JP3420915B2 - 圧電素子を用いたアクチュエータ及びこのアクチュエータを使用したヘッドの微小移動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電素子を用いたア
クチュエータ、及びこのアクチュエータを使用したヘッ
ドの微小移動機構に関し、特に、高精度に位置決めが可
能な圧電素子を用いたアクチュエータ、及びこのアクチ
ュエータを使用したヘッドの微小移動機構に関する。

【０００２】近年、情報機器の精密化が進んでおり、微
小な移動距離が必要なアクチュエータの需要が高まって
いる。例えば、光学系の焦点補正や傾角制御、プリンタ
の印字装置、磁気ディスク装置のヘッドアクチュエータ
などでは、微小距離を移動制御することができるアクチ
ュエータが必要となっている。 このような情報機器の中でも、磁気ディスク装置は、近
年急激に市場拡大を遂げているマルチメディア機器のキ
ーデバイスの１つである。マルチメディア機器では、画
像や音声等をより大量に、かつ高速に取り扱うため、よ
り記憶容量の多い装置の開発が望まれている。磁気ディ
スク装置の大容量化は一般に、ディスク１枚当たりの記
憶容量を増加させることで実現する。しかし、ディスク
の直径を変えずに磁気ディスク装置を高記録密度化する
ためには、単位長さ当たりのトラックの数（ＴＰＩ）を
大きくする、つまり、トラックの幅を狭くすることが不
可欠である。そして、記憶密度を急激に増加させるとト
ラックピッチが急激に狭まるため、記録トラックに対す
る読み書きを行うヘッド素子の位置決めを如何に正確に
行うかが技術的な問題となっており、位置決め精度の良
いヘッドアクチュエータが望まれている。

【０００３】

【従来の技術】従来、磁気ディスク装置においては、高
精度の位置決めを行うために、一般にキャリッジ等の可
動部の剛性を向上させ、面内方向の主共振点周波数を上
げる試みがなされてきた。しかし、共振点の向上には限
界があり、仮に可動部の面内共振点を大幅に上げること
ができたとしても、可動部を支持する軸受けがばね特性
を示すことに起因する共振が発生してしまい、サーボ帯
域を高くすることが困難であった。

【０００４】これらの問題を解決する手段の１つとし
て、ヘッドアクチュエータのアームの先端にトラックフ
ォロー用の第２のアクチュエータを設けることが提案さ
れている。この第２のアクチュエータは、ヘッドアクチ
ュエータの動作とは独立に、アームの先端部に設けられ
たヘッドを微小移動させることができるものである。例
えば、特開平３−６９０７２号公報には、図２４(a) に
示すように、ディスク装置１００のメインアクチュエー
タ１１０の他に、アーム１１１の先端にサブアクチュエ
ータ１２０を設けたものが開示されている。このサブア
クチュエータ１２０は積層型の圧電素子１２３を２個使
用してヘッド１１４を微小移動させるものである。この
サブアクチュエータ１２０には、厚み方向に変位する圧
電素子を複数枚積層して構成される積層型の圧電素子１
２３がヘッドの移動平面の中に２個設けられており、ヘ
ッドの移動平面の面内でヘッドの移動方向と同じ方向に
ヘッドが微小に変位できるようになっている。

【０００５】更に、このサブアクチュエータ１２０で
は、積層型の圧電素子１２３は２本のアーム１１１の延
長方向に２個配置されており、２個の圧電素子１２３の
間の部分には、図２４(b) にその詳細が示されるよう
に、揺動センタスプリング１２１が設けられている。こ
の揺動センタスプリング１２１は、センタアーム１２２
の長手方向に垂直な方向にセンタアーム１２２の両側か
ら内側に向かって複数本のスリット１２４を交互に設け
て構成される。この複数本のスリット１２２により、セ
ンタアーム１２２はスプリングとして機能し、積層型の
圧電素子１２３を与圧すると共に伸縮動作を増長する。
積層型の圧電素子１２３とアーム１１１の間は絶縁材で
電気的に絶縁されており、両端の電極からリード線が引
出されてこれを介して積層型の圧電素子１２３の駆動電
圧が与えられる。

【０００６】この従来例における問題点は、積層型圧電
素子１２３の製造性が困難であること、高精度に加工さ
れた与圧バネ機構が必要なこと、リード線または線材に
よる積層型圧電素子１２３の電極の引出しが必要なこと
等である。更に、特許公報第２５２８２６１号に記載の
発明では、やはりアームの先端にトラックフォロー用の
微動アクチュエータを設けたヘッドの微小移動機構が開
示されている。ここでは、図２５(a) に示すように、ヘ
ッドアクチュエータＨＡのキャリッジ５に突設されたア
クセスアーム２と、ヘッド４が先端部に取り付けられた
支持ばね３とを連結する連結板１にヘッドの微小移動機
構ＭＴが設けられている。キャリッジ５は回転軸６に取
り付けられ、連結板１のアクセスアーム２への固定は、
アクセスアーム２に形成された固定用孔２ａに、連結板
１の裏面に設けられた突起１６を嵌合して接着剤等によ
って行われる。

【０００７】ヘッドの微小移動機構ＭＴが設けられる連
結板１には、固定領域１０、可動領域１１、伸縮領域１
２、ヒンジ部１３、および空隙１５が設けられている。
そして、図２５(b) に示すように、伸縮領域１２にはそ
の表裏に溝部１２ａが設けられており、この溝部１２ａ
に圧電素子１４が固定されている。連結板１の中心線に
対して線対称の位置にある圧電素子１４は、同時に逆向
きに変形させられる。圧電素子１４は図２６(a) に矢符
にて示す厚さ方向に分極されている。そして、連結板１
が共通電極として接地され、両圧電素子１４の外側面に
電源８，８′から異なる電位が与えられると、電源８に
より通電されたものは分極方向と逆向きの電界がかかっ
て長手方向に伸び、電源８′により通電されたものは分
極方向と同方向の電界がかかって長手方向に縮む。

【０００８】図２６(b) は、両圧電素子の表裏両側に圧
電素子１４の外側面に電源８′から同じ電位が与えられ
る場合の構成を示すものである。この場合も、圧電素子
１４は矢符にて示される厚さ方向に分極されている。そ
して、連結板１は同様に共通電極として接地され、両圧
電素子１４の外側面に電源８′から同じ電位が与えられ
ると、図面左側の圧電素子１４には分極方向と逆向きの
電界がかかって長手方向に伸び、図面右側の圧電素子１
４には分極方向と同方向の電界がかかって長手方向に縮
むので、図２６(a) の構成と同じ動作が行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような構成のヘッドの微小移動機構では、積層型圧電素
子の製造性と、素子外形寸法の精度が必要であり、アー
ムにも高い寸法加工精度が必要であるという問題があっ
た。更に、製造性が悪く、コストが高くなるという問題
があった。また、特許公報第２５２８２６１号に記載の
ような構成のヘッドの微小移動機構では、圧電素子が金
属材料に接着剤で貼られているために、圧電素子の変形
が接着層の変形により吸収されてしまい、金属部の変形
を起こすには不利である。従って、比較的剛性の高い連
結板を伸び縮みさせるには多くの力が必要でストローク
が確保できないという問題点があった。

【００１０】そこで、本発明は、前記従来の問題点を解
消し、素子の厚さ方向に直交する方向に分極され、素子
の厚さ方向の両面に設けられた電極間に電圧を与えるこ
とによって素子が剪断変形する圧電素子を使用すること
により、圧電素子の高い寸法精度が必要されないと共
に、高精度の位置決めが可能な圧電素子を用いたアクチ
ュエータ及びこのアクチュエータを使用したヘッドの微
小移動機構を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の特徴は、以下に第１から第８の発明として示され
る。第１の発明の圧電素子を用いたアクチュエータは、
ベースとなる固定部材と、この固定部材上に並列に隣接
配置された圧電素子からなる２つの駆動部材と、これら
２つの駆動部材上に跨がって配置された可動部材とを備
え、各圧電素子の固定部材側の面と可動部材側の面との
間に印加される電圧によって動作する、圧電素子を用い
たアクチュエータであって、圧電素子には、素子の厚さ
方向に直交する方向に分極され、素子の厚さ方向の両面
に設けられた電極間に電圧を与えることによって素子が
剪断変形するものが使用され、駆動部材は、圧電素子が
その分極方向を互いに逆向きにされた状態で概ね平行に
配置されて構成されており、２つの圧電素子の各電極間
にそれぞれ同じ向きの電圧が印加されることにより、固
定部材に対して前記可動部材が回転駆動されるように構
成され、可動部材が、圧電素子によって直接駆動される
基部と、この基部から突出する移動量拡大部から構成さ
れ、基部にはこの基部を二分するような第１の切り欠き
が設けられており、この第１の切り欠きは、この基部に
重なる駆動部材の分極方向に平行な方向になっているこ
とを特徴とするものである。 第１の発明によれば、可動
部材が、圧電素子に直接駆動される基部と、この基部か
ら突出する移動量拡大部から構成されており、この基部
にはこれを二分するような第１の切り欠きが設けられて
いるので、この第１の切り欠きにより、この基部に重な
る駆動部材の変形が互いに妨げられることがなくなり、
素子変形を大きくできるため、移動量拡大部に大きな移
動量が得られる。

【００１２】第２の発明の圧電素子を用いたアクチュエ
ータは、第１の発明の圧電素子を用いたアクチュエータ
において、可動部材の基部と移動量拡大部の境界部に、
第１の切り欠きに直角な方向に第２の切り欠きが設けら
れており、第１と第２の切り欠きの先端部分に挟まれた
部位にヒンジ構造が形成されていることを特徴とするも
のである。 第２の発明によれば、第１の発明のアクチュ
エータにおいて、可動部材の基部と移動量拡大部の境界
部に第１の切り欠きと第２の切り欠きから構成されるヒ
ンジ構造が形成されているので、移動量拡大部に更に大
きな移動量が得られる。

【００１３】第３の発明の圧電素子を用いたアクチュエ
ータは、少なくとも１枚の記録ディスクと、この記録デ
ィスクに対して情報の読み書き動作を行うヘッドと、こ
のヘッドを記録ディスク上で移動させるヘッドアクチュ
エータとを備えたディスク装置において、ヘッドをヘッ
ドアクチュエータの動作と独立に移動させるためにヘッ
ドアクチュエータの一部に第１または第２の発明の圧電
素子を用いたアクチュエータを使用したヘッドの微小移
動機構であって、固定部材がヘッドアクチュエータのヘ
ッドアームとして構成され、固定部材の先端部上に、駆
動部材に電圧を印加する電極が、２つ並列に設けられて
おり、駆動部材の分極方向が同じ方向であり、移動量拡
大部の一端に、ヘッドを先端部に取り付けたスプリング
アームの基端部が固着されていることを特徴とするもの
である。 第３の発明によれば、第１または第２の発明の
アクチュエータの固定部材がヘッドアクチュエータのヘ
ッドアームとして構成され、固定部材上に電極が併設さ
れた２つの駆動部材毎にそれぞれ設けられており、駆動
部材の分極方向が同じ向きであり、可動部材の一端にヘ
ッドを先端部に取り付けたスプリングアームの基端部が
固着されているので、安価で製造性が良く、精度の良い
ヘッドの微小移動機構が得られる。

【００１４】第４の発明の圧電素子を用いたアクチュエ
ータは、少なくとも１枚の記録ディスクと、この記録デ
ィスクに対して情報の読み書き動作を行うヘッドと、こ
のヘッドを記録ディスク上で移動させるヘッドアクチュ
エータとを備えたディスク装置において、ヘッドをヘッ
ドアクチュエータの動作と独立に移動させるためにヘッ
ドアクチュエータの一部に第１または第２の発明の圧電
素子を用いたアクチュエータを使用したヘッドの微小移
動機構であって、固定部材がヘッドアクチュエータのヘ
ッドアームとして構成され、固定部材の先端部上に、駆
動部材に電圧を印加する電極が、２つ並列に設けられて
おり、駆動部材の分極方向が同じ方向であり、可動部材
が前記ヘッドを先端部に取り付けたスプリングアームと
して構成されていることを特徴とする。 第４の発明によ
れば、第１または第２の発明のアクチュエータ固定部材
がヘッドアクチュエータのヘッドアームとして構成さ
れ、固定部材上に電極が併設された２つの駆動部材毎に
それぞれ設けられており、駆動部材の分極方向が同じ向
きであり、可動部材がヘッドを先端部に取り付けたスプ
リングアームとして構成されているので、安価で製造性
が良く、また、部品点数も少なくて精度の良いヘッドの
微小移動機構が得られる。

【００１５】第５の発明の圧電素子を用いたアクチュエ
ータは、第１の発明に記載の圧電素子を用いたアクチュ
エータであって、駆動部材を構成する２つの圧電素子上
に、それぞれ下部の圧電素子と分極方向が平行かつ逆向
きの圧電素子が、それぞれ共通電極を介して同じ個数ず
つ、少なくとも１層積層されており、２つの圧電素子の
積層体の各圧電素子の各電極間に、各積層体内の各圧電
素子の変形方向が同じになる向きの電圧が印加されるこ
とにより、固定部材に対する可動部材の回転駆動量が増
大されるようにしたことを特徴としている。 第５の発明
によれば、各積層体内の変形方向が同じになるような向
きの電圧の印加により、固定部材に対する前記可動部材
の回転駆動量を増大させることができる。

【００１６】第６の発明の圧電素子を用いたアクチュエ
ータは、第１または第２の発明に記載の圧電素子を用い
たアクチュエータであって、圧電素子の固定部材側の面
に電圧を印加する電極が、圧電素子の分極方向毎に独立
して設けられていることを特徴としている。 第６の発明
によれば、可動部材を共通電極とすることができるの
で、可動部材を一方の電極に接続しなくて済む。

【００１７】第７の発明の圧電素子を用いたアクチュエ
ータは、少なくとも１枚の記録ディスクと、この記録デ
ィスクに対して情報の読み書き動作を行うヘッドと、こ
のヘッドを記録ディスク上で移動させるヘッドアクチュ
エータとを備えたディスク装置において、ヘッドを前記
ヘッドアクチュエータの動作と独立に移動させるために
ヘッドアクチュエータの一部に第１，２，５，または６
の発明の何れかに記載の圧電素子を用いたアクチュエー
タを使用したヘッドの微小移動機構であって、固定部材
がヘッドアクチュエータのヘッドアームとして構成さ
れ、可動部材の一端に、ヘッドを先端部に取り付けたス
プリングアームの基端部が固着されていることを特徴と
するものである。 第７の発明によれば、第１，第２，第
７，又は第７の何れかの発明のアクチュエータの固定部
材がヘッドアクチュエータのヘッドアームとして構成さ
れ、可動部材の一端に、ヘッドを先端部に取り付けたス
プリングアームの基端部が固着されてディスク装置のヘ
ッドの微小移動機構が構成されているので、安価で製造
性が良く、精度の良いヘッドの微小移動機構が得られ
る。

【００１８】第８の発明の圧電素子を用いたアクチュエ
ータは、少なくとも１枚の記録ディスクと、この記録デ
ィスクに対して情報の読み書き動作を行うヘッドと、こ
のヘッドを記録ディスク上で移動させるヘッドアクチュ
エータとを備えたディスク装置において、ヘッドをヘッ
ドアクチュエータの動作と独立に移動させるためにヘッ
ドアクチュエータの一部に第１，２，５，又は６の発明
の何れかに記載の圧電素子を用いたアクチュエータを使
用したヘッドの微小移動機構であって、固定部材がヘッ
ドアクチュエータのヘッドアームとして構成され、可動
部材がヘッドを先端部に取り付けたスプリングアームと
して構成されていることを特徴とするものである。 第８
の発明によれば、第１，第２，第７，又は第７の何れか
の発明のアクチュエータの固定部材がヘッドアクチュエ
ータのヘッドアームとして構成され、可動部材がヘッド
を先端部に取り付けたスプリングアームとして構成され
ているので、安価で製造性が良く、また、部品点数も少
なくて精度の良いヘッドの微小移動機構が得られる。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施の形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明の実施例を説明する前に、図１４を用いて
素子の厚さ方向に直交する方向に分極され、素子の厚さ
方向の両面に設けられた電極間に電圧を与えることによ
って素子が剪断変形する圧電素子３１（以後、単に剪断
型圧電素子３１と記す）の動作原理について説明する。
図１４(a) に示すように、厚さ方向に垂直な方向に分極
されている圧電素子３１（分極方向は図に点線で示す矢
印の方向であり、以後分極方向を点線の矢印で示す）
に、その上下の両面にそれぞれ電極２２Ａ，２２Ｂを取
り付け、電極２２Ｂを接地し、電極２２Ａに電圧Ｖを印
加した場合を考える。剪断型圧電素子３１は滑り変形
（剪断変形）をする。従って、電極２２Ｂを接地した状
態で電極２２Ａに電圧Ｖを印加すると、剪断型圧電素子
３１は図１４(b) に示すように、破線で示す元の状態か
ら、電極２２Ａ側は図に左方向に変形し、電極２２Ｂ側
は図の右方向に変形する。

【００３２】よって、電極２２Ｂ側を固定しておけば、
電極２２Ａ側は図１４(a) に破線の矢印で示す方向に変
形する。また、この状態で逆に電極２２Ａを接地し、電
極２２Ｂに電圧Ｖを印加した場合は、電極２２Ａ側は図
１４(a) に実線の矢印で示す方向に変形する。以下に説
明する実施例は、剪断型圧電素子３１のこのような動作
原理に基づくものである。

【００３３】図１(a) は本発明の第１の実施例の剪断型
圧電素子を用いたアクチュエータ５１の構成を示す組立
斜視図である。図１(a) に示すように、第１の実施例の
アクチュエータ５１は、ベースとなる固定部材２０と、
この固定部材２０上に配置された駆動部材３０、及び、
この駆動部材３０の上に配置された可動部材４０とから
構成されている。この実施例では固定部材２０は導電性
金属から構成されている。また、駆動部材３０は２つの
剪断型圧電素子３１とその間に挟まれる導体層３２とか
ら構成されている。駆動部材３０を構成する２つの圧電
素子３１の分極方向は点線で示す矢印の向き、即ち、素
子の厚さ方向と垂直で、互いに逆向きになっている。更
に、駆動部材３０の上に積層される可動部材４０も導電
性金属から構成されている。

【００３４】なお、この実施例では、駆動部材３０は２
つの圧電素子３１の積層体から構成されているが、積層
する圧電素子３１の個数は更に多くても良い。その場合
は、圧電素子３１の分極方向は１つ置きに同じ方向を向
くようにし、隣接する圧電素子３１の間には導体層３２
が挿入される。また、図１(a) の実施例では、圧電素子
３１に電圧を印加する電極は、導電性金属からなる固定
部材２０、導体層３２、及び導電性金属からなる可動部
材４０であるが、図１(c) に示すように、圧電素子３１
の上下の面にこれらの電極からの電圧が一様に圧電素子
３１に印加されるための電極膜３８を設けても良い。電
極膜３８は、例えば、それぞれ０．２μｍ程度のクロム
層３８Ａと白金層３８Ｂとから構成される。この電極膜
３８はスパッタリングによって形成することができる。

【００３５】更に、図１(a) の実施例の変形例として、
導体層３２を導電性接着剤としても良い。この場合は、
圧電素子３１の上下の面に電極膜３８を設けなくても良
い。また、圧電素子３１と固定部材２０との接続、及び
圧電素子３１と可動部材４０との接続を導電性接着剤に
よって行うこともできる。この変形例では、電極膜３８
を形成する工程が削減される利点がある。

【００３６】更にまた、図１(a) の実施例の別の変形例
として、図１(d) に示すように、駆動部材３０として、
単一の圧電素子３１のみを使用しても良い。図１(b) は
(a) のアクチュエータ５１を組み立てた状態を示すもの
である。この実施例では、固定部材２０と可動部材４０
がアンプ１９を介してコントローラ１８に接続されてお
り、駆動部材３０の導体層３２とコントローラ１８は、
グランドに接続されている。従って、コントローラ１８
から所定の極性の駆動信号が出力されると、この信号が
アンプ１９で増幅され、所定の電圧が２つの圧電素子３
１の厚さ方向に印加され、第１の実施例のアクチュエー
タ５１は図に二点鎖線で示す方向に変形する。アクチュ
エータ５１の変形量は、印加される電圧の値が大きいほ
ど大きく、また、アクチュエータ５１を構成する駆動部
材３０における圧電素子３１の積層枚数が多いほど、大
きくなる。

【００３７】なお、図１(b) において、コントローラ１
８からは正極性、負極性の両方の駆動信号が出力され
る。従って、前述の極性と逆の極性の駆動信号がコント
ローラ１８から出力された場合は、アクチュエータ５１
の変形方向は図示の方向と逆の方向になる。このよう
に、第１の実施例のアクチュエータ５１は、固定部材２
０側を固定した状態で可動部材４０側に動作制御が必要
な部材を取り付け、コントローラ１８からの駆動信号の
極性及び振幅、或いはアンプ１９の増幅率を調節して、
駆動部材３０の圧電素子３１への電圧の印加方向及び大
きさを制御すれば、その部材を直線的に微小距離だけ駆
動制御することができる。また、駆動信号を矩形波とし
た場合には、デューティ制御によって圧電素子３１に印
加する電圧の大きさを制御することもできる。

【００３８】ここで、第１の実施例のように、圧電素子
３１の層数を増やすことにより可動部材４０の単位電圧
当たりの変位（以下変位感度と記す）を大きくすること
ができる点について説明する。一般に、剪断型圧電素子
における変位λは、圧電素子の層数をｎ、圧電素子の剪
断変形定数をｄ15、印加電圧をＶとすると、以下の式、 λ＝ｎ×ｄ15×Ｖ （ｄ15は材料により決定される定
数） で表される。即ち、変位感度γはλ／Ｖ＝ｎ×ｄ15であ
り、圧電素子の層数に比例して大きくなる。

【００３９】以下に示す表１は、剪断型圧電素子が１層
の場合と、２層の場合の圧電素子単体の変位感度γを測
定した結果を示すものである。この表１から２層の圧電
素子は、１層の圧電素子に比べ１．８倍の変位感度を示
していることが分かる。 〔表１〕層数と変位感度 ──────────────────── 素子層数 変位感度 １層素子 0.42ｎｍ／Ｖ ２層素子 0.76ｎｍ／Ｖ ──────────────────── 図２(a) は本発明の第２の実施例の剪断型圧電素子を用
いたアクチュエータ５２の構成を示す組立斜視図であ
る。

【００４０】図２(a) に示すように、第２の実施例のア
クチュエータ５２は、ベースとなる固定部材２０と、こ
の固定部材２０上に配置された駆動部材３０、及び、こ
の駆動部材３０の上に配置された可動部材４０とから構
成されている。この実施例では固定部材２０の上には電
極２１が設けられており、リードパターン２２によって
図示しない電源に接続されている。固定部材２１が非導
電性物質の場合は電極２１は直接固定部材２１の上に設
けられ、固定部材２０が導電性金属の場合は、例えば、
ポリイミド等の絶縁層を介して固定部材２１の上に設け
られる。また、駆動部材３０は２つの剪断型圧電素子３
１が並列に並べられたものである。駆動部材３０を構成
する２つの圧電素子３１の分極方向は点線で示す矢印の
向き、即ち、素子の厚さ方向と垂直で、互いに逆向きに
なっている。駆動部材３０の上に積層される可動部材４
０は導電性金属から構成されている。

【００４１】この実施例においても、２つの圧電素子３
１の上下面にスパッタリングにより０．２μｍ程度のク
ロム層３８Ａと白金層３８Ｂとからなる電極膜３８が形
成されていても良い。また、圧電素子３１の上下の面に
電極膜３８を設けず、圧電素子３１と固定部材２０との
接続、及び圧電素子３１と可動部材４０との接続を導電
性接着剤によって行っても良い。

【００４２】図２(b) は(a) のアクチュエータ５２を組
み立てた状態を示すものである。この実施例では、固定
部材２０の電極２１がアンプ１９を介してコントローラ
１８に接続されており、可動部材４０とコントローラ１
８とはグランドに接続されている。従って、コントロー
ラ１８から所定の極性の駆動信号が出力されると、この
信号がアンプ１９で増幅され、所定の電圧が２つの圧電
素子３１の厚さ方向に印加されるので、第２の実施例の
アクチュエータ５２は図に二点鎖線で示す方向に回転す
る。アクチュエータ５２の回転量は、印加される電圧の
値が大きいほど大きい。

【００４３】なお、図２(b) において、コントローラ１
８からは正極性、負極性の両方の駆動信号が出力され
る。従って、前述の極性と逆の極性の駆動信号がコント
ローラ１８から出力された場合は、アクチュエータ５２
の変形方向は図示の方向と逆の方向になる。このよう
に、第２の実施例のアクチュエータ５２は、固定部材２
０側を固定した状態で可動部材４０側に動作制御が必要
な部材を取り付け、コントローラ１８からの駆動信号の
極性及び振幅を調節して、駆動部材３０の圧電素子３１
への電圧の印加方向及び大きさを制御すれば、その部材
を微小距離だけ回転制御することができる。

【００４４】図３(a) は本発明の第３の実施例の剪断型
圧電素子を用いたアクチュエータ５３の構成を示す組立
斜視図である。第３の実施例のアクチュエータ５３は、
第２の実施例のアクチュエータ５２の変形例である。図
３(a) に示すように、第３の実施例のアクチュエータ５
３は、第２の実施例のアクチュエータ５２における駆動
部材３０を多層化したものである。即ち、第３の実施例
のアクチュエータ５３は、固定部材２０と可動部材４０
との間に配置された駆動部材３０が、導体層３２を挟ん
だ２層の圧電素子３１から構成されている点のみが第２
の実施例のアクチュエータ５２と異なる。

【００４５】第３の実施例では、可動部材４０の直下に
配置される２つの圧電素子３１の分極方向は第２の実施
例と同じになっている。この場合、固定部材２０の上に
配置される圧電素子３１の分極方向は、上下方向および
左右方向に隣接する圧電素子３１の分極方向と逆になっ
ている。この実施例においても、４つの圧電素子３１の
上下面にスパッタリングにより０．２μｍ程度のクロム
層３８Ａと白金層３８Ｂとからなる電極膜３８が形成さ
れていても良い。また、圧電素子３１の上下の面に電極
膜３８を設けず、圧電素子３１と固定部材２０との接
続、及び圧電素子３１と可動部材４０との接続を導電性
接着剤によって行っても良い。

【００４６】図３(b) は(a) のアクチュエータ５３を組
み立てた状態を示すものである。この実施例では、固定
部材２０の電極２１と可動部材４０とがアンプ１９を介
してコントローラ１８に接続されており、導体層３２と
コントローラ１８はグランドに接続されている。従っ
て、コントローラ１８から所定の極性の駆動信号が出力
されると、この信号がアンプ１９で増幅され、所定の電
圧が４つの圧電素子３１の厚さ方向に電極２１と可動部
材４０から導体層３２に向かって印加される。この結
果、それぞれの層が第２の実施例のアクチュエータ５２
と同じ方向に回転するので、第３の実施例のアクチュエ
ータ５３は、図に二点鎖線で示す方向に回転する。アク
チュエータ５３の回転量は、印加される同じ電圧の値で
第２の実施例のアクチュエータ５２の略２倍回転する。

【００４７】なお、図３(a) ，(b) には、導体層３２は
並列に並んだ圧電素子３１に跨がるように配設されてい
るが、導体層３２は、それぞれの圧電素子３１の積層体
毎に別々に配設されていても良い。図４(a) は本発明の
第４の実施例の剪断型圧電素子を用いたアクチュエータ
５４の構成を示す組立斜視図である。第４の実施例のア
クチュエータ５４は、第２の実施例のアクチュエータ５
２の変形例である。

【００４８】図４(a) に示すように、第４の実施例のア
クチュエータ５４は、第２の実施例のアクチュエータ５
２における駆動部材３０の２つの圧電素子３１が一体化
された１つの圧電素子３３で置き換えられたものであ
る。即ち、第４の実施例のアクチュエータ５４は、固定
部材２０と可動部材４０との間に配置された駆動部材３
０が、一体型の圧電素子３３から構成されている点のみ
が第２の実施例のアクチュエータ５２と異なる。この一
体型の圧電素子３３はその内部で平行で異なる２方向に
分極されている。分極方向は第２の実施例の２つの圧電
素子３１の分極方向と同じである。

【００４９】この実施例においても、圧電素子３３の上
下面にスパッタリングにより電極膜３８が形成されてい
ても良い。また、各部材間の接続を導電性接着剤によっ
て行っても良い。図４(b) は(a) のアクチュエータ５４
を組み立てた状態を示すものである。この実施例では、
固定部材２０の電極２１がアンプ１９を介してコントロ
ーラ１８に接続されており、可動部材４０とコントロー
ラ１８とはグランドに接続されている。従って、コント
ローラ１８から所定の極性の駆動信号が出力されると、
この信号がアンプ１９で増幅され、所定の電圧が圧電素
子３３の厚さ方向に印加される。この結果、一体型の圧
電素子３３がねじれ変形するので、第４の実施例のアク
チュエータ５４は図に二点鎖線で示す方向、即ち、第２
の実施例のアクチュエータ５２と同じ方向に回転する。
アクチュエータ５４の回転量は、第２の実施例のアクチ
ュエータ５２と同じである。

【００５０】図５(a) は本発明の第５の実施例の剪断型
圧電素子を用いたアクチュエータ５５の構成を示す組立
斜視図である。第５の実施例のアクチュエータ５５は、
第２の実施例のアクチュエータ５２の変形例である。図
５(a) に示すように、第５の実施例のアクチュエータ５
５が第２の実施例のアクチュエータ５２と異なる点は、
可動部材４０がその直下の２つの圧電素子３１に重なっ
て直接駆動される基部４３と、この基部４３から突出す
る移動量拡大部４４から構成され、更に、この基部４３
にはこの基部４３を二分するような第１の切り欠き４１
が設けられている点のみである。そして、この第１の切
り欠き４１は、この基部４３に重なる駆動部材３０の２
つの圧電素子３１の分極方向に平行な方向になってい
る。

【００５１】この実施例においても、２つの圧電素子３
１の上下面にスパッタリングにより電極膜３８が形成さ
れていても良い。また、圧電素子３１の上下の面に電極
膜３８を設けず、圧電素子３１と固定部材２０との接
続、及び圧電素子３１と可動部材４０との接続を導電性
接着剤によって行っても良い。図５(b) は(a) のアクチ
ュエータ５５を組み立てた状態を示すものである。この
実施例では、固定部材２０の電極２１がアンプ１９を介
してコントローラ１８に接続されており、可動部材４０
とコントローラ１８とはグランドに接続されている。従
って、コントローラ１８から所定の極性の駆動信号が出
力されると、この信号がアンプ１９で増幅され、所定の
電圧が圧電素子３１の厚さ方向に印加される。この結
果、２つの圧電素子３１はその分極方向に応じてそれぞ
れ図の矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。すると、移動量拡大
部４４は矢印Ｃで示す方向に回転する。

【００５２】なお、図５(b) において、コントローラ１
８からは正極性、負極性の両方の駆動信号が出力され
る。従って、前述の極性と逆の極性の駆動信号がコント
ローラ１８から出力された場合は、アクチュエータ５５
の回転方向は矢印Ｃ方向と逆の方向になる。このよう
に、第５の実施例のアクチュエータ５５は、固定部材２
０側を固定した状態で移動量拡大部４４に動作制御が必
要な部材を取り付け、駆動部材３０の圧電素子３１への
電圧の印加を制御すれば、その部材を微小距離だけ破線
で示す矢印Ｄ方向に揺動制御することができる。

【００５３】図６(a) は本発明の第６の実施例の剪断型
圧電素子を用いたアクチュエータ５６の構成を示す組立
斜視図である。第６の実施例のアクチュエータ５６は、
第３の実施例のアクチュエータ５３の変形例である。図
６(a) に示すように、第６の実施例のアクチュエータ５
６が第３の実施例のアクチュエータ５３と異なる点は、
可動部材４０がその直下の２つの圧電素子３１に重なっ
て直接駆動される基部４３と、この基部４３から突出す
る移動量拡大部４４から構成され、また、この基部４３
にはこの基部４３を二分するような第１の切り欠き４１
が設けられており、更に、導体層３２にも第１の切り欠
き４１の部位で二分されている点のみである。そして、
この第１の切り欠き４１は、この基部４３に重なる駆動
部材３０の４つの圧電素子３１の分極方向に平行な方向
になっている。

【００５４】この実施例においても、４つの圧電素子３
１の上下面にスパッタリングにより前述の電極膜３８が
形成されていても良い。また、圧電素子３１の上下の面
に電極膜３８を設けず、各部材の接続を導電性接着剤に
よって行っても良い。図６(b) は(a) のアクチュエータ
５６を組み立てた状態を示すものである。この実施例で
は、固定部材２０の電極２１と可動部材４０がアンプ１
９を介してコントローラ１８に接続されており、コント
ローラ１８と導体層３２とはグランドに接続されてい
る。従って、コントローラ１８から所定の極性の駆動信
号が出力されると、この信号がアンプ１９で増幅され、
所定の電圧が圧電素子３１の厚さ方向に印加される。こ
の結果、４つの圧電素子３１はその分極方向に応じてそ
れぞれ図の矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。すると、移動量
拡大部４４は矢印Ｃで示す方向に回転する。

【００５５】なお、図６(b) において、コントローラ１
８からは正極性、負極性の両方の駆動信号が出力され
る。従って、前述の極性と逆の極性の駆動信号がコント
ローラ１８から出力された場合は、アクチュエータ５６
の回転方向は矢印Ｃ方向と逆の方向になる。このよう
に、第６の実施例のアクチュエータ５６は、固定部材２
０側を固定した状態で移動量拡大部４４に動作制御が必
要な部材を取り付け、駆動部材３０の圧電素子３１への
電圧の印加を制御すれば、その部材を微小距離だけ破線
で示す矢印Ｄ方向に揺動制御することができる。そし
て、第６の実施例における移動量拡大部４４の揺動量
は、第５の実施例における移動量拡大部４４の揺動量の
略２倍とすることができる。

【００５６】図７(a) は本発明の第７の実施例の剪断型
圧電素子を用いたアクチュエータ５７の構成を示す組立
斜視図である。第７の実施例のアクチュエータ５７は、
第４の実施例のアクチュエータ５４の変形例である。図
７(a) に示すように、第７の実施例のアクチュエータ５
７が第４の実施例のアクチュエータ５４と異なる点は、
可動部材４０がその直下の圧電素子３３に重なって直接
駆動される基部４３と、この基部４３から突出する移動
量拡大部４４から構成され、更に、この基部４３にはこ
の基部４３を二分するような第１の切り欠き４１が設け
られている点のみである。そして、この第１の切り欠き
４１は、この基部４３に重なる駆動部材３０の圧電素子
３３の分極方向に平行な方向になっている。

【００５７】この実施例においても、圧電素子３３の上
下面にスパッタリングにより電極膜３８が形成されてい
ても良い。また、圧電素子３３の上下の面に電極膜３８
を設けず、各部材の接続を導電性接着剤によって行って
も良い。図７(b) は(a) のアクチュエータ５７を組み立
てた状態を示すものである。この実施例では、固定部材
２０の電極２１がアンプ１９を介してコントローラ１８
に接続されており、コントローラ１８と可動部材４０は
グランドに接続されている。従って、コントローラ１８
から所定の極性の駆動信号が出力されると、この信号が
アンプ１９で増幅され、所定の電圧が圧電素子３３の厚
さ方向に印加される。この結果、圧電素子３３はその分
極方向に応じてそれぞれ図の矢印Ａ，Ｂ方向に移動す
る。すると、移動量拡大部４４は矢印Ｃで示す方向に回
転する。

【００５８】なお、図７(b) において、コントローラ１
８からは正極性、負極性の両方の駆動信号が出力され
る。従って、前述の極性と逆の極性の駆動信号がコント
ローラ１８から出力された場合は、アクチュエータ５６
の回転方向は矢印Ｃ方向と逆の方向になる。このよう
に、第７の実施例のアクチュエータ５７は、固定部材２
０側を固定した状態で移動量拡大部４４に動作制御が必
要な部材を取り付け、駆動部材３０の圧電素子３３への
電圧の印加を制御すれば、その部材を微小距離だけ破線
で示す矢印Ｄ方向に揺動制御することができる。

【００５９】図８(a) は本発明の第８の実施例の剪断型
圧電素子を用いたアクチュエータ５８の構成を示す組立
斜視図である。第８の実施例のアクチュエータ５８は、
第５の実施例のアクチュエータ５５の変形例である。図
８(a) に示すように、第８の実施例のアクチュエータ５
８が第５の実施例のアクチュエータ５５と異なる点は、
可動部材４０の基部４３と移動量拡大部４４との境界部
に、第１の切り欠き４１に直交する第２の切り欠き４２
が可動部材４０の両側から設けられている点のみであ
る。そして、この第１の切り欠き４１の先端部と第２の
切り欠き４２の先端部とで挟まれる部位に、ヒンジ４５
が形成されている。

【００６０】この実施例においても、圧電素子３１の上
下面にスパッタリングにより電極膜３８が形成されてい
ても良い。また、圧電素子３１の上下の面に電極膜３８
を設けず、各部材の接続を導電性接着剤によって行って
も良い。図８(b) は(a) のアクチュエータ５８を組み立
てた状態を示すものである。第８の実施例のアクチュエ
ータ５８のアンプ１９を介したコントローラ１８との接
続は第５の実施例と全く同じである。一方、第８の実施
例のアクチュエータ５８では、コントローラ１８から所
定の極性の駆動信号が出力されると、この信号がアンプ
１９で増幅され、所定の電圧が圧電素子３１の厚さ方向
に印加される。この結果、２つの圧電素子３１はその分
極方向に応じてそれぞれ図の矢印Ａ，Ｂ方向に移動する
が、移動量拡大部４４の移動量は、ヒンジ４５の作用に
より第５の実施例における移動量拡大部４４の移動量よ
りも大きくなる。

【００６１】なお、図８(b) において、コントローラ１
８からは正極性、負極性の両方の駆動信号が出力され
る。従って、前述の極性と逆の極性の駆動信号がコント
ローラ１８から出力された場合は、アクチュエータ５５
の回転方向は矢印Ｃ方向と逆の方向になる。このよう
に、第８の実施例のアクチュエータ５８は、固定部材２
０側を固定した状態で移動量拡大部４４に動作制御が必
要な部材を取り付け、駆動部材３０の圧電素子３１への
電圧の印加を制御すれば、その部材を微小距離だけ破線
で示す矢印Ｄ方向に揺動制御することができる。

【００６２】ここで、第８の実施例のヒンジ４５の機能
について図１５及び図１６を用いて説明する。図１５
(a) は第８の実施例のアクチュエータ５８と同様のヒン
ジ構造を備えたアクチュエータＡＷＨを示しており、
(b) はヒンジ構造のないアクチュエータＡＨＬを示して
いる。(a) のアクチュエータＡＷＨの可動部材４０には
第８の実施例と同様の第１、第２の切り欠き４１，４
２、及び２つのヒンジ４５が設けられており、第１の切
り欠き４１で二分された基部４３の部位に圧電素子３１
が設けられている。移動量拡大部４４は第１の切り欠き
４１の軸線方向に延長されており、その先端部にヘッド
等が取り付けられる。このアクチュエータＡＷＨのヒン
ジ４５の間の距離をＥとする。一方、(b) のアクチュエ
ータＡＨＬは、(a) のアクチュエータＡＷＨから第１、
第２の切り欠き４１，４２を除いたものであり、２つの
圧電素子３１の中心間距離をＦとする。

【００６３】ここで、変位拡大率は、（アクチュエータ
の変位）÷（素子単体の変位）である。そして、ヒンジ
構造では、変位拡大率はヒンジの幅と間隔に依存してい
る。ヒンジの幅を狭めることにより大きな変位拡大率を
得ることができる。よって、(a) のようにヒンジ４５を
設けたアクチュエータＡＷＨでは、圧電素子３１に前述
のような変位を生じさせて移動量拡大部４４を(a) に矢
印Ｓで示す方向に揺動させた場合は、その揺動中心は第
１の切り欠き４１の中心線が第１の切り欠き４１の先端
部と交差する点Ｇである。そして、この場合の変位拡大
率は、概ね、下式で表される。

【００６４】変位拡大率＝２×（可動部の長さＬ）／
（ヒンジの中心間距離Ｅ） 一方、ヒンジを設けない場合、圧電素子３１に前述のよ
うな変位を生じさせて移動量拡大部４４を(b) に矢印Ｔ
で示す方向に揺動させた場合は、その揺動中心は２つの
圧電素子３１の間の領域の中心点Ｈである。そして、こ
の場合の変位拡大率は、概ね、下式で表される。

【００６５】変位拡大率＝２×（可動部の長さＬ′）／
（素子の中心間距離Ｆ） ここで圧電素子３１は可動部材４０の土台となってお
り、圧電素子３１の中心間距離Ｆを狭めるのには制限が
ある。一方、ヒンジ４５の中心間距離Ｅはその制約が無
いので、ヒンジ４５の中心間距離Ｅは圧電素子３１の中
心間距離Ｆよりも小さくできる。このため、原理的にヒ
ンジの無い場合よりも変位拡大率が大きくできる。

【００６６】また、ヒンジ４５が無い場合は、圧電素子
３１の剪断変形という直進運動を剛体（可動部材４０）
の回転運動に変換しているため、圧電素子３１の剪断変
形を妨げる応力が可動部材の２つの素子間に発生し、圧
電素子３１の変形をアクチュエータの変形に変換する効
率が悪い。一方、ヒンジ４５を設けた場合、圧電素子３
１の剪断変形を妨げる応力はヒンジ４５の部位のみにし
か働かないため、圧電素子３１の変位が無理なく可動部
材に反映される。

【００６７】これらの理由から、ヒンジ４５を設けたこ
とにより可動部材４０の変位を大きくすることが可能と
なる。図１６(b) は、図１６(a) に示す本発明の第８の
実施例のアクチュエータ５８におけるヒンジ４５を構成
する第１の切り欠き４１の隙間を０．２ｍｍとし、第２
の切り欠き４２の隙間を０．３ｍｍとした場合の、ヒン
ジ４５の中心間距離と、変位感度の関係の有限要素法に
よる解析の結果を示すものである。この図からヒンジ４
５の中心間距離が小さくなればなるほど、変位感度が大
きくなることが分かる。一方、ヒンジを設けない図１５
(b) の可動部材４０の変位感度は約５ｎｍ／Ｖ程度であ
る。これと比べるとヒンジ４５を設けた場合の可動部材
４０の変位感度は、ヒンジの無い場合の６倍以上になる
ことが分かる。

【００６８】このように、前述の圧電素子３１の多層化
と同様に、可動部材４０にヒンジ４５を設けることによ
り、剪断効果を利用した圧電アクチュエータにおいて大
きな変位を持つことが可能となる。図９(a) は本発明の
第９の実施例の剪断型圧電素子を用いたアクチュエータ
５９の構成を示す組立斜視図である。第９の実施例の剪
断型圧電素子を用いたアクチュエータ５９は、第６の実
施例の剪断型圧電素子を用いたアクチュエータ５６の変
形例である。

【００６９】図９(a) に示すように、第９の実施例のア
クチュエータ５９が第６の実施例のアクチュエータ５６
と異なる点は、可動部材４０の基部４３と移動量拡大部
４４との境界部に、第１の切り欠き４１に直交する第２
の切り欠き４２が可動部材４０の両側から設けられてい
る点のみである。そして、この第１の切り欠き４１の先
端部と第２の切り欠き４２の先端部とで挟まれる部位
に、ヒンジ４５が形成されている。

【００７０】この実施例においても、圧電素子３１の上
下面にスパッタリングにより電極膜３８が形成されてい
ても良い。また、圧電素子３１の上下の面に電極膜３８
を設けず、各部材の接続を導電性接着剤によって行って
も良い。図９(b) は(a) のアクチュエータ５９を組み立
てた状態を示すものである。第９の実施例のアクチュエ
ータ５９のアンプ１９を介したコントローラ１８との接
続は第６の実施例と全く同じである。一方、第９の実施
例のアクチュエータ５９では、コントローラ１８から所
定の極性の駆動信号が出力されると、この信号がアンプ
１９で増幅され、所定の電圧が圧電素子３１の厚さ方向
に印加される。この結果、２つの圧電素子３１はその分
極方向に応じてそれぞれ図の矢印Ａ，Ｂ方向に移動する
が、移動量拡大部４４の矢印Ｃ方向への移動量は、前述
のヒンジ４５の作用により第６の実施例における移動量
拡大部４４の矢印Ｃ方向への移動量よりも大きくなる。

【００７１】図１０(a) は本発明の第１０の実施例の剪
断型圧電素子を用いたアクチュエータ６０の構成を示す
組立斜視図である。第１０の実施例のアクチュエータ６
０は、第７の実施例のアクチュエータ５７の変形例であ
る。図１０(a) に示すように、第１０の実施例のアクチ
ュエータ６０が第７の実施例のアクチュエータ５７と異
なる点は、可動部材４０の基部４３と移動量拡大部４４
との境界部に、第１の切り欠き４１に直交する第２の切
り欠き４２が可動部材４０の両側から設けられている点
のみである。そして、この第１の切り欠き４１の先端部
と第２の切り欠き４２の先端部とで挟まれる部位に、ヒ
ンジ４５が形成されている。

【００７２】この実施例においても、圧電素子３３の上
下面にスパッタリングにより電極膜３８が形成されてい
ても良い。また、圧電素子３３の上下の面に電極膜３８
を設けず、各部材の接続を導電性接着剤によって行って
も良い。図１０(b) は(a) のアクチュエータ６０を組み
立てた状態を示すものである。第１０の実施例のアクチ
ュエータ６０のアンプ１９を介したコントローラ１８と
の接続は第７の実施例と全く同じである。一方、第１０
の実施例のアクチュエータ６０では、コントローラ１８
から所定の極性の駆動信号が出力されると、この信号が
アンプ１９で増幅され、所定の電圧が圧電素子３３の厚
さ方向に印加される。この結果、圧電素子３３はその分
極方向に応じてそれぞれ図の矢印Ａ，Ｂ方向に移動する
が、移動量拡大部４４の矢印Ｃ方向への移動量は、前述
のヒンジ４５の作用により第７の実施例における移動量
拡大部４４の矢印Ｃ方向への移動量よりも大きくなる。

【００７３】図１１は本発明の第８から第１０の実施例
のアクチュエータ５８〜６０に使用する可動部材４０の
ヒンジ４５の構造の別の実施例を示すものである。前述
の実施例では、第１の切り欠き４１はＩ字状であった
が、この実施例では、第１の切り欠き４１の先端部がＴ
字状になっている点のみが異なる。このように、第１の
切り欠き４１の形状はＩ字状に限定されるものではな
い。

【００７４】図１２は本発明の剪断型圧電素子を用いた
第１１の実施例のアクチュエータ６１の構成を示すもの
であり、(a) は駆動部材３０のみの構成を示し、(b) は
(a)の駆動部材３０を使用したアクチュエータ６１の構
成を示す側面図である。図１２(a) に示すように、第１
１の実施例では駆動部材３０が通常の長さの圧電素子３
１と、この圧電素子３１より僅かに長手方向の長さが長
い圧電素子３４とから構成されている。この実施例の駆
動部材３０では、圧電素子３１と圧電素子３４とは一端
が揃えられて積層される。従って、駆動部材３０の他端
においては、圧電素子３４の他端が圧電素子３１の他端
から突出している。圧電素子３１と圧電素子３４との間
に挟まれる導体層３２は、長い方の圧電素子３４に合わ
せて積層される。従って、駆動部材３０の他端側には導
体層３２が露出する。第１１の実施例ではこの導体層３
２の露出部を電極部としてリード線３５を接続すること
ができる。

【００７５】従って、図１２(a) に示した駆動部材３０
を固定部材２０の上に配置して作られた第１１の実施例
のアクチュエータ６１では、(b) に示すように、導体層
３２とリード線３５との接続が容易になる。図１３は本
発明の剪断型圧電素子を用いた第１２の実施例のアクチ
ュエータ６２の構成を示すものであり、(a) は駆動部材
３０のみの構成を示し、(b) は(a)の駆動部材３０を使
用したアクチュエータ６２の構成を示す側面図である。

【００７６】図１３(a) に示すように、第１２の実施例
では駆動部材３０が通常の長さの２つの圧電素子３１
と、この圧電素子３１より僅かに長手方向の長さが長い
圧電素子３４とから構成されている。この実施例の駆動
部材３０では、２つの圧電素子３１に圧電素子３４が挟
まれ、３者は一端が揃えられて積層される。従って、駆
動部材３０の他端においては、圧電素子３４の他端が２
つの圧電素子３１の他端から突出している。圧電素子３
１と圧電素子３４との間に挟まれる導体層３２は、長い
方の圧電素子３４に合わせて積層される。従って、駆動
部材３０の他端側には圧電素子３４の両面に導体層３２
が露出する。第１２の実施例ではこの導体層３２の露出
部を導体層３２の電極部としてリード線３５，３６を接
続することができる。

【００７７】従って、図１３(a) に示した駆動部材３０
を固定部材２０の上に配置して作られた第１２の実施例
のアクチュエータ６２では、(b) に示すように、導体層
３２とリード線３５，３６との接続が容易になる。な
お、(b) において２３は固定部材２０の上に設けられた
接地用のリードパターンを示している。第１１、第１２
の実施例においても、圧電素子３１の上下面にスパッタ
リングにより電極膜３８が形成されていても良い。ま
た、圧電素子３１の上下の面に電極膜３８を設けず、各
部の接続を導電性接着剤によって行っても良い。

【００７８】図１７(a) は本発明のアクチュエータにお
ける電極への配線構造の他の例を示すものである。前述
の実施例では、圧電素子への電圧の印加を、固定部材２
０の上にリードパターンが設けられたり、圧電素子３
１，３３，３４の電極や可動部材４０と固定部材２０上
のリードパターンとがリード線３５，３６で結合されて
いたが、この実施例ではＦＰＣ（フレキシブル印刷基
板）２４によって圧電素子３１への電圧の印加が行われ
るようになっている。なお、図１７(b) は固定部材２０
が導体である場合の図１７(a) の固定部材２０上の電極
の構造を示すものである。この場合は、固定部材２０の
上に絶縁層２５が形成され、この絶縁層２５の上に電極
２１が形成されている。

【００７９】図１８は前述の第１から第１２の実施例の
アクチュエータ５１〜６２の何れかを使用する、ヘッド
の微小移動機構７０を備えたディスク装置のヘッドアク
チュエータ８０の構成を示すものである。第１から第１
２の実施例のアクチュエータ５１〜６２の何れかを使用
するヘッドの微小移動機構７０では、固定部材２０がヘ
ッドアクチュエータ８０のヘッドアーム７２として構成
される。また、可動部材４０には、先端部にヘッドスラ
イダ７１が取り付けられたスプリングアーム７４の基部
が取り付けられる。

【００８０】図１９は本発明の第１の実施例のアクチュ
エータ５１を使用したヘッドの微小移動機構７０の構成
を示すものである。この実施例のヘッドの微小移動機構
７０では、ヘッドアーム７２（固定部材２０）の先端部
に駆動部材３０の底面全体に接続する１つの電極２１と
リードパターン２２，２３が形成されている。電極２１
の上に導体層３２を挟んで２つの圧電素子３１が積層さ
れた駆動部材３０が配置され、その上にスプリングアー
ム７４の基部を溶接等の手段によって取り付けた可動部
材４０が配置される。可動部材４０が図示しないリード
線によってリードパターン２３に接続される。この実施
例のヘッドの微小移動機構７０では、リードパターン２
２，２３の間に電圧が印加されると、スプリングアーム
７４は図のＲ，Ｌ方向に微小移動する。

【００８１】図２０(a) は本発明の第８の実施例のアク
チュエータ５８を使用したヘッドの微小移動機構７０の
構成を示すものである。この実施例のヘッドの微小移動
機構７０では、ヘッドアーム７２（固定部材２０）の先
端部に駆動部材３０の底面全体に接続する１つの電極２
１とリードパターン２２，２３が形成されている。電極
２１の上には２つの圧電素子３１が概ね平行に並んで配
置され、その上に可動部材４０が配置される。可動部材
４０には、第１の切り欠き４１で分離され、それぞれ２
つの圧電素子３１の上に重ねられる基部４３と、この基
部４３にヒンジ４５によって接続する移動量拡大部４４
とがある。移動量拡大部４４にスプリングアーム７４の
基部が溶接等の手段によって取り付けられる。可動部材
４０はリード線に３７よってリードパターン２３に接続
される。この実施例のヘッドの微小移動機構７０では、
リードパターン２２，２３の間に電圧が印加されると、
スプリングアーム７４は２つのヒンジ４５の間にある点
Ｇを中心にして、図のＣ，ＵＣ方向に微小角度だけ揺動
する。なお、可動部材４０はグランドに接続されている
ことが望ましい。

【００８２】図２０(b) は図２０(a) で説明した実施例
のヘッドの微小移動機構７０の変形例を示すものであ
る。(b) の実施例が(a) の実施例と異なる点は、可動部
材４０がスプリングアーム７４自体となっている点のみ
である。そして、第１と第２の切り欠き４１，４２に挟
まれたヒンジ４５によって分離されたスプリングアーム
７４の基部４３が駆動部材３０の圧電素子３１の上にそ
れぞれ重ねられる。この変形例のヘッドの微小移動機構
７０の動作は図２０(a) のヘッドの微小移動機構と全く
同じである。

【００８３】図２１は図２０のヘッドの微小移動機構７
０の変形例の構成を示すものである。図２１のヘッドの
微小移動機構７０が図２０(a) の微小移動機構７０と異
なる点は、ヘッドアーム７２上の電極形状、及び圧電素
子３１の分極方向のみである。図２０(a) の実施例で
は、ヘッドアーム７２（固定部材２０）の先端部に駆動
部材３０の底面全体に接続する１つの電極２１とリード
パターン２２，２３が形成されており、電極２１の上に
は分極方向が逆の２つの圧電素子３１が概ね平行に並ん
で配置され、その上に可動部材４０が配置されていた。
そして、可動部材４０の第１の切り欠き４１で分離され
た基部４３はそれぞれリード線３７によってリードパタ
ーン２３に接続されていた。

【００８４】一方、図２１の実施例では、ヘッドアーム
７２（固定部材２０）の先端部に駆動部材３０の２つの
圧電素子３１にそれぞれ接続する２つの電極２６，２７
が概ね平行に並んで形成されており、電極２６，２７の
上には分極方向が同じの２つの圧電素子３１がそれぞれ
配置され、その上に導電性の可動部材４０が配置されて
いる。この実施例のヘッドの微小移動機構７０では、電
極２６，２７に接続するリードパターン２８，２９の間
に電圧が印加されると、スプリングアーム７４は２つの
ヒンジ４５の間にある点Ｇを中心にして、図のＣ，ＵＣ
方向に微小角度だけ揺動する。この実施例にはリード線
は不要である。

【００８５】図２２は図２１で説明した実施例のヘッド
の微小移動機構７０の変形例を示すものである。図２２
の実施例が図２１の実施例と異なる点は、可動部材４０
がスプリングアーム７４自体となっている点のみであ
る。そして、第１と第２の切り欠き４１，４２に挟まれ
たヒンジ４５によって分離されたスプリングアーム７４
の基部４３が駆動部材３０の圧電素子３１の上にそれぞ
れ重ねられる。この変形例のヘッドの微小移動機構７０
の動作は図２１のヘッドの微小移動機構と全く同じであ
る。

【００８６】図２３は本発明の第１１の実施例のアクチ
ュエータ６１を使用したヘッド微小移動機構７０の構成
を示すものである。第１１の実施例では、前述のよう
に、駆動部材３０が通常の長さの圧電素子３１と、この
圧電素子３１より僅かに長手方向の長さが長い圧電素子
３４とから構成されており、圧電素子３４の端部が圧電
素子３１の他端から突出している。そして、圧電素子３
１と圧電素子３４との間に挟まれる導体層３２は圧電素
子３４の一端に露出している。よって、この導体層３２
の露出部を電極部としてリード線３５を接続することが
できる。従って、この実施例のヘッドの微小移動機構７
０では、導体層３２とリード線３５との接続が容易にな
る。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の剪断型ア
クチュエータ、およびこのアクチュエータを使用したヘ
ッドの微小移動機構によれば、以下のような効果があ
る。 (1) 固定部材と可動部材の間に圧電素子からなる駆動部
材を接着によって積層しただけの構造であるため製造性
が良く、コストが低い。

【００８８】(2) 駆動部材が直接可動部材を変位させる
ので、接着層が可動部材の変位に及ぼす影響が小さい。 (3) 素子の単位電圧あたりの変位量が、素子厚さに依存
しないため、素子を薄くでき、アクチュエータの薄型化
に適する。 (4) 駆動部材におけて圧電素子を複数枚積層して使用す
ることにより、駆動部材の単位電圧あたりのアクチュエ
ータの変位量である変位感度を増大させることができ
る。

【００８９】(5) 可動部材の一部にヒンジ構造を採用す
ることにより、駆動部材の変位感度を増大させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアクチ
ュエータの第１の実施例の構成を示す組立斜視図、(b)
は(a) のアクチュエータの組立後の動作の一例を示す斜
視図、(c) は第１の実施例の変形実施例を示す圧電素子
の上下の面に電極膜が設けられた圧電素子の側面図、
(d) は第１の実施例の別の変形実施例を示すアクチュエ
ータの側面図である。

【図２】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアクチ
ュエータの第２の実施例の構成を示す組立斜視図、(b)
は(a) のアクチュエータの組立後の動作の一例を示す斜
視図である。

【図３】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアクチ
ュエータの第３の実施例の構成を示す組立斜視図、(b)
は(a) のアクチュエータの組立後の動作の一例を示す斜
視図である。

【図４】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアクチ
ュエータの第４の実施例の構成を示す組立斜視図、(b)
は(a) のアクチュエータの組立後の動作の一例を示す斜
視図である。

【図５】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアクチ
ュエータの第５の実施例の構成を示す組立斜視図、(b)
は(a) のアクチュエータの組立後の動作の一例を示す斜
視図である。

【図６】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアクチ
ュエータの第６の実施例の構成を示す組立斜視図、(b)
は(a) のアクチュエータの組立後の動作の一例を示す斜
視図である。

【図７】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアクチ
ュエータの第７の実施例の構成を示す組立斜視図、(b)
は(a) のアクチュエータの組立後の動作の一例を示す斜
視図である。

【図８】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアクチ
ュエータの第８の実施例の構成を示す組立斜視図、(b)
は(a) のアクチュエータの組立後の動作の一例を示す斜
視図である。

【図９】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアクチ
ュエータの第９の実施例の構成を示す組立斜視図、(b)
は(a) のアクチュエータの組立後の動作の一例を示す斜
視図である。

【図１０】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアク
チュエータの第１０の実施例の構成を示す組立斜視図、
(b) は(a) のアクチュエータの組立後の動作の一例を示
す斜視図である。

【図１１】本発明のアクチュエータに使用するスペーサ
のヒンジ構造の別の実施例を示す平面図である。

【図１２】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアク
チュエータの第１１の実施例の圧電素子のみの構成を示
す斜視図、(b) は(a) の圧電素子を使用したアクチュエ
ータの構成を示す側面図である。

【図１３】(a) は本発明の剪断型圧電素子を用いたアク
チュエータの第１２の実施例の圧電素子のみの構成を示
す組立斜視図、(b) は(a) の圧電素子を使用したアクチ
ュエータの構成を示す側面図である。

【図１４】(a) ，(b) は本発明のアクチュエータに使用
する剪断型圧電素子の分極方向、電圧の印加方向による
圧電素子の変形の原理を示す説明図である。

【図１５】(a) はヒンジ構造を備えた本発明のアクチュ
エータの平面図、(b) はヒンジ構造のない本発明のアク
チュエータの平面図である。

【図１６】(a) は本発明のアクチュエータにおけるヒン
ジ構造の構成の一例を示す部分平面図、(b) は(a) のヒ
ンジ構造におけるヒンジの中心間距離と変位感度の関係
を示す線図である。

【図１７】(a) は本発明のアクチュエータにおける電極
へのリード線の配線構造の一例を示す斜視図、(b) は
(a) のベースの構成を示す平面図である。

【図１８】本発明のアクチュエータを使用するヘッドの
微小移動機構を備えたヘッドアクチュエータの構成を示
す組立図である。

【図１９】本発明の第１の実施例のアクチュエータを使
用したヘッド微小移動機構の構成を示す組立斜視図であ
る。

【図２０】(a) は本発明の第８の実施例のアクチュエー
タを使用したヘッド微小移動機構の構成を示す組立斜視
図、(b) は本発明の第８の実施例の変形例のアクチュエ
ータを使用したヘッド微小移動機構の構成を示す組立斜
視図である。

【図２１】図２０のヘッドの微小移動機構の変形例の構
成を示す組立斜視図である。

【図２２】図２１のヘッドの微小移動機構の変形例の構
成を示す組立斜視図である。

【図２３】本発明の第１１の実施例のアクチュエータを
使用したヘッド微小移動機構の構成を示す斜視図であ
る。

【図２４】(a) はサブアクチュエータを備えた従来のヘ
ッドアクチュエータの平面図、(b) は(a) のサブアクチ
ュエータの拡大図である。

【図２５】(a) は従来の他のヘッド微小移動機構を搭載
したディスク装置のヘッドアクチュエータの構成を示す
組立斜視図、(b) は(a) のヘッドアクチュエータにおけ
るヘッド微小移動機構を拡大して示す部分拡大組立斜視
図である。

【図２６】(a) ，(b) は図２５(b) の圧電素子の電源へ
の接続例を示す回路構成図である。

【符号の説明】

２０…固定部材 ２１…電極 ３０…駆動部材 ３１…剪断型圧電素子 ３２…導体層 ３３，３４…剪断型圧電素子 ４０…可動部材 ４１…第１の切り欠き ４２…第２の切り欠き ４３…基部 ４４…移動量拡大部 ４５…ヒンジ ５１〜６２…第１から第１２の実施例のアクチュエータ ７０…ヘッドの微小移動機構 ７２…ヘッドアーム ７４…スプリングアーム ８０…ヘッドアクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植松 幸弘 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１ 番１号 富士通株式会社内 (72)発明者 中野 寿 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (72)発明者 井上 淳一 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (72)発明者 鈴木 徹也 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−236875（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−235803（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−151277（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−346304（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−193292（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−36578（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−308262（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−36462（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−48061（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−48403（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 21/10 G11B 21/00 - 21/06 G11B 21/16 - 21/26 G11B 5/56 - 5/60 H01L 41/00 - 41/22

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースとなる固定部材と、この固定部材
   上に並列に隣接配置された圧電素子からなる２つの駆動
   部材と、これら２つの駆動部材上に跨がって配置された
   可動部材とを備え、前記各圧電素子の前記固定部材側の
   面と前記可動部材側の面との間に印加される電圧によっ
   て動作する、圧電素子を用いたアクチュエータであっ
   て、 前記圧電素子には、素子の厚さ方向に直交する方向に分
   極され、素子の厚さ方向の両面に設けられた電極間に電
   圧を与えることによって素子が剪断変形するものが使用
   され、 前記駆動部材は、前記圧電素子がその分極方向を互いに
   逆向きにされた状態で概ね平行に配置されて構成されて
   おり、 前記２つの圧電素子の各電極間にそれぞれ同じ向きの電
   圧が印加されることにより、前記固定部材に対して前記
   可動部材が回転駆動されるように構成され、 前記可動部材が、前記圧電素子によって直接駆動される
   基部と、この基部から突出する移動量拡大部から構成さ
   れ、 前記基部にはこの基部を二分するような第１の切り欠き
   が設けられており、 この第１の切り欠きは、この基部に重なる前記駆動部材
   の分極方向に平行な方向になっていることを特徴とする
   圧電素子を用いたアクチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の圧電素子を用いたアク
   チュエータであって、 前記可動部材の前記基部と前記移動量拡大部の境界部
   に、前記第１の切り欠きに直角な方向に第２の切り欠き
   が設けられており、前記第１と第２の切り欠きの先端部
   分に挟まれた部位にヒンジ構造が形成されていることを
   特徴とする圧電素子を用いたアクチュエータ。
3. 【請求項３】 少なくとも１枚の記録ディスクと、この
   記録ディスクに対して情報の読み書き動作を行うヘッド
   と、このヘッドを前記記録ディスク上で移動させるヘッ
   ドアクチュエータとを備えたディスク装置において、前
   記ヘッドを前記ヘッドアクチュエータの動作と独立に移
   動させるために前記ヘッドアクチュエータの一部に請求
   項１または２に記載の圧電素子を用いたアクチュエータ
   を使用 したヘッドの微小移動機構であって、 前記固定部材が前記ヘッドアクチュエータのヘッドアー
   ムとして構成され、 前記固定部材の先端部上に、前記駆動部材に電圧を印加
   する電極が、２つ並列に設けられており、 前記駆動部材の分極方向が同じ方向であり、 前記移動量拡大部の一端に、前記ヘッドを先端部に取り
   付けたスプリングアームの基端部が固着されていること
   を特徴とするヘッドの微小移動機構。
4. 【請求項４】 少なくとも１枚の記録ディスクと、この
   記録ディスクに対して情報の読み書き動作を行うヘッド
   と、このヘッドを前記記録ディスク上で移動させるヘッ
   ドアクチュエータとを備えたディスク装置において、前
   記ヘッドを前記ヘッドアクチュエータの動作と独立に移
   動させるために前記ヘッドアクチュエータの一部に請求
   項１または２に記載の圧電素子を用いたアクチュエータ
   を使用したヘッドの微小移動機構であって、 前記固定部材が前記ヘッドアクチュエータのヘッドアー
   ムとして構成され、 前記固定部材の先端部上に、前記駆動部材に電圧を印加
   する電極が、２つ並列に設けられており、 前記駆動部材の分極方向が同じ方向であり、 前記可動部材が前記ヘッドを先端部に取り付けたスプリ
   ングアームとして構成されていることを特徴とするヘッ
   ドの微小移動機構。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の圧電素子を用いたアク
   チュエータであって、 前記駆動部材を構成する２つの圧電素子上に、それぞれ
   下部の圧電素子と分極方向が平行かつ逆向きの圧電素子
   が、それぞれ共通電極を介して同じ個数ずつ、少なくと
   も１層積層されており、 前記２つの圧電素子の積層体の各圧電素子の各電極間
   に、前記各積層体内の各圧電素子の変形方向が同じにな
   る向きの電圧が印加されることにより、前記固定部材に
   対する前記可動部材の回転駆動量が増大されるようにし
   た圧電素子を用いたアクチュエータ。
6. 【請求項６】 請求項１または２に記載の圧電素子を用
   いたアクチュエータであって、 前記圧電素子の前記固定部材側の面に電圧を印加する電
   極が、前記圧電素子の分極方向毎に独立して設けられて
   いる圧電素子を用いたアクチュエータ。
7. 【請求項７】 少なくとも１枚の記録ディスクと、この
   記録ディスクに対して情報の読み書き動作を行うヘッド
   と、このヘッドを前記記録ディスク上で移動させるヘッ
   ドアクチュエータとを備えたディスク装置において、前
   記ヘッドを前記ヘッドアクチュエータの動作と独立に移
   動させるために前記ヘッドアクチュエータの一部に請求
   項１，２，５，または６の何れか１項に記載の圧電素子
   を用いたアクチュエータを使用したヘッドの微小移動機
   構であって、 前記固定部材が前記ヘッドアクチュエータのヘッドアー
   ムとして構成され、 前記可動部材の一端に、前記ヘッドを先端部に取り付け
   たスプリングアームの基端部が固着されていることを特
   徴とするヘッドの微小移動機構。
8. 【請求項８】 少なくとも１枚の記録ディスクと、この
   記録ディスクに対して情報の読み書き動作を行うヘッド
   と、このヘッドを前記記録ディスク上で移動させるヘッ
   ドアクチュエータとを備えたディスク装置において、前
   記ヘッドを前記ヘッドアクチュエータの動作と独立に移
   動させるために前記ヘッドアクチュエータの一部に請求
   項１，２，５，又は６の何れか１項に記載の圧電素子を
   用いたアクチュエータを使用したヘッドの微小移動機構
   であって、 前記固定部材が前記ヘッドアクチュエータのヘッドアー
   ムとして構成され、 前記可動部材が前記ヘッドを先端部に取り付けたスプリ
   ングアームとして構成されていることを特徴とするヘッ
   ドの微小移動機構。