JP2010098932A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動軸に首振り運動を確実に行わせる。
【解決手段】ＳＩＤＭ装置１は、電圧の印加によって軸方向に伸縮する柱状の圧電素子２と、圧電素子２の軸方向の端面に固定され、当該圧電素子２の伸縮によって変位する柱状の駆動軸３と、駆動軸３に固定された固定部分４０を有するとともにこの固定部分４０を介して圧電素子２及び駆動軸３を支持する支持部材４と、駆動軸３に対して摩擦係合されて当該駆動軸３の軸方向に移動する移動体５とを備える。圧電素子２の中心軸Ｌ２と、駆動軸３の中心軸Ｌ３とは互いにオフセットされており、かつ、駆動軸３の中心軸Ｌ３と、固定部分４０全体についての、駆動軸３の軸方向での中心軸Ｌ４とは互いにオフセットされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電アクチュエータに関する。

従来、電圧の印加によって移動体をナノメートルのオーダーで往復運動させる圧電アクチュエータとして、ＳＩＤＭ装置（以下、ＳＩＤＭ装置とする。「ＳＩＤＭ」は登録商標）と呼ばれるアクチュエータが提案されている。また、ＳＩＤＭ装置の駆動方法の一種で、ＬＶＡ方式と呼ばれる圧電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このＳＩＤＭ装置は、電圧の印加によって伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮によって変位する駆動軸と、圧電素子または駆動軸を支持する支持部材と、駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向に移動する移動体等とを備えており、圧電素子の急峻な体積変化と、移動体の慣性力及び摩擦力とを利用して、当該移動体を駆動軸の軸方向に移動させるようになっている。なお、このようなＳＩＤＭ装置は、一般には支持部材が圧電素子における駆動軸とは反対側の端部を支持する構成となっているものの、特にＬＶＡ方式と称されるＳＩＤＭ装置においては、支持部材が駆動軸を支持する構成、或いは駆動軸と圧電素子との接合部付近を支持する構成となっている。

ところで、このようなＳＩＤＭ装置においては、圧電素子の伸長時と収縮時とで、駆動軸が首振り運動することがある。このような駆動軸の首振り運動を用いれば、小型カメラやレーザーモジュールなどの光学装置内で、より正確に光学素子の光軸合わせを行うことが可能となる。

特開２００２−９５２７４号公報

しかしながら、従来のＳＩＤＭ装置においては、圧電素子を駆動軸の軸方向に変位させることを主題としており、首振り運動がどのような状況で発生しているのか明確でなく確実に首振り運動を行わせることができなかった。

本発明の課題は、駆動軸に首振り運動を確実に行わせることのできる圧電アクチュエータを提供することである。

請求項１記載の発明は、圧電アクチュエータにおいて、
電圧の印加によって軸方向に伸縮する柱状の圧電素子と、
前記圧電素子の軸方向の端面に固定され、当該圧電素子の伸縮によって変位する柱状の駆動軸と、
前記圧電素子または前記駆動軸に固定された固定部分を有するとともに、この固定部分を介して前記圧電素子及び前記駆動軸を支持する支持部材と、
前記駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向に移動する移動体とを備え、
前記圧電素子の中心軸と、
前記駆動軸の中心軸とがオフセットされていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、圧電アクチュエータにおいて、
電圧の印加によって軸方向に伸縮する柱状の圧電素子と、
前記圧電素子の軸方向の端面に固定され、当該圧電素子の伸縮によって変位する柱状の駆動軸と、
前記圧電素子に固定された固定部分を有するとともに、この固定部分を介して前記圧電素子及び前記駆動軸を支持する支持部材と、
前記駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向に移動する移動体とを備え、
前記圧電素子の中心軸と、
前記固定部分全体についての、前記圧電素子の軸方向での中心軸とがオフセットされていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、圧電アクチュエータにおいて、
電圧の印加によって軸方向に伸縮する柱状の圧電素子と、
前記圧電素子の軸方向の端面に固定され、当該圧電素子の伸縮によって変位する柱状の駆動軸と、
前記駆動軸に固定された固定部分を有するとともに、この固定部分を介して前記圧電素子及び前記駆動軸を支持する支持部材と、
前記駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向に移動する移動体とを備え、
前記駆動軸の中心軸と、
前記固定部分全体についての、前記駆動軸の軸方向での中心軸とがオフセットされていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電素子の中心軸は、
前記駆動軸における軸方向と垂直な断面内での最大径を１００％とした場合に、２０〜５０％の距離だけ当該駆動軸の中心軸に対してオフセットされていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項２記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記支持部材は、
前記圧電素子の側周面のうち、周方向における一部の領域のみに対して固定されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記支持部材は、
Ｕ字状に形成され、前記圧電素子の側周面における前記一部の領域のみに当接することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項２記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記支持部材は、
前記圧電素子の軸方向における前記駆動軸とは反対側の端面に当接するとともに、この端面の一部の領域のみに対して固定されており、
前記固定部分全体における前記圧電素子の軸方向の中心軸は、前記圧電素子の中心軸に対してオフセットされていることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項３記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記支持部材は、
前記駆動軸の側周面のうち、周方向における一部の領域のみに対して固定されていることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記支持部材は、
Ｕ字状に形成され、前記駆動軸の側周面における前記一部の領域のみに当接することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１，３，４，８，９の何れか一項に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記支持部材は、前記駆動軸に固定されており、
前記駆動軸の中心軸は、前記圧電素子の中心軸に対して所定の方向にオフセットされており、かつ、
前記固定部分全体についての前記中心軸は、前記駆動軸の中心軸に対して前記所定の方向にオフセットされていることを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項１，３，４，８，９の何れか一項に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記支持部材は、前記駆動軸に固定されており、
前記駆動軸の中心軸は、前記圧電素子の中心軸に対して所定の方向にオフセットされており、かつ、
前記固定部分全体についての前記中心軸は、前記駆動軸の中心軸に対して前記所定の方向とは反対の方向にオフセットされていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、圧電素子の中心軸と駆動軸の中心軸とが互いにオフセットされているので、電圧の印加により圧電素子を伸縮させると、駆動軸が軸方向と、中心軸同士のオフセット方向とに変位する結果、首振り運動を行う。従って、駆動軸に確実に首振り運動を行わせることができる。

請求項２記載の発明によれば、圧電素子の中心軸と、固定部分全体についての当該圧電素子の軸方向での中心軸とが互いにオフセットされているので、電圧の印加により圧電素子を伸縮させると、駆動軸が軸方向と、中心軸同士のオフセット方向とに変位する結果、首振り運動を行う。従って、駆動軸に確実に首振り運動を行わせることができる。

請求項３記載の発明によれば、駆動軸の中心軸と、固定部分全体についての当該駆動軸の軸方向での中心軸とが互いにオフセットされているので、電圧の印加により圧電素子を伸縮させると、駆動軸が軸方向と、中心軸同士のオフセット方向とに変位する結果、首振り運動を行う。従って、駆動軸に確実に首振り運動を行わせることができる。

請求項４記載の発明によれば、圧電素子の中心軸は駆動軸における軸方向と垂直な断面内での最大径を１００％とした場合に、２０〜５０％の距離だけ当該駆動軸の中心軸に対してオフセットされているので、２０％より小さい距離だけオフセットされた場合や、５０％より大きい距離だけオフセットされた場合と比較して、より確実に駆動軸に首振り運動を行わせることができる。

請求項５記載の発明によれば、支持部材は圧電素子の側周面のうち、周方向における一部の領域のみに対して固定されているので、当該圧電素子の中心軸と、固定部分全体についての前記中心軸とが互いにオフセットされた状態となる。従って、電圧を印加して圧電素子を伸縮させることにより、圧電素子の中心軸と、固定部分全体についての前記中心軸とのオフセット方向に、首振り運動を行わせることができる。

請求項６記載の発明によれば、支持部材はＵ字状に形成され、圧電素子の側周面における前記一部の領域のみに当接するので、当該一部の領域以外にも当接する場合と異なり、支持部材を当該一部の領域に接着固定する際に、接着剤が接触部分を伝わって前記一部の領域の外部に広がってしまうのを防止することができる。従って、支持部材と圧電素子との接着の手間を軽減することができるため、圧電アクチュエータの製造を容易化することができる。

請求項７記載の発明によれば、支持部材は圧電素子の軸方向における前記駆動軸とは反対側の端面に当接するとともに、この端面の一部の領域のみに対して固定されており、固定部分全体における圧電素子の軸方向の中心軸は圧電素子の中心軸に対してオフセットされているので、電圧を印加して圧電素子を伸縮させることにより、圧電素子の中心軸と、支持部材における固定部分全体の前記中心軸とのオフセット方向に、首振り運動を行わせることができる。

請求項８記載の発明によれば、支持部材は駆動軸の側周面のうち、周方向における一部の領域のみに対して固定されているので、当該駆動軸の中心軸と、固定部分全体についての前記中心軸とが互いにオフセットされた状態となる。従って、電圧を印加して圧電素子を伸縮させることにより、駆動軸の中心軸と、固定部分全体についての前記中心軸とのオフセット方向に、首振り運動を行わせることができる。

請求項９記載の発明によれば、支持部材はＵ字状に形成され、駆動軸の側周面における前記一部の領域のみに当接するので、当該一部の領域以外にも当接する場合と異なり、支持部材を当該一部の領域に接着固定する際に、接着剤が接触部分を伝わって前記一部の領域の外部に広がってしまうのを防止することができる。従って、支持部材と駆動軸との接着の手間を軽減することができるため、圧電アクチュエータの製造を容易化することができる。

請求項１０記載の発明によれば、駆動軸の中心軸は圧電素子の中心軸に対して所定の方向にオフセットされているので、このオフセット（以下、前者のオフセットとする）によって、圧電素子の伸長時には駆動軸が当該所定の方向に首振り運動し、圧電素子の収縮時には当該所定の方向とは反対の方向に首振り運動する。
一方、支持部材は駆動軸に固定されており、固定部分全体についての前記中心軸は駆動軸の中心軸に対して前記所定の方向にオフセットされているので、このオフセット（以下、後者のオフセットとする）によって、圧電素子の伸長時には駆動軸が当該所定の方向とは反対の方向に首振り運動し、圧電素子の収縮時には当該所定の方向に首振り運動する、つまり、前者のオフセットによる首振り運動とは逆方向に首振り運動することとなる。
そして、前者のオフセットに起因する首振りの変位量よりも、後者のオフセットに起因する首振りの変位量の方が大きいため、結果として駆動軸は微細な首振り運動を行うこととなる。
よって、単純に前者のオフセット、或いは後者のオフセットのみによって首振りの変位量を制御する場合と比較して、微細な制御を行うことができる。

請求項１１記載の発明によれば、駆動軸の中心軸は圧電素子の中心軸に対して所定の方向にオフセットされているので、このオフセット（以下、前者のオフセットとする）によって、圧電素子の伸長時には駆動軸が当該所定の方向に首振り運動し、圧電素子の収縮時には当該所定の方向とは反対の方向に首振り運動する。
また、支持部材は駆動軸に固定されており、固定部分全体についての前記中心軸は駆動軸の中心軸に対して前記所定の方向とは反対の方向にオフセットされているので、このオフセット（以下、後者のオフセットとする）によって、圧電素子の伸長時には駆動軸が当該所定の方向に首振り運動し、圧電素子の収縮時には当該所定の方向とは反対の方向に首振り運動する、つまり、前者のオフセットによる首振り運動と同方向に首振り運動することとなる。
従って、前者のオフセット、或いは後者のオフセットのみによって首振り運動を行わせる場合と比較して、変位量の大きい首振り運動を行わせることができる。

本発明に係る圧電アクチュエータの概略構成を示す概念図である。 圧電素子、駆動軸及び支持部材を示す斜視図である。 （ａ），（ｂ）は圧電素子と、駆動軸と、支持部材の固定部分との各中心軸を示す図であり、（ｃ）は本発明に係る圧電アクチュエータにおける各部材の物性を示す図である。 本発明に係る圧電アクチュエータの動作を説明するための図である。 圧電素子と、駆動軸と、支持部材の固定部分との各中心軸を示す図である。 （ａ），（ｂ）は実施例の圧電アクチュエータにおける駆動軸の首振り運動を説明するための図であり、（ｃ）は実施例の圧電アクチュエータによる首振り動作の評価結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る圧電アクチュエータとしてのＳＩＤＭ装置１を用い、レンズを光軸と直交方向に変位させる、いわゆる手ブレ補正装置の概略構成を示す図である。

この図に示すように、ＳＩＤＭ装置１は、圧電素子２と、駆動軸３と、支持部材４と、移動体５等とを備えている。さらに、移動体５にレンズ５０が設けられている。

このうち、圧電素子２は、図示しない制御装置からの電圧の印加により軸方向（以下、Ｙ軸方向とし、駆動軸３の先端側を正のＹ軸方向とする）に沿って伸縮する４角柱状の部材であり、本実施の形態においては、ピエゾ素子となっている。

駆動軸３は、Ｙ軸方向に延在する４角柱状の部材であり、Ｙ軸方向における圧電素子２の一端面に固定され、当該圧電素子２の伸縮によってＹ軸方向に変位するようになっている。

支持部材４は、ベース部材４１上で圧電素子２及び駆動軸３を支持する部材であり、本実施の形態においては、駆動軸３に対して固定された固定部分４０を有しており、この固定部分４０を介して圧電素子２及び駆動軸３を支持している。

移動体５は、駆動軸３に対して摺動するものであり、駆動軸３に摩擦係合され、圧電素子２の伸縮によってＹ軸方向に変位するようになっている。なお、本実施の形態においては、移動体５は、撮像ユニット（図示せず）におけるレンズ５０を支持しており、当該移動体５の移動に追従させてレンズ５０を移動させるようになっている。より詳細には、レンズ５０の光軸方向はＺ軸方向に一致しており、移動体５のＹ軸方向などへの移動によって撮像ユニットの手振れ補正が行なわれるようになっている。

続いて、ＳＩＤＭ装置１について、より詳細に説明する。
図２は圧電素子２、駆動軸３及び支持部材４を示す斜視図であり、図３（ａ）は圧電素子２と駆動軸３と、支持部材４の固定部分４０との各中心軸Ｌ２〜Ｌ４を示す図である。

図２に示すように、駆動軸３は、圧電素子２に対して互いの中心軸Ｌ３，Ｌ２がオフセットされるよう固定されている。より詳細には、図３（ａ）に示すように、駆動軸３の中心軸Ｌ３は圧電素子２の中心軸Ｌ２に対してＸ軸方向（以下、正のＸ軸方向とする）にオフセットされており、このオフセットの大きさ、つまり２つの中心軸Ｌ２，Ｌ３間の距離は、ＸＺ断面内での圧電素子２の最大径（本実施の形態においてはＸＺ断面の対角線の長さ）を１００％とした場合に、２０〜５０％の距離となっている。

また、図２，図３（ａ）に示すように、固定部分４０はＵ字型に形成されており、駆動軸３の側周面のうち、正のＸ軸方向における１面（図中、上側の面）を除いた３つの面のみに当接して固定されている。これにより、固定部分４０全体についてのＹ軸方向での中心軸Ｌ４は、駆動軸３の中心軸Ｌ３に対して負のＸ軸方向にオフセットされている。

なお、図２に示すように、圧電素子２の幅方向をＺ軸方向、厚さ方向をＸ軸方向とすると、本実施の形態における圧電素子のＸ軸方向，Ｚ軸方向，Ｙ軸方向の寸法は、０．５ｍｍ，０．５ｍｍ，１．６ｍｍとなっている。このような圧電素子２としては、従来より公知の圧電素子を用いることができる。

また、駆動軸３は圧電素子２と同様に、Ｘ軸方向が厚さ方向、Ｚ軸方向が幅方向となっており、Ｘ軸方向，Ｚ軸方向，Ｙ軸方向の寸法は、１．０ｍｍ，１．７ｍｍ，３．０ｍｍとなっている。このような駆動軸３としては、従来より公知の駆動軸を用いることができる。また、上記のような駆動軸３と圧電素子２の固定は、接着剤により行われることが好ましい。

また、支持部材４のＹ軸方向の寸法は０．５ｍｍとなっている。また、内周側の寸法（固定部分４０の寸法）は駆動軸３のＸ軸方向，Ｚ軸方向の寸法に対応しており、外周側のＸ軸方向、Ｚ軸方向の寸法は、１．５ｍｍ，２．７ｍｍとなっている。このような支持部材４としては、従来より公知のＳＵＳ製の支持部材を用いることができる。また、上記のような支持部材４と駆動軸３との固定は、接着剤により行われることが好ましい。
以上のＳＩＤＭ装置１における駆動軸３や支持部材４、圧電素子（ピエゾ素子）２、部材間の接着剤の物性は、例えば図３（ｃ）に示す通りとすることができる。

続いて、ＳＩＤＭ装置１の動作について説明する。
ここで、図４（ａ）は圧電素子２が収縮した状態を示しており、図４（ｂ）は伸長した状態を示している。なお、これら図４（ａ），（ｂ）では、ＳＩＤＭ装置１を簡略化して図示している。

まず、図４（ａ）に示すように、収縮した状態の圧電素子２に対し、緩やかに立上って急速に立下る鋸歯状波駆動パルスを印加する。

これにより、駆動パルスの緩やかな立上り時には、圧電素子２がＹ軸の負方向（図４（ａ）の右から左へ向かう方向）へ緩やかに伸長する。

このとき、本実施の形態においては、駆動軸３の中心軸Ｌ３は圧電素子２の中心軸Ｌ２に対して正のＸ軸方向にオフセットされているため、駆動軸３は、図４（ｂ）に示すように、この正のＸ軸方向側（図の上側）の部分が負のＸ軸方向側（図の下側）の部分よりも大きく変位する結果、正のＸ軸方向に傾く、つまり正のＸ軸方向に首振りを行うこととなる。

また、本実施の形態においては、固定部分４０全体についてのＹ軸方向での中心軸Ｌ４は駆動軸３の中心軸Ｌ３に対して負のＸ軸方向にオフセットされているため、駆動軸３は、正のＸ軸方向側の部分が負のＸ軸方向側の部分よりも大きく変位する結果、更に正のＸ軸方向に傾くこととなる。

なお、上記のような首振り動作の原理については十分には解明されていないが、図４（ｂ）に破線矢印で示すように、圧電素子２が形状変化して駆動軸３に動力を伝達する際に、圧電素子２における図中の右上部分が駆動軸３の上側部分を引き込むようにＹ軸の負方向に変形する結果、駆動軸３が上側に首振り動作をするものと推測される。

また、以上のように駆動軸３の中心軸Ｌ３と圧電素子２の中心軸Ｌ２とをオフセットさせることで駆動軸３をＸ軸方向へ変位させ、かつ、固定部分４０全体についての中心軸Ｌ４と駆動軸３の中心軸Ｌ３とをオフセットさせることで駆動軸３をＸ軸方向へ変位させる場合には、前者のオフセットに起因するＸ軸方向への変位量よりも、後者のオフセットに起因するＸ軸方向への変位量の方が大きい。

そして、駆動軸３が緩やかに変位すると、移動体５は駆動軸３に対する摩擦係合力によって駆動軸３とともに正のＸ軸方向に移動する。これにより、本発明のＳＩＤＭ装置１を用いた手ブレ補正装置（図１参照）においては、移動体５に支持されたレンズ５０が正のＸ軸方向に移動する結果、前記撮像ユニットの手振れ補正が行われる。ここで、Ｘ軸方向への移動体５の変位を大きくするには、当該移動体５を支持部材４から遠くに離して配設すれば良い。なお、このとき、レンズ５０の光軸方向はＺ軸方向に一致したままであるので、撮像ユニットの撮像性能低下が防止される。

一方、駆動パルスの急速な立下り時には、圧電素子２が急速に収縮する。
このとき、本実施の形態においては、駆動軸３の中心軸Ｌ３は圧電素子２の中心軸Ｌ２に対して正のＸ軸方向にオフセットされているため、上述の図４（ａ）に示すように、駆動軸３は、この正のＸ軸方向側の部分が負のＸ軸方向側の部分よりも大きく変位する結果、負のＸ軸方向に傾く、つまり負のＸ軸方向に首振りを行うこととなる。

また、本実施の形態においては、固定部分４０全体についてのＹ軸方向での中心軸Ｌ４は、駆動軸３の中心軸Ｌ３に対して負のＸ軸方向にオフセットされているため、駆動軸３は、正のＸ軸方向側の部分が負のＸ軸方向側の部分よりも大きく変位する結果、更に負のＸ軸方向に傾くこととなる。

そして、駆動軸３が急速に変位すると、移動体５は慣性力により摩擦結合力に打ち勝って、留まった位置で保持される。

以降、圧電素子２に前記駆動パルスを連続的に印加することにより、駆動軸３に速度の異なる往復振動を発生させ、移動体５を連続的に正のＸ軸方向に移動させることができる。

なお、上記の動作において、駆動軸３がＹ軸方向に緩やかに変位するときには、移動体５は駆動軸３に対する摩擦係合力によって駆動軸３とともにＹ軸方向に移動する一方、駆動軸３がＹ軸方向に急速に変位するときには、移動体５は慣性力による摩擦係合力に打ち勝って、Ｙ軸方向に関して留まった位置で保持されることとなる。このようなＹ軸方向の移動や、上述のＸ軸方向の移動を逆向きにするには、圧電素子２に印加する鋸歯状波駆動パルスの波形を、急速に立上って緩やかに立下る波形とすれば良い。なお、印加される駆動波形としては、ここで示した鋸歯状駆動パルスに限らず、駆動に適したduty比をもつ矩形波や、その他の駆動に適した立ち上がり/立下り特性を持つ波形を適用することも可能である。

以上のＳＩＤＭ装置１によれば、圧電素子２の中心軸Ｌ２と駆動軸３の中心軸Ｌ３とが互いにＸ軸方向にオフセットされているので、電圧の印加により圧電素子２を伸縮させると、駆動軸３がＹ軸方向と、中心軸Ｌ２，Ｌ３同士のオフセット方向、つまりＸ軸方向とに変位する結果、首振り運動を行う。また、圧電素子２の中心軸Ｌ２は駆動軸３におけるＸＺ断面内での最大径を１００％とした場合に、２０〜５０％の距離だけ当該駆動軸３の中心軸Ｌ３に対してオフセットされているので、２０％より小さい距離だけオフセットされた場合や、５０％より大きい距離だけオフセットされた場合と比較して、より確実に駆動軸に首振り運動を行う。
更に、支持部材４に固定された駆動軸３の中心軸Ｌ３と、固定部分４０全体についてのＹ軸方向での中心軸Ｌ４とが互いにＸ軸方向にオフセットされているので、電圧の印加により圧電素子２を伸縮させると、駆動軸３がＹ軸方向と、中心軸Ｌ３，Ｌ４同士のオフセット方向、つまりＸ軸方向とに変位する結果、首振り運動を行う。
そして、駆動軸３の中心軸Ｌ３と圧電素子２の中心軸Ｌ２とのオフセットによるＸ軸方向への駆動軸３の変位と、固定部分４０全体についての中心軸Ｌ４と駆動軸３の中心軸Ｌ３とのオフセットによるＸ軸方向への駆動軸３の変位とは同じ方向に生じるため、駆動軸３はより確実に、変位量の大きい首振り運動を行う。
以上より、駆動軸３に変位量の大きな首振り運動を行わせることができる。

また、圧電素子２の中心軸Ｌ２と駆動軸３の中心軸Ｌ３とが互いにオフセットされており、かつ、駆動軸３の中心軸Ｌ３と、固定部分４０全体についての中心軸Ｌ４とが互いにオフセットされているので、ＳＩＤＭ装置１のインピーダンス特性を向上させることができる。

また、支持部材４の固定部分４０はＵ字状に形成され、駆動軸３の側周面のうち、正のＸ軸方向における１面を除いた３つの面のみに当接するので、正のＸ軸方向における前記１面にも当接する場合と異なり、支持部材４を駆動軸３に接着固定する際に、接着剤が接触部分を伝わって前記一面側に広がってしまうのを防止することができる。従って、支持部材４と駆動軸３との接着の手間を軽減することができるため、ＳＩＤＭ装置１の製造を容易化することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

例えば、上記の実施形態においては、駆動軸３の中心軸Ｌ３が圧電素子２の中心軸Ｌ２に対して正のＸ軸方向にオフセットされ、支持部材４の固定部分４０における中心軸Ｌ４が駆動軸３の中心軸Ｌ３に対して負のＸ軸方向にオフセットされていることとして説明したが、駆動軸３の中心軸Ｌ３が圧電素子２の中心軸Ｌ２に対して正のＸ軸方向にオフセットされ、同様に、支持部材４の固定部分４０における中心軸Ｌ４が駆動軸３の中心軸Ｌ３に対して正のＸ軸方向にオフセットされることとしても良い。この場合には、駆動軸３の中心軸Ｌ３と圧電素子２の中心軸Ｌ２とのオフセットによるＸ軸方向への駆動軸３の変位と、固定部分４０全体についての中心軸Ｌ４と駆動軸３の中心軸Ｌ３とのオフセットによるＸ軸方向への駆動軸３の変位とは逆方向に生じることとなるが、上述したように前者のオフセットによる変位量よりも、後者のオフセットによる変位量の方が大きいため、結果として駆動軸３は僅かに首振りを行うこととなる。従って、単純に前者のオフセット、或いは後者のオフセットのみによって首振りの変位量を制御する場合と比較して、微細な制御を行うことができる。

また、駆動軸３の中心軸Ｌ３が圧電素子２の中心軸Ｌ２に対してオフセットされ、支持部材４の固定部分４０における中心軸Ｌ４が駆動軸３の中心軸Ｌ３に対してオフセットされていることとして説明したが、何れか一方のみがオフセットされることとしても良い。

また、支持部材４が駆動軸３の側周面の３面に当接して固定されることで当該固定部分４０の中心軸Ｌ４が駆動軸３の中心軸Ｌ３に対してオフセットされることとして説明したが、固定部分４０のＹ軸方向の中心軸Ｌ４が駆動軸３の中心軸Ｌ３に対してオフセットされる限りにおいて、図５（ａ），（ｂ）に示すように、支持部材４が駆動軸３の側周面に対し、周方向の全面（４面）に当接して、この当接面の一部のみで固定される（この一部のみに固定部分４０が設けられる）こととしても良い。なお、この図では、固定部分４０を太線で示している。

また、駆動軸３の中心軸Ｌ３が圧電素子２の中心軸Ｌ２に対して正のＸ軸方向にオフセットされることとして説明したが、例えば図３（ｂ）や図５（ｃ）に示すように、負のＸ軸方向にオフセットされることとしても良いし、図５（ａ），（ｂ）に示すように、正のＸ軸方向と、正または負のＺ軸方向とにオフセットされることとしても良いし、Ｚ軸方向のみにオフセットされることとしても良い（図示せず）。

また、支持部材４が駆動軸３に固定されることとして説明したが、圧電素子２に固定されることとしても良い。この場合には、固定部分４０が圧電素子２の側周面の３面に当接して固定されることで当該固定部分４０の中心軸Ｌ４が圧電素子２の中心軸Ｌ２に対してオフセットされることとしても良いし、支持部材４が圧電素子２の駆動軸３とは反対側の端面に当接して、当該端面の一部の領域のみに固定されることで、固定部分４０のＹ軸方向の中心軸Ｌ４が圧電素子２の中心軸Ｌ２に対してオフセットされることとしても良い。

また、圧電素子２及び駆動軸３をそれぞれ４角柱状として説明したが、円柱状や３角柱状など、他の形の柱状としても良い。

以下、実施例および比較例を挙げることにより、本発明に係る圧電アクチュエータをさらに具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
本発明に係る圧電アクチュエータの実施例として、図６（ａ）に示すようなＳＩＤＭ装置１を形成した。

このＳＩＤＭ装置１では、支持部材４は、駆動軸３の側周面のうち、正のＸ軸方向における１面（図中、左奥の面）を除いた３つの面のみに当接して固定されている。これにより、支持部材４における固定部分４０の中心軸Ｌ４は、駆動軸３の中心軸Ｌ３に対して負のＸ軸方向にオフセットされている。

なお、このＳＩＤＭ装置１では、圧電素子２の中心軸Ｌ２と駆動軸３の中心軸Ｌ３とは一致した状態となっている。また、このＳＩＤＭ装置１において、駆動軸３や支持部材４、圧電素子（ピエゾ素子）２、部材間の接着剤の物性は、上述の図３（ｃ）に示す通りとなっている。更に、各部材の寸法は、上記実施の形態で説明した通りとなっている。

以上のＳＩＤＭ装置１に対し、３Ｖの電圧を印加して圧電素子２を伸長させたところ、図６（ａ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って駆動軸３の変位量が異なり、正のＸ軸方向に最大で５．６ｍｍ、首振り動作を行うことが確認された。なお、この図６（ａ）や後述の図６（ｂ）では、網掛けの濃度によって駆動軸３の各部位のＸ方向への変位量を示しており、濃度の薄い方が大きく変位していることを意味する。

［実施例２］
本発明に係る圧電アクチュエータの実施例として、図６（ｂ）に示すようなＳＩＤＭ装置１を形成した。

このＳＩＤＭ装置１では、支持部材４は、駆動軸３の側周面のうち、負のＺ軸方向、かつ負のＸ軸方向の角部（図中、右手前の角部）を除いた４つの面に当接して固定されている。これにより、支持部材４における固定部分４０の中心軸Ｌ４は、駆動軸３の中心軸Ｌ３に対して正のＺ軸方向、かつ正のＸ軸方向にオフセットされている。

なお、このＳＩＤＭ装置１では、圧電素子２の中心軸Ｌ２と駆動軸３の中心軸Ｌ３とは一致した状態となっている。また、このＳＩＤＭ装置１において、駆動軸３や支持部材４、圧電素子（ピエゾ素子）２、部材間の接着剤の物性は、上述の図３（ｃ）に示す通りとなっている。

以上のＳＩＤＭ装置１に対し、３Ｖの電圧を印加して圧電素子２を伸長させたところ、図６（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って駆動軸３の変位量が異なり、負のＸ軸方向、かつ負のＺ軸方向に最大で５．６ｍｍ、首振り動作を行うことが確認された。

［実施例３］
本発明に係る圧電アクチュエータの実施例として、上述の図２，図３に示すようなＳＩＤＭ装置１を複数形成した。

これらのＳＩＤＭ装置１では、圧電素子２の中心軸Ｌ２と駆動軸３の中心軸Ｌ３とは互いにオフセットされた状態となっており、このオフセットの大きさ（ＸＺ断面内での圧電素子２の最大径を１００％とした場合での、中心軸Ｌ２，Ｌ３間の距離。図３（ａ）参照）が異なっている。なお、このＳＩＤＭ装置１における各部材の寸法は、上記実施の形態と同様となっている。また、このＳＩＤＭ装置１において、駆動軸３や支持部材４、圧電素子（ピエゾ素子）２、部材間の接着剤の物性は、上述の図３（ｃ）に示す通りとなっている。

以上の各ＳＩＤＭ装置１に対し、３Ｖの電圧を印加して圧電素子２を伸長させ、以下の基準に従って首振り動作の大きさを評価したところ、図６（ｃ）に示すような結果となった。

×：首振り動作を行わない
○：首振り動作は行うものの、首振り動作の大きさが１ｍｍ未満
◎：首振り動作の大きさが１ｍｍ以上

以上の結果から、中心軸Ｌ２，Ｌ３がオフセットされている場合には首振り動作が生じることが確認された。但し、オフセットの大きさが０〜１０％の場合には、オフセット量が少ないため、首振りが殆ど計測されず実用的でなかった。また、オフセットの大きさが６０％以上の場合には、やはり首振り動作が殆ど計測されず実用的でなかった。これは、圧電素子２の形状変化による駆動力が駆動軸３に効率よく伝達されないためと考えられた。
一方、オフセットの大きさが２０〜５０％の場合には、首振り動作が大きくなることが確認された。

１ ＳＩＤＭ装置（圧電アクチュエータ）
２ 圧電素子
３ 駆動軸
４ 支持部材
５ 移動体
４０ 固定部分
Ｌ２ 圧電素子の中心軸
Ｌ３ 駆動軸の中心軸
Ｌ４ 固定部材のＺ軸方向の中心軸

Claims (11)

1. 電圧の印加によって軸方向に伸縮する柱状の圧電素子と、
   前記圧電素子の軸方向の端面に固定され、当該圧電素子の伸縮によって変位する柱状の駆動軸と、
   前記圧電素子または前記駆動軸に固定された固定部分を有するとともに、この固定部分を介して前記圧電素子及び前記駆動軸を支持する支持部材と、
   前記駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向に移動する移動体とを備え、
   前記圧電素子の中心軸と、
   前記駆動軸の中心軸とがオフセットされていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 電圧の印加によって軸方向に伸縮する柱状の圧電素子と、
   前記圧電素子の軸方向の端面に固定され、当該圧電素子の伸縮によって変位する柱状の駆動軸と、
   前記圧電素子に固定された固定部分を有するとともに、この固定部分を介して前記圧電素子及び前記駆動軸を支持する支持部材と、
   前記駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向に移動する移動体とを備え、
   前記圧電素子の中心軸と、
   前記固定部分全体についての、前記圧電素子の軸方向での中心軸とがオフセットされていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 電圧の印加によって軸方向に伸縮する柱状の圧電素子と、
   前記圧電素子の軸方向の端面に固定され、当該圧電素子の伸縮によって変位する柱状の駆動軸と、
   前記駆動軸に固定された固定部分を有するとともに、この固定部分を介して前記圧電素子及び前記駆動軸を支持する支持部材と、
   前記駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向に移動する移動体とを備え、
   前記駆動軸の中心軸と、
   前記固定部分全体についての、前記駆動軸の軸方向での中心軸とがオフセット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記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記圧電素子の中心軸は、
   前記駆動軸における軸方向と垂直な断面内での最大径を１００％とした場合に、２０〜５０％の距離だけ当該駆動軸の中心軸に対してオフセットされていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 請求項２記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記支持部材は、
   前記圧電素子の側周面のうち、周方向における一部の領域のみに対して固定されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
6. 請求項５記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記支持部材は、
   Ｕ字状に形成され、前記圧電素子の側周面における前記一部の領域のみに当接することを特徴とする圧電アクチュエータ。
7. 請求項２記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記支持部材は、
   前記圧電素子の軸方向における前記駆動軸とは反対側の端面に当接するとともに、この端面の一部の領域のみに対して固定されており、
   前記固定部分全体における前記圧電素子の軸方向の中心軸は、前記圧電素子の中心軸に対してオフセットされていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
8. 請求項３記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記支持部材は、
   前記駆動軸の側周面のうち、周方向における一部の領域のみに対して固定されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
9. 請求項８記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記支持部材は、
   Ｕ字状に形成され、前記駆動軸の側周面における前記一部の領域のみに当接することを特徴とする圧電アクチュエータ。
10. 請求項１，３，４，８，９の何れか一項に記載の圧電アクチュエータにおいて、
    前記支持部材は、前記駆動軸に固定されており、
    前記駆動軸の中心軸は、前記圧電素子の中心軸に対して所定の方向にオフセットされており、かつ、
    前記固定部分全体についての前記中心軸は、前記駆動軸の中心軸に対して前記所定の方向にオフセットされていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
11. 請求項１，３，４，８，９の何れか一項に記載の圧電アクチュエータにおいて、
    前記支持部材は、前記駆動軸に固定されており、
    前記駆動軸の中心軸は、前記圧電素子の中心軸に対して所定の方向にオフセットされており、かつ、
    前記固定部分全体についての前記中心軸は、前記駆動軸の中心軸に対して前記所定の方向とは反対の方向にオフセットされていることを特徴とする圧電アクチュエータ。

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