JP5055008B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、圧電体を用いたアクチュエータに係わり、特に大きな駆動力で効率良く駆動できるようにしたアクチュエータに関する。

従来のアクチュエータは、外面に圧電素子が装着された長筒状のナットと、外周面にスクリューねじを有するシャフトとを有し、シャフトがナットの内側に挿通されている。ナットに超音波振動を与えると、ナットが捩れ運動を起こし、シャフトが軸線方向に進退移動させられる。
米国特許第６，９４０，２０９号公報明細書

上記特許文献１に記載のアクチュエータでは、駆動信号の駆動周波数をアクチュエータ固有の共振周波数（自己共振点）に一致させた状態で駆動されている。

しかし、共振周波数はアクチュエータの温度変化の影響を受けやすく、周囲の環境温度が変動すると、共振周波数が所期の駆動周波数からずれ、駆動効率が低下するという問題があった。

また特許文献１に記載のものは、ナットに超音波振動を与えてシャフトを軸線方向に進退移動させる構成である。一般に、ナットはシャフトに比較して径寸法が大きいために変形し難いものである。このため、ナットが駆動信号通りに駆動されず、可動体であるシャフトを移動させる効率を高め難いという問題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、駆動信号の駆動周波数をアクチュエータ側の共振周波数に一致させなくとも効率良く駆動できるようにしたアクチュエータを提供することを目的としている。

また本発明は、径寸法が細く変形しやすいシャフト側に回転方向の振動を与えることにより、可動体となるナットを効率良く駆動できるようにしたアクチュエータを提供することを目的としている。

本発明は、軸線方向に延びて外周に雄ねじを有するシャフトと、前記シャフトが挿通されて前記雄ねじと噛み合う貫通孔が形成された可動部材と、前記シャフトの軸回りに回転振動を与える振動発生機構と、前記振動発生機構に所定の駆動信号を与えて駆動する駆動回路とを有し、
前記振動発生機構に、膨張と収縮で前記シャフトに軸線周りの正方向への回転力と逆方向への回転力を与える複数の圧電素子が設けられ、前記駆動回路から複数の前記圧電素子に同じ駆動信号が同期して与えられ、複数の前記圧電素子が同時に膨張し且つ同時に収縮して、前記シャフトに正方向への回転力と逆方向への回転力が繰り返して与えられ、
正方向への回転力を与える時間と逆方向への回転力を与える時間との一方の時間が他方の時間よりも短く設定されて、前記可動部材が軸線方向へ移動させられることを特徴とするものである。

本発明では、シャフトに軸回り方向の回転振動を与えて駆動することにより、可動部材となるナットを軸線方向に移動させることができる。径寸法の細い部材であるシャフトを振動させることにより、可動体を軸線方向に効率よく進退移動させることが可能となる。

上記手段では、より大きな駆動力で、効率良く駆動することが可能となる。しかも一つの駆動信号ですべての圧電体を駆動するため、駆動信号の駆動周波数とアクチュエータ側の共振周波数との一致を必要せず、周波数のズレによる駆動効率の低下という問題をなくすことができる。

また上記においては、前記圧電体が、一枚の圧電素子からなる単層型、または複数の圧電素子が積層された積層型であるものとすることができる。

単層型の場合には、小型化または薄型化に適した振動発生機構することができる。一方、積層型とした場合には、圧電体全体としての厚み方向への変位量および駆動力を単層型よりも大きくすることが可能となる。

また前記可動部材の先端に、先端方向に向かって突出する凸面または半球面からなるキャップが設けられているものが好ましい。

上記手段では、可動部材の先端が何らかの部材に当接しても、可動部材自体の回転が停止することがなく、回転方向の振動を継続して行なうことができる。

さらには、前記シャフトの表面と前記貫通孔の内面の一方に雄ねじが形成され、他方に雌ねじが形成されており、前記雄ねじと前記雌ねじとの間で且つ前記軸線方向と直交する径方向に所定のクリアランスが設けられているものが好ましい。

上記手段では、シャフトの回転速度が低速のときには、可動部材はシャフトとともに回転するが、高速で反転したときにはシャフトのみが回転するため、可動部材を軸線方向に移動させることができる。

また前記可動部材の基部と前記シャフトの外面に、互いに掛止し合うストッパがそれぞれ設けられているものが好ましい。

上記手段では、シャフトの基端部側への可動部材を制限し、可動部材がシャフトにロックされてしまうことが防止できるため、駆動効率の低下を未然に防止することができる。

本発明のアクチュエータでは、径寸法が細く変形しやすいシャフト側に回転方向の振動を与えることにより、可動体となるナットを効率良く駆動することが可能となる。このため、無理に駆動信号の駆動周波数をアクチュエータ側の共振周波数に一致させる必要がない。

図１は本発明の第１の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図である。
本発明におけるアクチュエータは大きな推進力を発揮するため、例えば携帯電話機に搭載されたカメラレンズを光軸方向に沿って移動させる手段としての利用が考えられるが、その他に利用するものであっても構わない。

まず、本発明の第１の実施の形態の構成について説明する。
図１に示すように、第１の実施の形態に示すアクチュエータ１０は、軸線方向（Ｚ方向）に延びるシャフト１１と、このシャフト１１の軸線方向に移動自在に設けられた可動部材１２と、可動部材１２を移動させるための振動を発生させる振動発生機構２０を有している。

シャフト１１の一方（先端側）の外周面には所定のピッチからなる雄ねじ１１ａが形成されている。可動部材１２は円筒状または角筒状で形成されており、可動部材１２にはその中心を軸線方向に貫く貫通穴からなる孔１２Ａが設けられている。孔１２Ａの内面には、雄ねじ１１ａに噛み合うことが可能な雌ねじ１２ａが形成されている。ただし、孔１２Ａの内径寸法は、シャフト１１の外形寸法よりも僅かに大きく、雄ねじ１１ａと雌ねじ１２ａとの間には所定のクリアランス（隙間）が確保されている。このため、シャフト１１は孔１２Ａ内に挿通された状態において、軸と直交する方向に僅かな移動余裕を有している。

シャフト１１の他方の端部には振動発生機構２０が設けられている。この実施の形態に示す振動発生機構２０は、シャフト１１の他方の端部（基端部）に一体的に形成された立方体形状の台座１３と、複数の圧電素子（ピエゾ素子）を有している。

この実施の形態に示すものでは、薄板状からなる４つの圧電体２１，２２，２３，２４が、台座１３の４つの側面に垂直に設けられている。４つの圧電体２１，２２，２３，２４は薄い圧電素子（ピエゾ素子）で形成されており、各圧電素子の両面に電極を形成する平行な金属板が貼り合わせた単層型（モノモルフ型ともいう）の圧電体である。

４つの圧電体２１，２２，２３，２４は面と平行をなす方向（シャフト１１の軸に直交する方向）に伸縮可能である。４つの圧電体２１，２２，２３，２４は、その一方の端部が台座１３の４つの側面の一方の縁部（側面に向かって右側の縁部）にそれぞれ固定され、４つの圧電体２１，２２，２３，２４の他方の端部は図示しない筐体などに固定部にそれぞれ固定されている。

４つの圧電体２１，２２，２３，２４は、すべての圧電体が同時に膨張し、またすべての圧電体が同時に収縮するように、同期して駆動される。そして、すべての圧電体２１，２２，２３，２４が膨張するときには、シャフト１１は図１にてα１方向に回転させられ、すべて圧電体２１，２２，２３，２４が収縮するときにはシャフト１１は図１にてα２方向に回転させられる。

なお、圧電体は互いに対称をなす一対の側面にのみ設けられる構成であってもよい。すなわち、圧電体２１と圧電体２２のみが設けられる構成であってもよいし、あるいは圧電体２３と圧電体２４のみが設けられる構成であってもよい。

次に、アクチュエータ１０を駆動するための駆動回路、およびこの駆動回路からアクチュエータ１０に与えられる駆動信号について説明する。

図２Ａはアクチュエータの駆動回路を示す構成図、図２Ｂは駆動信号の実施の形態を示す波形図、図２Ｃは駆動信号の他の実施の形態を示す波形図、図３は駆動信号に対する稼動部材とシャフトとの関係を示す図である。なお、図３では外側の白矢印がナットの位置（回転角度）を、黒矢印がシャフトの位置（回転角度）を示している。

図２Ａに示すように、アクチュエータの駆動回路４０は、定電流源４１と、チャージ用のコンデンサＣ１と、ディスチャージ用の半導体スイッチ４２と、コンパレータ４３と、増幅部４４およびバッファ４５を有して構成される。

コンデンサＣ１には定電流源４１から供給される定電流で充電される。このとき、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖ１[ｖ]は図２Ｂに（ｉ）で示すような一次関数（直線状）となる。コンパレータ４３は充電電圧Ｖ１[ｖ]と基準電圧Ｖref[ｖ]とを比較し、充電電圧Ｖ１が基準電圧Ｖref[ｖ]未満のときには、例えばＬレベルの電圧を出力し、充電電圧Ｖ１が基準電圧Ｖref以上になるとＨレベルに出力を反転させる。また半導体スイッチ４２は例えばＦＥＴなどで構成されており、コンパレータ４３からの出力を受けてスイッチの状態が切り換えられる。例えば、半導体スイッチ４２の制御端子（ゲート端子Ｇ）にＬレベルの信号が入力されたときにはスイッチの状態がＯＮ状態からＯＦＦ状態へと切り替わり、Ｈレベルの信号は入力されたときにはＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替わる。

半導体スイッチ４２がＯＮ状態になると、半導体スイッチ４２のソース−ドレイン間が短絡させられるため、コンデンサＣ１に充電されてた電荷が、半導体スイッチ４２を介して一気に放出される。このとき、図２Ｂに（ｉｉ）で示すように、充電電圧Ｖ１[ｖ]が急激に０[ｖ]に至る。すると、充電電圧Ｖ１[ｖ]が基準電圧Ｖref[ｖ]未満となるため、半導体スイッチ４２はＯＦＦ状態に切り換わる。これにより、半導体スイッチ４２のソース−ドレイン間が開放させられる。よって、再び定電流源４１からの定電流がコンデンサＣ１に流れ込み、充電電圧Ｖ１は所定の一次関数で基準電圧Ｖrefに達するまで充電させられる。

そして、このような（ｉ）と（ｉｉ）の動作が繰り返し行われることにより、図２Ｂに示すようなノコギリ波状の駆動信号Ｓ１が生成される。なお、前記駆動信号Ｓ１は、コンデンサＣ１の容量の大きさ、定電流の大きさ、基準電圧Ｖrefなどを適宜に設定することにより所望のノコギリ波とすることが可能である。また増幅部４４の前にコンデンサを直列に挿入して、直流分をカットすると、駆動信号Ｓ１を図２Ｃに示すような波形とすることができる。本願発明では、駆動信号Ｓ１の駆動周期をアクチュエータの固有の共振周波数に一致させなくとも駆動させることが可能である。このため、周波数のズレによる駆動効率の低下という問題を無くすことができる。

増幅部４４は、例えば非反転増幅回路で構成されており、その後段にバッファ回路４５が設けられている。バッファ回路４５は、例えば一対のＰＮＰ型のトランジスタとＮＰＮ型のトランジスタとのプッシュプルからなるエミッタフォロアなどで構成される。

増幅部４４は、ノコギリ波状の駆動信号Ｓ１を所定の増幅度で増幅してバッファ回路４５に与える。バッファ回路４５は、増幅後の駆動信号Ｓ１に応じて圧電体に必要な電力を供給する。これにより、圧電体２１，２２，２３，２４が膨張し、または収縮させられる。

図４Ａないし図４Ｄは一対の圧電体と駆動回路との接続例を示している。図４Ａおよび図４Ｂは可動部材が絶縁部材で形成されている場合を示し、図４Ｃおよび図４Ｄは可動部材が導電部材で形成されている場合を示している。

なお、図４Ａないし図４Ｄでは対称をなす位置に設けられた一対の圧電体２１，２２の場合について説明するが、一対の圧電体２３，２４の場合も同様であり、同じ駆動信号がすべての圧電体に与えられる。

図４Ａないし図４Ｄに示す接続例では、いずれも可動部材１２の対称となる位置に設けられた一対の側面に、単層型の圧電体２１，２２をそれぞれ配置した例を示している。

図４Ａないし図４Ｄ中の矢印は、各圧電素子の分極方向を示している。なお、以下の説明においては、矢印の末端側である分極（−）から先端側である分極（＋）に向かう分極方向を正方向、同じく矢印の先端側である分極（＋）から末端側の分極（−）に向かう分極方向を負方向とする。

図４Ａに示す第１の接続例では、一方の圧電体２１は、分極（＋）側の面の左端部が台座１３の一方の面に固定されている。他方の圧電体２２は、分極（−）側の面の右端部が前記一方の面と対称となる側である台座１３の他方の面に固定されている。そして、駆動回路４０を構成するバッファ回路４５の出力部４５ａが、圧電体２１の分極（−）側の面に設けられた電極２１ａと圧電体２２の分極（−）側の面に設けられた電極２２ａの双方に接続されている。なお、圧電体２１の分極（＋）側の面に設けられた電極２１ｂと圧電体２２は分極（＋）側の面に設けられた電極２２ｂの双方はグランドＧＮＤに接地されている。

駆動信号Ｓ１は、駆動回路４０から一方の圧電体２１を構成する電極２１ａと電極２１ｂとの間、および他方の圧電体２２を構成する電極２２ａと電極２２ｂとの間に同じタイミングで与えられる。

この実施の形態に示す圧電体２１，２２は、例えば圧電素子の分極方向と電圧の印加方向とが一致する（ともに正または負である）場合には、圧電体２１，２２は板厚方向にそれぞれ収縮し、圧電素子の分極方向と電圧の印加方向とが相違する（一方が正で且つ他方が負である）場合には板厚方向にそれぞれ膨張するような圧電体が採用されている。

このため、板厚方向と直交する方向である長手方向に対しては、圧電素子の分極方向と電圧の印加方向とが一致するとき（板厚方向に収縮するとき）に膨張し、相違するとき（板厚方向に膨張するとき）に収縮することになる。

したがって、駆動信号Ｓ１として周期的な信号が圧電体２１，２２に与えられると、圧電体２１，２２は駆動信号Ｓ１に同期して長手方向に伸縮を繰り返す。そして、例えば、図４Ａに示すように、圧電体２１，２２がともに長手方向に膨張すると、台座１３およびシャフト１１はα1方向に回転させられ、圧電体２１，２２がともに長手方向に収縮するときには、シャフト１１はα１方向とは逆方向となるα２方向に回転させられるという回転が繰り返される。

駆動信号Ｓ１が、図３に示すようなノコギリ波状の場合には、区間Ｔ_Ａのときには、電圧は正方向に印加されるために圧電体２１，２２は長手方向に膨張する。また区間Ｔ_Ｂのときには電圧は負方向に印加されるために圧電体２１，２２は長手方向に収縮する。区間Ｔ_Ａと区間Ｔ_Ｂとは、区間Ｔ_Ａに比較して区間Ｔ_Ｂは極めて小さいＴ_Ａ＞＞Ｔ_Ｂの関係にある。このため、圧電体２１，２２の長手方向の変位は、区間Ｔ_Ａにおいては比較的長い時間をかけて低速で膨張し、区間Ｔ_Ｂにおいては瞬間的（短時間のうちに急速）に収縮するという、いわゆる順方向のインパクト駆動で駆動される。

なお、前記駆動信号Ｓ１の１周期は、例えば０．２ｍｓｅｃであり、この場合の区間Ｔ_Ａは０．１９９８５ｍｓｅｃ、区間Ｔ_Ｂは１５０ｎｓｅｃである。

図３中のａないしｅに示すように、区間Ｔ_Ａにおいてはシャフト１１が低速でα１方向に回転するため、シャフト１１に噛み合っている可動部材１２がシャフト１１の回転に追従して一緒にα１方向に回転させられる。他方、区間Ｔ_Ｂにおいては可動部材１２が急激に反転してα２方向に逆回転するが、α２方向へ回転する初期においては、可動部材１２には区間Ｔ_Ａでの回転動作によるα１方向への慣性力が作用している。しかも、シャフト１１と可動部材１２とが接する部分にはクリアランスが設けられており、この部分には低速で回転するときには係数の大きな静止摩擦が支配的に作用し、反転時には係数の小さな動摩擦が支配的に作用する。さらに、α２方向への反転動作を行う区間Ｔ_Ｂは極めて短時間であり、可動部材１２がα２へ回転し始めようとするときには、既にシャフト１１の回転は終了し、次ぎの区間Ｔ_Ａにおけるα１方向への回転が開始される段階にある。

つまり、可動部材１２は、区間Ｔ_Ａでは低速で回転するシャフト１１に追従して一緒に回転するが、区間Ｔ_Ｂではシャフト１１の急速な反転動作に追従しきれず、α２には回転しないか、回転しても極わずかな量となる。このため、駆動信号Ｓ１が入力され、このような一連の動作が繰り返されると、可動部材１２の一方向（α１方向）への回転角度が徐々に大きくなる。なお、可動部材１２は他方向（α２方向）にはまったく回転しないか、回転してもごく僅かである。そして、このような駆動信号Ｓ１を一対の圧電体２１，２２に与え、一対の圧電体２１，２２を連続的に駆動することにより、シャフト１１は振動しながらα１方向に回転させられる。

シャフト１１が回転すると、クリアランスを有するシャフト１１側の雄ねじ１１ａと可動部材１２側の雌ねじ１２ａとの噛み合いによるネジ送り動作が行われる。このため、可動部材１２を軸線方向に移動させることができる。

ここで区間Ｔ_Ａと区間Ｔ_Ｂの合計をインパクト駆動の１周期とする。すると、インパクト駆動の１周期のネジ送り量、すなわちシャフト１１が１往復回転したときのネジ送り量（軸線方向の移動量）は、シャフト１１のα１方向の回転量とα２方向への回転量（ほぼ零）との差分に相当する移動量であり、この移動量に応じて可動部材１２はシャフト１１に沿って軸線方向に移動させられる。このため、この一連の動作を連続的に行ってインパクト駆動を繰り返して、回転振動を行うことにより、可動部材１２をシャフト１１の軸線方向（例えばＺ１方向）に沿って連続的に移動させることができる。

なお、可動部材１２を逆方向（例えばＺ２方向）に移動させたい場合には、例えば図３にて一点鎖線で示すような駆動信号Ｓ２を与えることにより、シャフト１１を逆方向（α２方向）に回転させることができる。すなわち、長手方向の膨張動作を区間Ｔ_Ｂで瞬間的に行わせ、収縮動作を区間Ｔ_Ａで比較的ゆっくりと行わせるようにすればよい（逆方向のインパクト駆動）。

次に、図４Ｂに示す第２の接続例では、圧電体２１の分極（−）側の面に設けられた電極２１ａの端部が台座１３の表面に固定されている点で上記第１の接続例と相違している。ただし、圧電体２１，２２の分極方向と電圧の印加方向はともに正方向で同じである。

この接続例においても、駆動信号Ｓ１を与えることにより順方向のインパクト駆動を実行させることができ、また駆動信号Ｓ２を与えることにより逆方向のインパクト駆動を実行させることができる。このため、上記同様に可動部材１２をシャフト１１に沿う軸線方向に進退自在に移動させることが可能である。

次に、図４Ｃ，図４Ｄに示す第３，第４の接続例では、台座１３が導電材料で形成されており、台座１３を介して駆動信号Ｓ１や駆動信号Ｓ２が供給される点で相違する。

図４Ｃに示す第３の接続例では、台座１３の対称となる一対の側面に、圧電体２１，２２が上記第２の接続例と同様の構成により固定されている。すなわち、圧電体２１の分極（−）側の面に設けられた電極２１ａの左端部が台座１３の一方の側面に固定され、圧電体２２の分極（−）側の面に設けられた電極２２ａの右端部が台座１３の他方の側面に固定されている。

図４Ｃに示すように、駆動回路４０の出力部４５ａと台座１３とが電気的に接続され、圧電体２１の電極２１ｂと圧電体２２の電極２２ｂがグランドＧＮＤに接地されている。そして、圧電体２１，２２の分極方向と電圧の印加方向とは同じ向きに設定されている。

第３の接続例では、駆動回路４０から出力された駆動信号Ｓ１が、導電材料で形成された台座１３を介して圧電体２１の電極２１ａに供給され、同時に圧電体２２の電極２２ａに供給される。すなわち、台座１３を各電極２１ａ，２２ａに駆動信号Ｓ１を供給するための受電端子または中継端子として使用することができる。

次に、図４Ｄに示す第４の接続例では、圧電体２１，２２と台座１３との機構的な配置関係は上記第３の接続例と同様である。ただし、第４の接続例では、圧電体２１，２２の分極方向と電圧の印加方向はともに異なる点で上記第３の接続例と相違している。

すなわち、第４の接続例では、駆動回路４０の出力部４５ａが圧電体２１の分極（＋）側の面に設けられた電極２１ｂと、圧電体２３の分極（＋）側の面に設けられた電極２２ｂとの双方に電気的に接続されている。また圧電体２１の分極（−）側の面に設けられた電極２１ａと圧電体２２の分極（−）側の面に設けられた電極２２ａとが、共通の台座１３を介してグランドＧＮＤに接地されている。

第４の接続例では、駆動回路４０から出力された駆動信号Ｓ１が、圧電体２１の電極２１ｂおよび圧電体２２の電極２２ｂに同じタイミングで供給される。このとき、電圧の印加方向と圧電体２１，２２の分極方向とは逆向きの関係にある。このため、図３に示す区間Ｔ_Ａでは圧電体２１，２２が長手方向に比較的ゆっくりと収縮させられ、また区間Ｔ_Ｂでは圧電体２１，２２が長手方向に瞬間的に膨張させられる。すなわち、圧電体２１，２２は逆方向のインパクト駆動が行われ、台座１３およびシャフト１１が図４Ｄにてα２方向に回転させられる。また駆動信号Ｓ２を与えると、台座１３およびシャフト１１は、図４Ｄにてα１方向に回転させることができる。よって、駆動信号Ｓ１または駆動信号Ｓ２を連続的に与えることにより、上記同様に可動部材１２をシャフト１１に沿って軸線方向に進退移動させることが可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態の構成について説明する。
図５Ａは本発明の第２の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図、図５Ｂは可動部材を除いた状態を示す図５Ａの平面図である。

第２の実施の形態に示すアクチュエータ１０の構成は、上記第１の実施の形態とほぼ同じである。よって、以下においては異なる部分を中心に説明する。なお、第２の実施の形態において、上記第１の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付して説明する。

図５Ａに示すように、可動部材１２の先端にキャップ１２Ｂが設けられ、孔１２Ａの上端が閉ざされている点において、貫通する孔１２Ａが露出している第１の実施の形態とは相違している。キャップ１２Ｂは、その先端が先端（Ｚ１）方向に向かって突出する凸面または半球面で形成されている。このため、キャップ１２Ｂの先端が何かの部材に当接しても、当接の面積は小さく、この間の摩擦係数を軽減することが可能であり、可動部材１２自体の回転が停止することを防止できるようになっている。

次に、シャフト１１の側面にストッパ１１ｂが設けられ、可動部材１２のＺ２側の底部にストッパ１２ｂが設けられている点で相違している。ストッパ１１ｂ，１２ｂを有しない場合には、可動部材１２がシャフト１１の基端部側（Ｚ２方向）に移動させられたときに、雄ねじ１１ａの先端部と雌ねじ１２ａの最奥部とが部分的にきつく噛み合い、可動部材１２がシャフト１１にロックされてしまう虞がある。しかし、ストッパ１１ｂ，１２ｂを設けた場合には、可動部材１２が最もＺ２方向に移動する前に、前記ストッパ１１ｂとストッパ１２ｂとが互いに掛止し合うことになる。このため、雄ねじ１１ａと雌ねじ１２ａとが噛み合う前に可動部材１２の回転を停止させ、可動部材１２の移動を制限することが可能となる。このため、可動部材１２がシャフト１１にロックする不具合を未然に防止することができる。よって、アクチュエータの駆動効率の低下を未然に防止することができる。

さらに、第２の実施の形態では、多数の薄い圧電素子（ピエゾ素子）を、分極方向を同じ方向に揃えた状態で厚み方向に重ねて、全体として棒状に形成した積層型の圧電体２１Ａ，２２Ａを採用している点で相違している。なお、圧電体２１Ａ，２２Ａの長手方向（積層方向）の両端には電極がそれぞれ設けられている。

図５Ａに示すように、台座１３の４つの側面のうち、互いに対向する一対の側面には、各側面からそれぞれ垂直に延びる取付面１３Ａ，１３Ｂが設けられている。そして、この取付面１３Ａ，１３Ｂに積層状態の圧電体２１Ａ，２２Ａの一方の端部に設けられた電極がそれぞれ固定されている。なお、圧電体２１Ａ，２２Ａの他方の端部に設けられた電極は、筐体などからなる固定部２６，２６にそれぞれ固定されている。取付面１３Ａと取付面１３Ｂとは、シャフト１１に対して軸対称の位置に設けられている。また一方の固定部２６と他方の固定部２６とは互いに逆側となる位置に設けられている。つまり、圧電体２１Ａは取付面１３Ａから一方の固定部２６との間に設けられ、圧電体２２Ａは取付面１３Ｂと他方の固定部２６との間に設けられている。なお、圧電体２１Ａ，２２Ａは図５Ａに示すような多数の薄い圧電素子（ピエゾ素子）を厚み方向に重ねて棒状に形成した積層型であってもよいし、第１の実施の形態同様に薄手の圧電素子の両面に電極を形成する平行な金属板を貼り合わせた単層型であってもよい。

圧電体２１Ａ，２２Ａを単層型とした場合には、振動発生機構を小型化または薄型化することができる。一方、積層型とした場合には、圧電体２１Ａ，２２Ａ全体としての厚み方向への変位量および駆動力を単層型よりも大きくすることができる。

圧電体２１Ａ，２２Ａは、上記同様に個々の圧電素子が積層方向に同時に膨張し、または同時に収縮するように同期して駆動される。そして、圧電体２１Ａ，２２Ａが膨張するときには、シャフト１１は図５Ａにてα１方向に回転させられ、また圧電体２１Ａ，２２Ａが収縮するときにはシャフト１１は図５Ａにてα２方向に回転させられる。

このため、上記同様に圧電体２１Ａ，２２Ａの駆動信号Ｓ１または駆動信号Ｓ２を連続的に与えることにより、シャフト１１を順方向（α１方向）または逆方向（α２方向）にインパクト駆動することができ、可動部材１２を軸線方向に進退移動させることが可能である。

また図５Ｂに示すように、２つの圧電体２１Ａ，２２Ａ以外に、さらに同じ構成からなる２つの圧電体２３Ａ，２４Ａを、台座１３の対称となる位置に形成された取付面１３Ｃ，１３Ｄにそれぞれ設けたものであってもよい。すなわち、４つの圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａをシャフト１１の軸回りに９０度の角度をずらして配置した構成とするものであってもよい。この場合にも、すべての圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａには、駆動信号Ｓ１又は駆動信号Ｓ２が同じタイミングで与えられ、これにより膨張する方向に駆動され、および収縮する方向に駆動される。例えば、駆動信号Ｓ１がすべての圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａに同じタイミングで与えられて前記圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａが膨張するときには、シャフト１１は図５Ｂにてα１方向に回転させられる。また駆動信号Ｓ２がすべて圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａに同じタイミングで与えられて、前記圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａが収縮するときには、シャフト１１は図５Ｂにてα２方向の回転させられる。このように圧電体２３Ａ，２４Ａの数を増やすと、さらに大きな駆動力でシャフト１１を駆動することが可能となる。

上記第１および第２の実施の形態では、駆動側となる圧電体２１，２２で直接的に駆動される台座１３を立方体形状からなるものとして示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、その他例えば三角柱、五角柱などの多角柱、あるいは円柱などであってもよい。また圧電体の構成は、台座１３の対称となる位置に対を成すように配置するものでなくてもよい。すなわち、台座１３の側面に設けた各圧電体が同期して駆動されたときに、各圧電体からの駆動力が同じ軸回り方向に作用するように設けられた構成であればよい。

本発明の第１の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図、 アクチュエータの駆動回路を示す構成図、 駆動信号の実施の形態を示す波形図、 駆動信号の他の実施の形態を示す波形図、 駆動信号に対する可動部材とシャフトとの関係を示す図、 一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、 一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、 一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、 一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、 本発明の第２の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図、 可動部材を除いた状態を示す図５Ａの平面図、

符号の説明

１０ アクチュエータ
１１ シャフト
１１ａ 雄ねじ
１１ｂ ストッパ
１２ 可動部材
１２ａ 雌ねじ
１２ｂ ストッパ
１３ 台座
２０ 振動発生機構
２１，２２，２３，２４ 単層型の圧電体
２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ 積層型の圧電体
２６ 固定部
４０ 駆動回路
４１ 定電流源
４２ スイッチ
４３ コンパレータ
４４ 増幅部（ＡＭＰ）
４５ バッファ回路

Claims (7)

1. 軸線方向に延びて外周に雄ねじを有するシャフトと、前記シャフトが挿通されて前記雄ねじと噛み合う貫通孔が形成された可動部材と、前記シャフトの軸回りに回転振動を与える振動発生機構と、前記振動発生機構に所定の駆動信号を与えて駆動する駆動回路とを有し、
   前記振動発生機構に、膨張と収縮で前記シャフトに軸線周りの正方向への回転力と逆方向への回転力を与える複数の圧電素子が設けられ、前記駆動回路から複数の前記圧電素子に同じ駆動信号が同期して与えられ、複数の前記圧電素子が同時に膨張し且つ同時に収縮して、前記シャフトに正方向への回転力と逆方向への回転力が繰り返して与えられ、
   正方向への回転力を与える時間と逆方向への回転力を与える時間との一方の時間が他方の時間よりも短く設定されて、前記可動部材が軸線方向へ移動させられることを特徴とするアクチュエータ。
2. 対を成す前記圧電素子のそれぞれの先端が前記シャフトの基部に取り付けられ、前記圧電素子のそれぞれの基端が固定され、
   一方の圧電素子の先端と前記基部との連結部と、他方の圧電素子の先端と前記基部との連結部が軸線を挟む位置に有り、一方の圧電素子と他方の圧電素子の伸縮方向が互いに平行である請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記圧電体が、一枚の圧電素子からなる単層型、または複数の圧電素子が積層された積層型である請求項１または２記載のアクチュエータ。
4. それぞれの前記圧電素子は、板状で分極方向が板厚方向に向けられて、両表面に電極が設けられており、前記シャフトの基部に導電性の台座が設けられ、それぞれの圧電素子の一方の電極が台座を介して導通され、それぞれの圧電素子の他方の電極に駆動信号が与えられる請求項１または２記載のアクチュエータ。
5. 前記駆動回路は充電用コンデンサを有し、前記充電用コンデンサへの充電と放電を繰り返すことで、前記駆動信号が生成される請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
6. 前記貫通孔の内面に雌ねじが形成されており、前記雄ねじと前記雌ねじとの間で且つ前記軸線方向と直交する径方向にクリアランスが設けられている請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
7. 前記可動部材の基部と前記シャフトの外面に、互いに掛止し合うストッパがそれぞれ設けられている請求項１ないし６のいずれか記載のアクチュエータ。

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