動体であるロータ６０に、バネ８０によって、所定の方向から、所定の付勢力を付勢するため、構成部材の個別の寸法のばらつきをバネ８０で吸収することができ、駆動先端部１２ｇ，１４ｇとロータ６０との当接をバランスよく確実に行えるため、簡単な構造で、小型化、薄型化、低コスト化を可能にする駆動機構１が実現でき、このことによって、駆動機構を備える装置に幅広く応用展開することを可能にする。

なお、ロータ６０の形状は、図５（ｂ）では厚さが一様であるが、ロータ６０を間歇駆動する場合には、外周側面６１の厚みを残し、他の中実部の厚みを薄くするなどにより、軽く、慣性を小さくすることで起動性を高めることができる。また、ロータ６０の慣性を大きくすれば、定速回転を継続する場合に慣性車として用いることも可能である。
（実施形態６）

続いて、本発明の駆動機構に係る実施形態６について図面を参照して説明する。実施形態６は、被駆動体を２個備え、前述した圧電アクチュエータ一つで２個の被駆動体を切換え駆動するための切換え機構を備えるところに特徴を有している。ここでは、圧電アクチュエータとして実施形態１に記載の圧電アクチュエータ１０を用いた例を示して説明する。

図６は、実施形態６に係る駆動機構２を示し、（ａ）は、その部分平面図、（ｂ）は、図６（ａ）において矢印Ｄ方向から視認した部分側面図である。図６（ａ）、（ｂ）において、本実施形態の駆動機構２は、基本構成として、第１の被駆動体としてのロータ６０と、第２の被駆動体としてのロータ６３と、このロータ６０，６３の間に配設される圧電アクチュエータ１０と、この圧電アクチュエータ１０をロータ６０またはロータ６３の方向に位置を切換えるための切換え機構とから構成されている。

切換え機構は、揺動レバー９０と、揺動レバー９０を軸止する揺動レバー軸９２（図６（ｂ）参照）と、揺動レバー軸９２に噛合する揺動レバー駆動車９５と、図示しないモータとから構成されている。揺動レバー軸９２は、第１の機枠７１と第２の機枠７５との間で軸支されており、歯車９４を備えている。また歯車９４の上部には揺動レバー固定軸部９３が設けられ、この揺動レバー固定軸部９３に揺動レバー９０の一方の端部が軸止されている。

揺動レバー９０は、短冊形状の板部材からなり、揺動レバー固定軸部９３に軸止される反対側の端部には、長手方向に長い長孔９１が開設されている。この長孔９１は、幅方向は、圧電アクチュエータ１０の支持軸４４が挿着され、幅方向は、圧電アクチュエータ１０の移動を規制し、長手方向においては、この長孔９１内を圧電アクチュエータ１０が移動可能な寸法に設定されている。

圧電アクチュエータ１０の基本構成は、前述した実施形態１（図１、参照）と同じであるが、一方（図中、下方側）の支持軸４３は、第１の機枠７１に開設される長孔７２に軸支され、他方（図中、上方側）の支持軸４４は、前述した揺動レバー９０の長孔９１によって軸支されている。第１の機枠７１に開設される長孔７２は、ロータ６０及びロータ６３それぞれの回転中心Ｆを結ぶ直線上に長く、その幅は、圧電アクチュエータ１０の幅方向への移動を規制するように設定されている。なお、ロータ６０，６３は共に第１の機枠７１、第２の機枠７５によって回転可能に軸支されている。

次に、切換え機構による圧電アクチュエータ１０の切換え駆動について説明する。
まず、図示しないモータを回転し、揺動レバー駆動車９５を反時計回りに回転する。揺動レバー駆動車９５に設けられる歯車９６と揺動レバー軸９２に設けられる歯車９４とは噛合しているので、揺動レバー軸９２は時計回りに回動し、揺動レバー９０によって圧電アクチュエータ１０がロータ６０に当接するまで揺動する。

圧電アクチュエータ１０は、駆動先端部１２ｇ，１４ｇがロータ６０の外周側面に当接する。駆動先端部１２ｇ，１４ｇは、前述したように矢印Ｈに示す楕円回転軌跡で振動し、ロータ６０を反時計回り（矢印Ｊ方向）に回転する。この際、駆動先端部１２ｇ，１４ｇは、図示しないモータによって所定の押圧力が加えられている。

次に、図示しないモータを回転し、揺動レバー駆動車９５を時計回りに回転する。揺動レバー駆動車９５の歯車９６と揺動レバー軸９２の歯車９４とは噛合しているので、揺動レバー軸９２は反時計回りに回動し、揺動レバー９０によって圧電アクチュエータ１０がロータ６３に当接するまで揺動する。

この際、圧電アクチュエータ１０は、駆動先端部１３ｇ，１５ｇがロータ６３の外周側面に当接する（図中、二点鎖線で表す）。駆動先端部１３ｇ，１５ｇは、前述したように矢印Ｈに表される楕円回転軌跡で振動し、ロータ６３を反時計回り（矢印Ｌ方向）に回転する。この際、駆動先端部１３ｇ，１５ｇは、図示しないモータによって所定の押圧力が加えられている。

ロータ６０，６３は、共に反時計回りに回転するが、ロータ以降に設けられる伝達歯車（図示しない）の数を偶数にするか、奇数にするか選択することで、最終段の被駆動体の回転方向を逆にすることが可能である。

切換え機構による圧電アクチュエータ１０の位置切換えは、ユーザーが手動スイッチなどで、モータの回転方向を切換える方法や、予め用意されたプログラムに沿って自動的に切換え駆動をする方法によって行うことができ、モータに所定の付加トルクが付加されたときに停止させることで、圧電アクチュエータ１０のロータ６０，６３への付勢力を一定に保持することができる。

従って、前述した実施形態６による駆動機構２は、切換え機構によって、二つのロータ６０，６３を任意に選択的に切換え駆動することができ、一つの圧電アクチュエータ１０で二つの駆動系列を備える駆動機構を実現できる。また、前述した圧電アクチュエータの構造から、ロータ６０，６３それぞれの回転方向は同じになるが、ロータ以降に設けられる伝達歯車（図示しない）の数を偶数にするか、奇数にするか選択することで、最終段の被駆動体の回転方向を逆にすることが可能な駆動機構を実現できる。
（実施形態７）

続いて、本発明の実施形態７に係る駆動機構について図面を参照して説明する。実施形態７は、前述した実施形態１，２が被駆動体（ロータ）の外周側面に圧電アクチュエータ１０を当接する外周駆動型の駆動機構であるのに対して、内周駆動型であることを特徴としている。
図７は、実施形態７に係る駆動機構を示し、（ａ）は、その平面図で、第１の機枠７１、第２の機枠７５を省略している。（ｂ）は、図７（ａ）のＰ−Ｐ切断面を示す断面図である。図７（ａ）、（ｂ）において、この駆動機構３は、リング形状の被駆動体としてのロータ１６０と、ロータ１６０の内側に配設される圧電アクチュエータ４００とから構成されている。

圧電アクチュエータ４００は、振動体１２〜１５の構成は前述した実施形態１（図１、参照）と同じであるが、先端部には、駆動先端部１２ｇ〜１５ｇに相当する位置に駆動端部材１５１が設けられているところが異なる。従って、駆動端部材１５１も前述した実施形態と同様な楕円回転軌跡を描いて振動する。

ロータ１６０は、リング形状で、ロータ１６０の内周側面には斜面１６１が形成されている。斜面１６１は、圧電アクチュエータ４００の装着方向（図中、上方）が広く、装着先方向（図中、下方）が狭い円錐形状を有している。また、ロータ１６０の外周部には歯車１６２が形成され、伝達車６５の歯車６６と噛合している。
なお、歯車１６２は、ロータ１６０が駆動機構の最終段である場合には必要としない。

圧電アクチュエータ４００は、前述した実施形態と同様に支持部材２４０によって、第１の機枠７１と第２の機枠７５とによって支持されている。ここで、支持部材２４０に設けられる第１の機枠７１と嵌合する支持軸２４３は、外周部が四角形に形成されて、第１の機枠に開設される四角孔に挿着され、支持軸２４３と四角孔とは遊嵌の関係にあり、第１の機枠７１との間で、支持軸２４３の軸方向には移動可能で、圧電アクチュエータ４００の回転を防止する機能を備える。

支持軸２４３とは振動体を挟んで逆方向に設けられる支持軸２４２は、円柱状の軸であり、第２の機枠に７５に軸支されるが、軸方向（断面方向）には移動可能で、圧電アクチュエータ４００が断面方向に移動する範囲において、第２の機枠７５との嵌合が外れない程度の長さを有する。

支持部材２４０に形成されている支持軸２４２には、円盤状のバネ８５が挿着されており、第２の機枠７５を組み込むことで、圧電アクチュエータ４００が斜面に沿って断面方向に移動し、圧電アクチュエータ４００を斜面１６１に付勢する。ロータ１６０の平面位置は、振動体１２〜１５の先端に設けられる駆動端部材１５１の全てが斜面１６１に当接することで規制されるように、半径方向に移動可能となっている。つまり、ロータ１６０の平面位置は圧電アクチュエータ４００によって規制されている。

なお、４箇所の駆動端部材１５１が斜面１６１に当接するときに接触線Ｍは、ほぼ水平になるように設定される。また、バネ８５で圧電アクチュエータ４００を斜面１６１に対して付勢することで、各振動体とロータ１６０との当接関係が一様となり、また、付勢力が一定範囲内で概ね一定となり、安定した駆動力を伝達することができる。

また、ロータ１６０の上下面は、第１の機枠７１及び第２の機枠７５に設けられるリング状の凸部によって支持されているため、ロータ１６０と第１の機枠７１、第２の機枠７５との接触面積を減らし、摩擦負荷を減ずることを可能にしている。

駆動端部材１５１は、実施形態１で表す楕円回転軌跡を描くため、ロータ１６０は、時計回りに回転し、歯車１６０と噛合する伝達車６５を反時計回りに回転させる。
なお、ロータ１６０が、被駆動体として最終段にある場合には、外周部の歯車１６２や伝達車６５は不要である。

従って、前述した実施形態７によれば、リング形状のロータ１６０の内側に圧電アクチュエータ４００が配設されるため、小型化を容易にする。
また、振動体１２〜１５のそれぞれに設けられる駆動端部材１５１をロータ１６０の内周側面に当接させる場合、内周径と駆動端部材１５１の外周径との寸法に製造上のずれが発生した場合において、駆動先端部材が内周側面に当接しないことや、ロータ１６０に圧電アクチュエータ１０の組み込みができない状態が発生することが考えられるが、ロータ１６０の内周側面が円錐形状の斜面１６１を有しており、ばね８５によって、駆動端部材１５１を斜面１６１に当接するまで移動させることによって、駆動端部材１５１とロータ１６０との当接を確実に行うことができる。

また、駆動端部材１５１の全てを斜面１６１に当接させる構造において、当接する駆動端部材１５１の全てが同じ方向の楕円回転軌跡を有することから、圧電アクチュエータ４００を駆動（振動）させた場合、圧電アクチュエータ４００自身が回転（自転）してしまうことが考えられる。そこで、本実施形態のように支持部材２４０に圧電アクチュエータ４００の回転防止手段としての四角形の支持軸２４３を備えることにより、部品数を増やさずに圧電アクチュエータ１０の自転を防止することができる。

さらに、圧電アクチュエータ４００を構成する４本の振動体１２〜１５の全てがロータ１６０に当接して回転駆動するため、高効率駆動が実現でき、高出力トルクの駆動機構を提供することができる。
（実施形態８）

続いて、本発明の実施形態８について図面を参照して説明する。実施形態８は、前述した実施形態７（図７、参照）の技術思想を基本とし、圧電アクチュエータの隣り合う一対の振動体をロータに内接させて回転駆動することを特徴とし、圧電アクチュエータは実施形態１（図１、参照）に示す圧電アクチュエータ１０を例示し説明する。
図８は、本実施形態に係る駆動機構を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、図８（ａ）のＰ−Ｇ−Ｐ切断面を示す断面図である。

図８（ａ）、（ｂ）において、駆動機構４は、基本構成として、被駆動体としてのリング形状のロータ２６０と、ロータ２６０の内側に配設させる圧電アクチュエータ１０と、圧電アクチュエータ１０をロータ２６０の内側側面２６１に付勢する付勢手段としてのバネ８０とから構成されている。圧電アクチュエータ１０は、実施形態１において説明した圧電アクチュエータ１０と、駆動端部材１５１を付設する以外は同じであるため、詳しい説明を省略し、同じ符号を附している。

ロータ２６０は、リング形状をしており、内周側面２６１と、外周部に歯車２６２が形成されて、第１の機枠７１と第２の機枠７５それぞれに設けられる平面視円形のロータ案内壁７７，７８によって外周部が案内されている。圧電アクチュエータ１０は、バネ８０によって、振動体１２，１４それぞれに付設させる駆動端部材１５１が、ロータ２６０の内周側面２６１に当接するよう付勢されている。

第１の機枠７１と第２の機枠７５には、圧電アクチュエータ１０が、付勢される方向（図中、矢印Ｃ方向）に沿って長孔７２，７６がそれぞれ開設されており、圧電アクチュエータ１０がＣ方向前後に移動可能な構成としている。

バネ８０は、第２の機枠７５に設けられるバネ案内壁７３から突設されるバネ案内軸７４に装着され、ほぼ一定の付勢力で圧電アクチュエータ１０をロータ２６０に付勢している。振動体１２，１４それぞれの駆動端部材１５１は、実施形態１と同じ楕円回転軌跡で振動するため、ロータ２６０は時計まわり（図中、矢印方向）に回転される。ロータ２６０の回転に従い、伝達車６５が反時計回りに回転される。

なお、本実施形態では、振動体１２，１４でロータ２６０を駆動した例を説明しているが、このような内接型の駆動機構では、駆動先端部材のうちの一つをロータ２６０に当接させる構造も可能であり、この場合、バネ８０による付勢方向を振動の不動点Ｇと駆動先端部材を結ぶ直線上にすることで、安定した回転駆動力をロータに与えることができる。

従って、前述した実施形態８によれば、振動体１２，１４に付設される二つの駆動端部材１５１が、ロータ２６０に対して半径方向に確実に付勢されるため、駆動端部材１５１とロータ２６０の内側側面２６１との確実な当接を実現する。また、隣り合う２本の振動体１２，１４でロータ２６０を付勢し、また、隣り合う振動体が逆位相で振動することから、圧電アクチュエータ１０は自転せず、リング形状のロータ２６０への駆動力を確実に伝達することを可能にする。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明しているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲に逸脱することなく、以上説明した実施形態に対し、形状、材質、組み合わせ、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものでないから、それらの形状、材質、組み合わせなどの限定の一部もしくは全部の限定をはずした部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、実施形態５〜実施形態８で示した駆動機構には、実施形態１で示した圧電アクチュエータ１０を基本形として例示しているが、実施形態２〜実施形態４で示した圧電アクチュエータを採用することが可能である。

さらに、前述の実施形態１〜実施形態４では、二対の振動体を有する圧電アクチュエータを例示したが、前述したように、隣り合う振動体の振動を逆位相にすること、振動の不動点に対して対向する振動体の振動を同位相にするという条件を満たせば、多数対の振動体を有する圧電アクチュエータも実現でき、これらの圧電アクチュエータを用いる駆動機構を実現できる。

また、隣り合う振動体の振動の位相は、圧電素子の表面に形成する励振電極の構成（組み合わせ）を変えることで実現しているが、励振電極の構成は変えずに、印加する交流電圧の位相を変えることで、逆位相の振動を得ることができる。

従って、前述の実施形態１〜実施形態４によれば、駆動先端部の振幅が大きく、捻り振動がなく、振動の対称性が優れ、このことから長寿命の圧電アクチュエータを提供できる。また、この圧電アクチュエータを備えることで、小型化、薄型化、高効率駆動が可能な駆動機構を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る圧電アクチュエータを示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、図１（ａ）のＰ−Ｐ切断面を示す断面図。 本発明の実施形態２に係る圧電アクチュエータを示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、図２（ａ）のＰ−Ｐ切断面を示す断面図。 本発明の実施形態３に係る圧電アクチュエータを示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＰ−Ｐ切断面を示す断面図。 本発明の実施形態４に係る圧電アクチュエータを示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＰ−Ｐ切断面を示す断面図。 本発明の実施形態５に係る駆動機構を示し、（ａ）は、部分平面図、（ｂ）は、図５（ａ）において矢印Ｄ方向から視認した部分側面図。 本発明の実施形態６に係る駆動機構を示し、（ａ）は、部分平面図、（ｂ）は、図６（ａ）において矢印Ｄ方向から視認した部分側面図。 本発明の実施形態７に係る駆動機構を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、図７（ａ）のＰ−Ｐ切断面を示す断面図。 本発明の実施形態８に係る駆動機構を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、図８（ａ）のＰ−Ｇ−Ｐ切断面を示す断面図。

符号の説明

１〜４…駆動機構、１０，１００，２００，３００，４００…圧電アクチュエータ、１２〜１５，１１２，１１３，３１２，３１３…振動体、２０…圧電素子、４０…支持部材、４３…支持軸、１２ｇ〜１５ｇ…駆動先端部、６０…被駆動体としてのロータ、８０，８５…付勢手段としてのバネ。

Claims (14)

1. 圧電素子を含み、振動の不動点の近傍から平面方向に放射状に延在され、平面方向に屈曲振動する複数の振動体を備える圧電アクチュエータであって、
   前記振動体が、前記振動の不動点を通る直線上に配置されるとともに、隣り合う振動体の２本を１対として偶数対で構成され、
   前記振動の不動点の近傍において前記振動体の断面方向両側を支持する支持軸が設けられる支持部材を備え、
   前記複数の振動体の駆動先端部が、それぞれの回転方向が等しい楕円軌跡で回転されるとともに、前記複数の振動体の駆動先端部の少なくとも一つが被駆動体の側面に当接することによって、被駆動体を回転させることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記複数の振動体のそれぞれが、前記振動体の主面の平面内において屈曲振動し、
   前記隣り合う振動体の振動が逆位相振動であり、
   前記振動の不動点に対して対向する２本の振動体の振動が同位相振動であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記複数の振動体のそれぞれが、前記振動の不動点の近傍で接合されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記複数の振動体が、前記振動の不動点を通り直交する直線上に延在され、
   前記振動体の前記駆動先端部の反対側の端部が、前記振動の不動点の近傍で同じ平面内において接合されることによって前記複数の振動体が十文字形状に形成され、
   前記複数の振動体の駆動先端部のうち、少なくとも一つが被駆動体に当接されて前記被駆動体を回転することを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記複数の振動体のそれぞれの振動形態が、振動の不動点に対して点対称となる屈曲振動であり、
   前記振動体を前記振動の不動点の近傍で直交積層して接合し、
   前記複数の振動体の駆動先端部のうち、少なくとも一つが被駆動体に当接されて前記被駆動体を回転することを特徴とする圧電アクチュエータ。
6. 請求項５に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記直交積層して接合される一方の振動体の接合面の反対側に、前記一方の振動体に直交する他方の振動体を前記不動点の近傍でさらに直交積層して接合し、
   前記直交接合される振動体の駆動先端部のうち、少なくとも一つが被駆動体に当接されて前記被駆動体を回転することを特徴とする圧電アクチュエータ。
7. 請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記複数の振動体のそれぞれの振動形態が、振動の不動点に対して点対称となる屈曲振動であり、
   ２本の振動体が、長手方向が平行に離間して配置され、
   前記２本振動体それぞれの前記振動の不動点近傍を接続する接続腕を備えることによってＨ字形状の振動体が形成され、
   前記接続腕の中心近傍において前記振動体の断面方向両側を支持する支持軸が設けられる支持部材を備え、
   前記振動体の駆動先端部が、それぞれの回転方向が等しい楕円軌跡で回転されるとともに前記振動体の駆動先端部の少なくとも一つが被駆動体の側面に当接されることによって、
   被駆動体を回転させることを特徴とする圧電アクチュエータ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータと、
   前記圧電アクチュエータによって回転される被駆動体と、
   前記圧電アクチュエータの駆動先端部を被駆動体に所定の付勢力で付勢するための付勢手段と、
   を備えることを特徴とする駆動機構。
9. 請求項８に記載の駆動機構において、
   前記被駆動体が、前記圧電アクチュエータを挟んで対向する位置に備えられる第１の被駆動体と第２の被駆動体とから構成され、
   前記圧電アクチュエータを構成する振動体の駆動先端部を前記第１の被駆動体を駆動する位置、または前記第２の被駆動体を駆動する位置に切換える切換え機構を備えることを特徴とする駆動機構。
10. 請求項８または請求項９に記載の駆動機構において、
    前記駆動先端部が、前記被駆動体の外周側面に付勢され、前記被駆動体を回転させることを特徴とする駆動機構。
11. 請求項８に記載の駆動機構において、
    前記被駆動体がリング形状をなし、前記圧電アクチュエータが、前記被駆動体の内側に配置され、
    前記振動体の駆動先端部が、前記被駆動体の内周側面に当接することによって前記被駆動体を回転することを特徴とする駆動機構。
12. 請求項１１に記載の駆動機構において、
    前記被駆動体の内周側面が円錐形状の斜面を有し、
    前記駆動先端部の全てが前記円錐形状の斜面に当接するまで、前記圧電アクチュエータを断面方向に付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする駆動機構。
13. 請求項１２に記載の駆動機構において、
    前記圧電アクチュエータを支持する支持部材が、前記圧電アクチュエータが振動した際に、前記圧電アクチュエータが自転しないための回転防止手段を備えていることを特徴とする駆動機構。
14. 請求項８または請求項１１に記載の駆動機構において、
    前記被駆動体がリング形状をなし、前記圧電アクチュエータが、前記被駆動体の内側に配置され、
    前記駆動先端部の一つ、または隣り合う前記駆動先端部の二つが、前記被駆動体の内周側面に当接するまで前記圧電アクチュエータを半径方向に付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする駆動機構。
    

Images