JP3492163B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents

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、圧電素子を用い
た小型アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的な圧電アクチュエータとし
て、駆動源として圧電素子を用い、弾性体よりなる振動
体の表面に移動体を加圧接触させて駆動するものが知ら
れている。その一例として、物体を移動させるマイクロ
モータ（特許出願公開番号・特開平７−１８４３８２）
があげられる。その圧電アクチュエータには、圧電素子
にはＰＺＴを、弾性体には加工方法などの点から金属
を、移動体の摺動面には耐摩耗性の優れた摩擦材を構成
している例が多い。

【０００３】従来の圧電アクチュエータの動作原理は次
の通りである。駆動用に分極された圧電素子を方形の振
動体の一方の面に設け、圧電素子に周期的に電界を印加
する。これにより縦振動および撓み振動が励起し、振動
体全体へと伝搬され、印加電界の位相差から移動体に進
行波として伝わる。この進行波は、振動体の厚みにより
上下運動を横方向の運動に変換され、振動体表面に楕円
運動を起こす。移動体を振動体に加圧接触して設置する
ことにより、移動体と振動体間の摩擦力が振動体表面の
横方向運動を移動体へ伝え、移動体が運動する。

【０００４】このような従来の圧電アクチュエータは、
構造が簡単アクチュエータサイズに対して発生力が
大きい応答性に優れる非磁性材料で構成できる等の
特徴を持つ。その一方で、従来の圧電アクチュエータで
は、振動体の上下振動振幅値が数ミクロンの極めて小さ
な値であるために、振幅が最大値になる状態で振動体と
移動体を接触させて機械出力を取り出すことが重要であ
った。

【０００５】このため、従来の圧電アクチュエータで
は、発生出力や移動速度を向上させるため、移動体と
接触する振動体の表面に突起をつくり振動を効率よく直
線運動に伝達する移動体との接触圧力を大きくする等
の方策が採られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の圧電ア
クチュエータをそのまま小型化した場合、駆動能力を左
右する問題点が多い。その問題点として、移動体と接
触する微小突起部の作成が困難突起部先端に高い加工
精度が要求される振動体の曲げ剛性が大きいため、振
動振幅−移動速度間の変換効率が低下するなどがあげら
れる。

【０００７】このため圧電アクチュエータをそのまま小
型化したのでは、従来サイズと同等の機能が期待でき
ず、圧電アクチュエータ小型化の実現は困難であった。
本発明は、上述のような問題点を取り除き、圧電アクチ
ュエータ自体を小型化することを可能とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の圧電アクチュエータは、駆動ブロックを薄
い平板形状とし、駆動ブロック内部にＵ字もしくはコ字
型などの穴を作成し、この穴により駆動ブロックより切
り離された自由端部と駆動ブロックに固定された固定端
部を有する変位機構部を設けた。そして、この変位機構
部の一方の表面に薄膜形状の圧電素子を張り付ける。周
期的に電圧を印加することで、圧電素子は印加電圧に応
じて変形を繰り返す。この圧電素子の変形により変位機
構部が屈曲振動することで、移動体もしくは基盤と圧電
アクチュエータ間の摩擦力が発生し、駆動力となる。こ
のように、薄い平板形状の変位機構部と薄膜形状の圧電
素子を利用した本発明の圧電アクチュエータは、小型化
および薄型化の課題を解決できる。また、変位機構部を
薄い平板形状で構成することから、曲げ剛性を小さくで
き、振動振幅−移動速度間の変換効率が向上する。

【０００９】それに加え、複数の変位機構部を駆動ブロ
ックに設け、複数の変位機構部の固定端部と自由端部の
向きを一方向に揃えることで、移動体を効率よくリニア
に移動できる。更に、複数の変位機構部の固定端部と自
由端部の向きを一方向に揃えた列と、この列とは逆向き
に固定端部と自由端部の向きを揃えた列を設けること
で、移動体の往復直線運動が可能になる。また、この固
定端部と自由端部を結ぶ直線が一直線上に存在しない複
数の変位機構部を同時に駆動することで、移動体の回転
運動が可能になる。さらに複数の変位機構部を各々直角
になるよう向きを揃えることで、移動体を平面上自由に
移動させることが可能になり、高機能化が実現する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関わる圧電アクチ
ュエータの実施の形態およびその駆動方法を図面に基づ
いて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの
発明が限定されるものではない。 （実施の形態１）図１は、本発明の第１の実施例に関わ
る圧電アクチュエータを示す斜視図である。

【００１１】圧電アクチュエータは、駆動ブロック１
１、圧電素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ
および１４ｆ、圧電素子１４ａ〜１４ｆと電気的に接合
された電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅお
よび１５ｆ、駆動ブロック１１と電気的に接合された電
極１６とで構成される。駆動ブロック１１の内部にはＵ
字もしくはコ字型などの穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１
２ｄ、１２ｅおよび１２ｆ、穴１２ａ〜１２ｆによりそ
れぞれ切り出された変位機構部１３ａ、１３ｂ、１３
ｃ、１３ｄ、１３ｅおよび１３ｆ、変位機構部１３ａ〜
１３ｆにそれぞれ接合された圧電素子１４ａ〜１４ｆが
配置されている。そして、電極１５ａ〜１５ｆにはドラ
イバー１９を、ドライバー１９には信号発生器２０を接
続し、電極１６を接地する。

【００１２】そして、圧電素子１４ａ〜１４ｆが接合さ
れた面を下にして、駆動ブロック１１の上面に移動体１
７を設置する。この移動体１７と駆動ブロック１１とは
移動体１７の自重で加圧接触している。ここで、変位機
構部１３ａ〜１３ｆは、駆動ブロック１１に対し自由に
可動する自由端部と駆動ブロック１１に固定された固定
端部を有する。また変位機構部１３ａ〜１３ｆは駆動ブ
ロック１１の内部に存在し、駆動ブロック１１に対して
突起部分を持たない。そして、駆動ブロック１１上には
複数の変位機構部１３ａ〜１３ｆの固定端部と自由端部
の方向が一方向に揃えて配置されている。

【００１３】この圧電アクチュエータの構成に、信号発
生器１９から出力した交流電圧をドライバー２０に入力
する。ドライバー２０は入力された交流電圧を増幅する
とともに、複数ある電極１５ａ〜１５ｆの一部もしくは
全てに選択して通電する役割を果たす。電極１５ａ〜１
５ｆに交流電圧が印加されると、圧電素子１４ａ〜１４
ｆは印加電圧に応じて屈曲を繰り返す。この圧電素子１
４ａ〜１４ｆの屈曲により、変位機構部１３ａ〜１３ｆ
に屈曲振動が励起する。この振動が駆動源となり、移動
体１７は変位機構部１３ａ〜１３ｆの固定端部から自由
端部、つまり図１の右から左へ移動する。

【００１４】詳しい移動原理は下記の移動原理の説明の
項で説明する。なお、ここでは、駆動ブロック１１には
ステンレス鋼材を、圧電素子１４ａ〜１４ｆにはＰＺＴ
薄膜を使用した。駆動ブロック１１と接合した電極１６
に通電するために、駆動ブロック１１は導電体であるこ
とが必要である。ただし、圧電素子１４ａ〜１４ｆ−移
動体１７間を導体、絶縁体で多層構造にすれば、表面が
絶縁体の駆動ブロックも可能である。

【００１５】ここでは電極１６を接地したが、電極１５
ａ〜１５ｆに印加する電圧と対極に接続しても、この圧
電アクチュエータは動作する。なお、印加電圧に関して
も、ここでは交流電圧を印加したが、単極のパルスでも
動作する。また、圧電素子を駆動するための電圧源を用
いたが、他励振回路を使用しても圧電アクチュエータと
して同様の機能を有することができる。

【００１６】なお、本圧電アクチュエータの駆動には、
移動体１７と変位機構部１３ａ〜１３ｆの加圧接触が要
求される。ここでは、移動体１７の自重により駆動ブロ
ック１１と加圧接触させた。しかし、自重によらない一
定の接触圧を発生させるため、駆動ブロック１１、特に
変位機構部１３ａ〜１３ｆと移動体１７を加圧接触させ
るバネ等の機構を付加することで、同様の機能を有する
ことができる。

【００１７】なお、この変位機構部１３ａ〜１３ｆを有
する圧電アクチュエータを、後述の実施の形態４のよう
に用いると、圧電アクチュエータ自体が基盤１８上を直
進運動する構成も可能である。また、変位機構部１３ａ
〜１３ｆを複数配置した場合、それに圧電素子１４ａ〜
１４ｆを介して接合した電極１５ａ〜１５ｆすべてに電
圧を印加せずとも本圧電アクチュエータの駆動は可能で
ある。

【００１８】なお、この変位機構部１３ａ〜１３ｆを有
する圧電アクチュエータを、後述の実施の形態４のよう
に用いると、圧電アクチュエータ自体が基盤１８上を直
進運動する構成も可能である。 （移動原理の説明）図２は、本発明の圧電アクチュエー
タの駆動原理を示す断面図である。

【００１９】圧電アクチュエータの構成は実施の形態１
と同様である。すなわち、圧電アクチュエータは、駆動
ブロック１１、圧電素子１４、圧電素子１４と電気的に
接合された電極１５、駆動ブロック１１と電気的に接合
された電極１６とで構成される。駆動ブロック１１に
は、駆動ブロック１１から切り出された変位機構部１
３、変位機構部１３に接合された圧電素子１４が配置さ
れている。そして、電極１６を接地し、電極１５に電圧
を印加する。

【００２０】図２において電極１５は正の直流電圧によ
って励起する一方、電極１６は接地されている。この励
起状態の時、圧電素子１４は移動体１７に対して凹に屈
曲する。電圧をとりされば、圧電素子は、その元の形状
に復帰する。このとき、圧電素子１４の変形により変位
機構部１３も同様に屈曲する。変位機構部１３は固定端
部と自由端部が存在するため、圧電素子の屈曲により自
由端部が移動し、移動体１７に押しつける形となる。こ
の変位機構部１３の変形は自由端部を移動体１７へ押し
つける一方、自由端部先端はわずかながら固定端部側へ
と移動する。この移動は、図２中では右から左で表わさ
れる。このわずかな自由端部先端の移動が、移動体との
摩擦力を生み出す。この摩擦力は、変位機構部１３の自
由端部から固定端部への方向であり、移動体はその方
向、つまり図２の右から左へと移動する。

【００２１】圧電素子１４に交流電圧など周期的に電圧
変化を与えることで、上記の現象が繰り返し励起され、
移動体１７の連続的な移動が可能となる。なお、本圧電
アクチュエータの駆動には、移動体１７と変位機構部１
３の加圧接触が要求される。ここでは、移動体１７の自
重により駆動ブロック１１と加圧接触させた。しかし、
駆動ブロック１１、特に変位機構部１３と移動体１７を
加圧接触させるバネ等の機構を付加することで、自重に
よらない一定の接触圧を加圧できる。したがって、圧電
アクチュエータと移動体の上下位置関係によらず、移動
体１７を駆動することが可能である。

【００２２】また、移動体１７と変位機構部１３との接
触に関して、図２では変位機構部１３と接触する移動体
１７の接触面を平面であらわした。しかし、複数の変位
機構部が駆動ブロックに配置される場合、移動体１７は
ある一つの変位機構部と接触していれば駆動できる。こ
のことから、駆動ブロック１１と接触する移動体１７の
接触面が平面でなくても、本発明による圧電アクチュエ
ータで移動することが可能である。

【００２３】（圧電アクチュエータに用いる電気回路の
説明）図３は、本発明の圧電アクチュエータの電気回路
を示す図である。電気回路は信号発生器１９、ドライバ
ー２０および本発明の圧電アクチュエータ２１から構成
される。圧電アクチュエータ２１は、上述のごとくの構
成である。信号発生器１９はドライバー２０と接続し、
ドライバー２０は圧電アクチュエータの電極１５と接続
する。また、圧電アクチュエータのもう一方の電極１６
を接地する。

【００２４】信号発生器１９が発生させた信号はドライ
バー２０に入力される。ドライバー２０はこの信号を増
幅するとともに、複数ある電極１５を選択し、そのうち
の一部もしくは全てに通電する。この電極１５に入力し
た電圧に応じて、圧電素子１４および変位機構部１３が
屈曲振動する。この振動が圧電アクチュエータの駆動源
となる。

【００２５】ここでは電極１６を接地したが、電極１５
に印加する電圧と対極に接続しても、この圧電アクチュ
エータは動作する。なお、印加電圧に関しては、ここで
は交流電圧を印加したが、単極のパルスでも動作する。
また、圧電素子を駆動するための電圧源を用いたが、自
励振回路を使用しても圧電アクチュエータとして同様の
機能を有することができる。

【００２６】（実施の形態２）図４は、往復運動および
回転運動できる本発明の圧電アクチュエータの斜視図で
ある。圧電アクチュエータは、駆動ブロック１１、圧電
素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄ、圧電素子１
４ａ〜１４ｄと電気的に接合された電極１５ａ、１５
ｂ、１５ｃおよび１５ｄ、駆動ブロック１１と電気的に
接合された電極１６とで構成される。駆動ブロック１１
の内部にはＵ字もしくはコ字型などの穴１２ａ、１２
ｂ、１２ｃおよび１２ｄ、穴１２ａ〜１２ｄにより切り
出された変位機構部１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３
ｄ、変位機構部１３ａ〜１３ｄに接合された圧電素子１
４ａ〜１４ｄが配置されている。そして、電極１５ａ〜
１５ｄにはドライバー１９を、ドライバー１９には信号
発生器２０を接続し、電極１６を接地する。

【００２７】この変位機構部１３ａ〜１３ｄは、駆動ブ
ロック１１に対し自由に可動する自由端部と駆動ブロッ
ク１１に固定された固定端部を有する。また変位機構部
１３ａ〜１３ｄは駆動ブロック１１の内部に存在し、駆
動ブロック１１に対して突起部分を持たない。移動体１
７が往復運動できるよう、変位機構部１３ａ〜１３ｄの
向きが一様ではなく、自由端部と固定端部の位置関係が
相反する２種類の向きとなるよう駆動ブロック１１に配
置する。つまり図４中では、変位機構部１３ａと１３ｃ
は自由端部と固定端部の方向を揃えて配置し、残りの変
位機構部１３ｂと１３ｄは、変位機構部１３ａと１３ｃ
と逆方向に自由端部と固定端部の方向を揃えて配置す
る。

【００２８】その上で、この駆動ブロック１１の圧電素
子が接合された面を下にし、駆動ブロック１１の上面に
移動体１７を設置する。この移動体１７と駆動ブロック
１１とは移動体１７の自重で加圧接触している。そこ
で、信号発生器１９からドライバー２０を経て、電極１
５ａ〜１５ｄに交流電圧を印加する。このとき、ドライ
バー２０は電圧を増幅する一方、変位機構部１３ａ〜１
３ｄの向きに応じて、スイッチングの役割を果たす。つ
まり、ドライバー２０は、移動体１７を右に移動すると
きは、自由端が左に配置された変位機構部１３ａ、１３
ｃの電極１５ａ、１５ｃのみに電圧を印加し、移動体を
左に移動するときは、その逆向きの変位機構部１３ｂ、
１３ｄの電極１５ｂ、１５ｄのみに電圧を印加する。

【００２９】また、図４中で変位機構部１３ａと１３ｄ
もしくは１３ｂと１３ｃのように固定端部と自由端部を
結ぶ直線が同一直線上に存在しない複数の変位機構部を
同時に駆動することで、移動体１７の回転運動が可能と
なる。従って、ドライバー２０によるスイッチング制御
によりこの変位機構部１３ａ〜１３ｄの向きを選ぶこと
により、移動体の移動方向を制御することが可能とな
る。そして、２種類の正反対向きの変位機構部１３ａ〜
１３ｄを有する本圧電アクチュエータは、移動体１７の
往復・回転運動機能を可能とするものである。

【００３０】なお、ここでは、駆動ブロック１１にはス
テンレス鋼材を、圧電素子１４にはＰＺＴ薄膜を使用し
た。駆動ブロック１１と接合した電極１６に通電するた
めに、駆動ブロック１１は導電体であることが必要であ
る。ただし、圧電素子１４−移動体１７間を導体、絶縁
体で多層構造にすれば、表面が絶縁体の駆動ブロックも
可能である。

【００３１】ここでは電極１６を接地したが、電極１５
ａ〜１５ｄに印加する電圧と対極に接続しても、この圧
電アクチュエータは動作する。なお、印加電圧に関して
も、ここでは、交流電圧を印加したが、単極のパルスで
も動作する。なお、本圧電アクチュエータの駆動には、
移動体１７と変位機構部１３ａ〜１３ｄの加圧接触が要
求される。ここでは、移動体１７の自重により駆動ブロ
ック１１と加圧接触させた。しかし、駆動ブロック１
１、特に変位機構部１３ａ〜１３ｄと移動体１７を加圧
接触させるバネ等の機構を付加することで、自重によら
ない一定の接触圧を加圧できる。したがって、圧電アク
チュエータと移動体の上下位置関係によらず、移動体１
７を駆動することが可能である。

【００３２】また、移動体１７と変位機構部１３ａ〜１
３ｄとの接触に関して、図４では変位機構部１３ａ〜１
３ｄと接触する移動体１７の接触面を平面であらわし
た。しかし、複数の変位機構部が駆動ブロックに配置さ
れる場合、移動体１７はある一つの変位機構部と接触し
ていれば最低限一方向への駆動が可能である。なお、こ
の２種類の変位機構部１３ａ〜１３ｄを有する圧電アク
チュエータを、後述の実施の形態４のように用いると、
圧電アクチュエータ自体が基盤１８上を往復・回転運動
する構成も可能である。

【００３３】（実施の形態３）図５は、３６０゜任意方
向への移動および回転駆動が可能な本発明の圧電アクチ
ュエータの斜視図である。圧電アクチュエータの構成
は、実施の形態１と同様に、駆動ブロック１１、圧電素
子１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄ、圧電素子１４
ａ〜１４ｄと電気的に接合された電極１５ａ、１５ｂ、
１５ｃおよび１５ｄ、駆動ブロック１１と電気的に接合
された電極１６とで構成される。駆動ブロック１１の内
部にはＵ字もしくはコ字型などの穴１２ａ、１２ｂ、１
２ｃおよび１２ｄ、穴１２ａ〜１２ｄにより切り出され
た変位機構部１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄ、変
位機構部１３ａ〜１３ｄに接合された圧電素子１４ａ〜
１４ｄが配置されている。この変位機構部１３ａ〜１３
ｄは、駆動ブロック１１に対し自由に可動する自由端部
と駆動ブロック１１に固定された固定端部を有する。ま
た変位機構部１３ａ〜１３ｄは駆動ブロック１１の内部
に存在し、駆動ブロック１１に対して突起部分を持たな
い。そして、電極１５ａ〜１５ｄにはドライバー１９
を、ドライバー１９には信号発生器２０を接続し、電極
１６を接地する。

【００３４】ここで、４つの変位機構部１３ａ〜１３ｄ
をその自由端部と固定端部の位置関係が各々直角となる
４種類の向きに駆動ブロック１１に配置する。また、正
反対の向きに配置された２組の変位機構部１３ａと１３
ｃ、あるいは１３ｂと１３ｄは各々同一直線上には配置
しない。その上で、この駆動ブロック１１の圧電素子が
接合された面を下にし、駆動ブロック１１の上面に移動
体１７を設置する。この移動体１７と駆動ブロック１１
とは移動体１７の自重で加圧接触している。

【００３５】そこで、信号発生器１９からドライバー２
０を経て、電極１５ａ〜１５ｄに交流電圧を印加する。
このとき、ドライバー２０は電圧を増幅する一方、変位
機構部１３ａ〜１３ｄの向きに応じて、スイッチングの
役割を果たす。つまり、図６中で移動体１７を右に移動
するときは、自由端が左に配置された変位機構部１３ａ
の電極１５ａのみにドライバー２０は電圧を印加し、移
動体を左に移動するときは、その逆向きの変位機構部１
３ｃの電極１５ｃのみに電圧を印加するものである。ま
た、紙面裏方向に移動体を駆動するときは、紙面表に自
由端が配置された変位機構部１３ｂの電極１５ｂにのみ
を、逆に紙面表方向に移動体を駆動するときは、紙面裏
に自由端が配置された変位機構部１３ｄの電極１５ｄの
みに電圧を印加する役割をドライバー２０は有してい
る。

【００３６】また、移動体１７の駆動方向が変位機構部
に沿った方向以外の方向への移動も、２種類の変位機構
部を駆動することで可能となる。つまり、紙面裏方向に
向かって右へ３０゜の向きに駆動する場合、自由端が左
および紙面表に配置された変位機構部１３ａ、１３ｂの
電極１５ａ、１５ｂに電圧を印加する。そして、その印
加電圧も一定ではなく、自由端が左に配置された変位機
構部１３ａの電極１５ａへの印加電圧を１とすると、自
由端が紙面表に配置された変位機構部１３ｂの電極１５
ｂへの印加電圧を１．７に制御することで、移動体１７
の駆動方向の制御が可能となる。

【００３７】また、正反対方向に配置された変位機構部
１３ａと１３ｃ、もしくは１３ｂと１３ｄを同時に駆動
すると、移動体１７は回転運動する。これは、正反対の
向きの変位機構部１３ａと１３ｃ、１３ｂと１３ｄが同
一直線上に配置されていないためである。従って、４種
類の各々直角の向きに配置された変位機構部１３ａ〜１
３ｄを有する本圧電アクチュエータは、移動体１７を平
面上で３６０゜任意方向に駆動・回転駆動する機能を有
するものである。

【００３８】なお、ここでは、駆動ブロック１１にはス
テンレス鋼材を、圧電素子１４ａ〜１４ｄにはＰＺＴ薄
膜を使用した。駆動ブロック１１と接合した電極１６に
通電するために、駆動ブロック１１は導電体であること
が必要である。ただし、圧電素子１４ａ〜１４ｄ−移動
体１７間を導体、絶縁体で多層構造にすれば、表面が絶
縁体の駆動ブロックも可能である。

【００３９】ここでは電極１６を接地したが、電極１５
ａ〜１５ｄに印加する電圧と対極に接続しても、この圧
電アクチュエータは動作する。なお、印加電圧に関して
も、ここでは、交流電圧を印加したが、単極のパルスで
も動作する。なお、本圧電アクチュエータの駆動には、
移動体１７と変位機構部１３の加圧接触が要求される。
ここでは、移動体１７の自重により駆動ブロック１１と
加圧接触させた。しかし、駆動ブロック１１、特に変位
機構部１３と移動体１７を加圧接触させるバネ等の機構
を付加することで、自重によらない一定の接触圧を加圧
できる。したがって、圧電アクチュエータと移動体の上
下位置関係によらず、移動体１７を駆動することが可能
である。

【００４０】なお、この４種類の変位機構部１３ａ〜１
３ｄを有する圧電アクチュエータを、後述の実施の形態
４のように用いると、圧電アクチュエータ自体が基盤１
８上を３６０゜任意方向への駆動・回転運動する構成も
可能である。 （実施の形態４）図６は、本発明の圧電アクチュエータ
自体が移動機構となることを示す図である。

【００４１】圧電アクチュエータは、駆動ブロック１
１、圧電素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄ、圧
電素子１４ａ〜１４ｄと電気的に接合された電極１５
ａ、１５ｂ、１５ｃおよび１５ｄ、駆動ブロック１１と
電気的に接合された電極１６とで構成される。駆動ブロ
ック１１の内部にはＵ字もしくはコ字型などの穴１２
ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄ、穴１２ａ〜１２ｄに
より切り出された変位機構部１３ａ、１３ｂ、１３ｃお
よび１３ｄ、変位機構部１３ａ〜１３ｄに接合された圧
電素子１４ａ〜１４ｄが配置されている。この変位機構
部１３ａ〜１３ｄは、駆動ブロック１１に対し自由に可
動する自由端部と駆動ブロック１１に固定された固定端
部を有する。また変位機構部１３ａ〜１３ｄは駆動ブロ
ック１１の内部に存在し、駆動ブロック１１に対して突
起部分を持たない。そして、電極１５ａ〜１５ｄにはド
ライバー１９を、ドライバー１９には信号発生器２０を
接続し、電極１６を接地する。

【００４２】以上の構成の圧電アクチュエータを圧電素
子の面が上になるよう基盤１８上に設置する。そこで、
電極１５ａ〜１５ｄに交流電圧を印加すると、圧電素子
１４ａ〜１４ｄは印加電圧に応じて、屈曲を繰り返す。
この圧電素子１４ａ〜１４ｄの屈曲により、変位機構部
１３ａ〜１３ｄに曲げ運動が励起され、振動する。この
振動が駆動源となり、圧電アクチュエータ全体は変位機
構部１３ａ〜１３ｄの固定端部から自由端部へ向かう方
向、つまり図４の左から右へ移動する。

【００４３】なお、実施の形態３のように、変位機構部
１３の固定端部と自由端部の向きを各々直角に揃え、複
数の変位機構部１３を同一直線上に配置しないことで、
基盤１８上を３６０゜任意方向への移動および回転運動
する圧電アクチュエータも実現可能である。なお、実施
の形態１と同様に、ここでは、駆動ブロック１１にはス
テンレス鋼材を、圧電素子１４ａ〜ｄにはＰＺＴ薄膜を
使用した。駆動ブロック１１と接合した電極１６に通電
するために、駆動ブロック１１は導電体であることが必
要である。ただし、圧電素子１４ａ〜ｄ−基盤１８間を
導体、絶縁体で多層構造にすれば、表面が絶縁体の駆動
ブロックも可能である。

【００４４】ここでは電極１６を接地したが、電極１５
ａ〜１５ｄに印加する電圧と対極に接続しても、この圧
電アクチュエータは動作する。印加電圧に関しても、こ
こでは、交流電圧を印加したが、単極のパルスでも動作
する。なお、本圧電アクチュエータの駆動には、基盤１
８と変位機構部１３ａ〜ｄの加圧接触が要求される。こ
こでは、圧電アクチュエータの自重により駆動ブロック
１１と基盤１８を加圧接触させた。しかし、駆動ブロッ
ク１１、特に変位機構部１３ａ〜１３ｄと基盤１８を加
圧接触させるバネ等の機構を付加することで、自重によ
らない一定の接触圧を加圧できる。したがって、圧電ア
クチュエータと移動体の上下位置関係によらず、圧電ア
クチュエータを駆動することが可能である。

【００４５】また、基盤１８と変位機構部１３ａ〜１３
ｄとの接触に関して、図６では変位機構部１３ａ〜１３
ｄと接触する基盤１８の接触面を平面で表わした。しか
し、複数の変位機構部が駆動ブロックにある場合は、あ
る一つの変位機構部と接触していれば駆動できる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電アクチュエータの小型化が実現できる。つまり、本発
明の圧電アクチュエータは、駆動ブロック内部に駆動ブ
ロックに一端を固定された固定端部と他端部を駆動ブロ
ックから切り離された自由端部を有する変位機構部を設
け、この変位機構部に圧電素子を貼り付けた配置構成と
した。このことから、従来の圧電アクチュエータに不可
欠であった駆動対象物と接触する突起部分が不必要とな
り、小型化に対して問題となった突起部分作成について
の問題点全てを回避できる。

【００４７】また、平板形状の変位機構部は剛性が低
く、屈曲振動を励起するエネルギーが小さくても、変位
機構部の大きな振動振幅を得られる。このことにより、
駆動ブロックと移動体部材間で振動振幅−移動速度間の
伝達効率の高い運動変換系を実現できる。これより、以
下の効果を有する。 極めて小型な圧電アクチュエータになる。 薄型化が可能な圧電アクチュエータになる。 本発明の圧電アクチュエータは最少機能部品数で直
進運動機能が再現される。 本発明の圧電アクチュエータは最少機能部品数で往
復運動機能が再現される。 本発明の圧電アクチュエータは最小機能部品数で３
６０゜任意方向への運動機能が再現される。 本発明の圧電アクチュエータは最小機能部品数で回
転運動機能が再現される。 移動体もしくは圧電アクチュエータ自体の自重によ
る微小加圧接触で運動機能が実現する。 エッチングプロセス処理で構成部品が形成可能なた
め、構成部品の高精度化、組立および調整作業が最少工
程数となり、安価に大量生産が可能となる。 また、本発明の圧電アクチュエータは、以上のよう
な小型薄型化の特徴から、従来の圧電アクチュエータの
ように単体で直進運動の得られるデバイスとしてだけで
なく周りの部品との一体化や、機器組込型として利用で
き、多くの分野で応用展開が行われる効果も兼ね備え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の圧電アクチュエータの第１の実施例
の構成図

【図２】 本発明の圧電アクチュエータの動作原理を説
明する断面図

【図３】 本発明の圧電アクチュエータの電気回路図

【図４】 本発明の圧電アクチュエータの第２の実施例
の構成図

【図５】 本発明の圧電アクチュエータの第３の実施例
の構成図

【図６】 本発明の圧電アクチュエータの第４の実施例
の構成図

【符号の説明】

１１ 駆動ブロック １２ 穴 １３ 変位機構部 １４ 圧電素子 １５ 圧電素子と接合された電極 １６ 駆動ブロックと接合された電極 １７ 移動体 １８ 基盤 １９ 信号発生器 ２０ ドライバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 英孝 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セイコーインスツルメンツ株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−277624（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−4775（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−46183（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−205782（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−184382（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00 H01L 41/09

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動ブロックと、 前記駆動ブロック内部に設けられ、前記駆動ブロックに
   対し自由に可動する自由端部と前記駆動ブロックに固定
   された固定端部を有する変位機構部と、 前記変位機構部の一方の面に接合され、その屈曲により
   接合された前記自由端部を移動する圧電素子と、 前記変位機構部の他方の面に接触する移動体と、 前記圧電素子と電気的に接合された電極と、 前記電極に通電する電圧源とを備えたことを特徴とする
   圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記駆動ブロック内に前記変位機構部が
   複数設けられ、前記複数の変位機構部の固定端部と自由
   端部の方向が一方向に揃えられたことを特徴とする請求
   項１記載の圧電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記駆動ブロック内に前記変位機構部が
   複数設けられ、前記複数の変位機構部の固定端部と自由
   端部の方向が一方向に揃えられた第一の変位機構部群
   と、前記第一の変位機構部群とは逆方向に固定端部と自
   由端部の方向が揃えられた第二の変位機構部群を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記第一の変位機構部群と前記第二の変
   位機構部群は、同一直線上に配置されていないことを特
   徴とする請求項３記載の圧電アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記駆動ブロック内に前記変位機構部が
   複数設けられ、前記複数の変位機構部の固定端部と自由
   端部の方向が一方向に揃えられた第一の変位機構部群
   と、前記第一の変位機構部群とは逆方向に固定端部と自
   由端部の方向が揃えられた第二の変位機構部群と、前記
   第一の変位機構部群あるいは前記第二の変位機構部群の
   固定端部と自由端部の方向と直交する方向に固定端部と
   自由端部の方向が一方向に揃えられた第三の変位機構部
   群と、前記第三の変位機構部群とは逆方向に固定端部と
   自由端部の方向が揃えられた第四の変位機構部群とを有
   することを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエー
   タ。
6. 【請求項６】 駆動ブロックと、 前記駆動ブロック内部に設けられ、前記駆動ブロックに
   対し自由に可動する自由端部と前記駆動ブロックに固定
   された固定端部を有する変位機構部と、 前記変位機構部の一方の面に接合され、その屈曲により
   接合された前記自由端部を移動する圧電素子と、 前記圧電素子と電気的に接合された電極と、 前記電極に通電する電圧源とを備えたことを特徴とする
   圧電アクチュエータ。