JP5299284B2 - 圧電アクチュエータ、駆動装置、位置決め装置およびレーザモジュール - Google Patents

Description

本発明は、圧電アクチュエータ、駆動装置、位置決め装置およびレーザモジュールに関する。

特許文献１には、レーザ発振器などの投光部から発せられたレーザ光をレンズなどの光学部材（移動体）によって、光ファイバのような受光部材に芯合わせして導くレーザ装置が記載されている。特許文献１では、光学部材を一定振幅で微小振動させ、光ファイバにおけるレーザ光の強度（検出出力）の変化を測定して、レーザ光の芯ずれ量を検出し、光学部材をレーザ光の受光強度を最大にする位置に移動させるウォブリング（wobbling）と呼ばれる手法により、レーザ光を光ファイバに対して調芯位置決めしている。

光学部材を圧電アクチュエータを用いた摩擦駆動方式の駆動装置で駆動する場合、駆動方向によって光学部材の移動量に差が生じる場合がある。その場合、光学部材を微少量だけ前進させたときに移動量と、微少量だけ後退させたときの移動量とが異なり、レーザ光の強度の変化から算出した光学部材のレーザ光の強度が最大になる位置からのずれ量に誤差が生じる。このような誤差は、正確な調芯が達成されるまでに数多くのウォブリングを繰り返す必要を生じさせたり、ウォブリングにおける検出出力の変化量に対する駆動量が大きい場合には、ウォブリングでは解消できない光学部材のずれを生じさせたりするという問題があった。

また、圧電アクチュエータにおいて、微小領域ですべり変位を繰り返すと、駆動軸の摩擦接触部が異常摩耗して、駆動特性が変化してしまうという問題もあった。

さらに、圧電アクチュエータでは、駆動電圧の振幅を小さくすることで、駆動電圧１パルス当たりの駆動量を小さくできるが、駆動電圧の振幅がある程度小さくなると滑り変位を得られなくなるので、微小な変位を得ることができないという問題もあった。
特開２００３−３３８７９５号公報 特開平６−２６５７５９号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、誤差のない微動が可能な圧電アクチュエータ、駆動装置、位置決め装置、および、正確な調芯ができるレーザモジュールを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による圧電アクチュエータは、伸縮層と電極層とを交互に積層した積層型圧電素子と、前記圧電素子の伸縮方向の端部に一端が固定された駆動軸と、前記駆動軸に摩擦係合する移動体と、前記圧電素子の外周に接着されたカラーとを有し、前記カラーは、複数の前記伸縮層に対して、前記伸縮層に対する拘束力が前記圧電素子の前記伸縮方向に垂直な断面中心から見て不均衡になるように接着されているものとする。

この構成によれば、圧電素子の静的（緩慢）な伸縮によって、圧電素子の伸縮層は、カラーによる拘束力が小さい部分が大きく伸縮し、カラーによる拘束力が大きい部分が小さく伸縮する。これにより、カラーと接着された伸縮層が不均衡に伸縮して駆動軸を傾斜させる。また、圧電素子の伸縮によってカラーや接着剤を変形させることでも、駆動軸を傾斜させ得る。このような駆動軸の傾斜によって、移動体を回転移動させて余弦の変化分だけパルス駆動方向に微小な移動を生じさせることができる。この移動は、移動体のすべり変位を伴わないので、移動量のばらつきや駆動軸の摩耗がない。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記カラーは、前記伸縮層の外周の一部分と非接着であってもよい。

この構成によれば、カラーは、非接着の部分において、伸縮層を拘束しないので、伸縮層に対する拘束力の不均衡が大きくなり、圧電素子の不均衡な変形による駆動軸の傾斜を促進し、それによる移動体の変位量も大きくできる。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記カラーは、部分的にヤング率の異なる接着剤によって前記伸縮層に接着されていてもよい。

この構成によれば、拘束力を不均衡にして駆動軸の傾斜を可能にしつつ、伸縮層に対する拘束力の弱い、ヤング率の低い接着剤によってもカラーと圧電素子とを接着するので、カラーを筐体等に固定することで、圧電素子の外周を広く保持できる。このため、カラーによって圧電素子を支持する構造を採用しても、外部からの衝撃などで圧電素子が脱離する危険性が低い。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電素子の外周の形状が矩形であり、前記外周の１辺が前記カラーと接着されていてもよい。

この構成によれば、非接着の１辺と、対向する接着された１辺との変形の差によって駆動軸を傾斜させるので、効率よく駆動軸を傾斜させられ、製品毎のバラツキも小さい。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電素子の外周の形状が矩形であり、前記外周の３辺が前記カラーと接着されていてもよい。

この構成によれば、１辺が非接着であるので、カラーによる拘束力が不均衡になり、駆動時を傾斜させることができ、３辺が接着されているので、カラーによって圧電素子をしっかりと支持できる。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電素子の外周の形状が円形であり、前記カラーは、前記圧電素子の約半周に接着されていてもよい。

この構成によれば、圧電素子を受け入れる形状が円筒形であるので、カラーの形成が容易である。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記カラーは、前記圧電素子の断面中心から見て少なくとも一部が開放していてもよい。

この構成によれば、カラーの開放部分に接着剤が回り込みにくく、非接着部を形成して拘束力をばらつきなく不均衡にできる。また、カラーの開放部から圧電素子を組み込むことができ、製造が容易になる。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記カラーは、前記圧電素子および前記駆動軸が嵌合する穴を有してもよい。

この構成によれば、圧電素子および駆動軸がカラーに嵌合するので、圧電素子および駆動軸をカラーで保持することが容易であり、組立による駆動軸の姿勢のばらつきを低減できる。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記カラーは、前記圧電素子および前記駆動軸の接合部を支持してもよい。

この構成によれば、カラーによって圧電素子を保持すると、カラーは、圧電素子だけでなく駆動軸をも保持することになる。このため、駆動軸を傾斜させるような外力が作用したとき、駆動軸を傾斜させる力が圧電素子と駆動軸との接合面だけでなく、カラーと駆動軸との接合面にも分散するので、圧電アクチュエータの耐衝撃強度が高い。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記移動体は、作用点が、前記圧電素子の断面中心から見て前記カラーによる拘束力が最も不均衡となる方向に、前記駆動軸からずれていてもよい。

この構成によれば、圧電素子の変形による駆動軸の揺動中心から見た移動体の作用点の位置が、最初から駆動軸の軸方向に対して角度を有するので、駆動軸の揺動角度に応じた余弦の変化率が大きく、カラーの僅かな変形で十分な変位を得ることができる。

また、本発明による駆動装置は、前記圧電アクチュエータのいずれかと、前記圧電アクチュエータの前記圧電素子に対して、前記移動体をすべり移動させるように、前記圧電アクチュエータの前記駆動軸を非対称に往復移動させる周期的な移動駆動電圧、および、前記移動体がすべり移動しないように前記駆動軸を緩慢に移動させる静動駆動電圧を印加可能な駆動回路とを有するものとする。

この構成によれば、静動駆動電圧を印加することで、駆動軸を傾斜させ、すべり移動を伴わずに移動体を変位させられる。

また、本発明による駆動装置において、前記静動駆動電圧は、前記移動駆動電圧よりも周波数の低い周期的な電圧であってもよい。

この構成によれば、静動駆動電圧によって駆動軸を往復移動させて、移動体を前後に一定の微小量だけ変位させることができる。この静動駆動電圧によって得られる移動体の正確な微小変位に応じた測定値に応じて移動駆動電圧の出力を調節することで、移動体の精度の高い駆動が可能になる。

また、本発明による位置決め装置は、前記駆動装置のいずれかと、前記駆動装置の前記移動体が所定の位置にあるときに最大値を示し、前記所定の位置から遠くなる程小さくなる変位出力を出力する変位検出手段と、前記静動駆動によって前記移動体を移動させたときの前記変位出力の変化に基づいて、前記変位出力が最大となるように、前記移動駆動電圧の印加量を定める制御手段とを有するものとする。

この構成によれば、変位出力が概ねガウス分布に従う場合、正負の静動駆動時の変位出力の偏差が変位出力が最大となる位置とのずれに略比例するので、これによって、変位出力が最大となる位置を予測して移動体を位置決めできる。

また、本発明によるレーザモジュールは、前記位置決め装置と、レーザ光を受光して出力する受光部材とを有し、前記位置決め装置の前記変位検出手段は、前記受光部材の出力を検出するセンサであり、前記位置決め装置の前記移動体は、前記レーザ光を前記受光部材に対して位置決めする光学部材であるものとする。

この構成によれば、レーザ光の光軸が受光部材の受光中心に一致するときに出力が最大となるので、レーザ光を調芯して、出力を最大化できる。

本発明によれば、圧電素子および駆動軸の接合部の外周を部分的にカラーに接合したので、圧電素子を静的に伸長または収縮したときに、カラーの圧電素子に対する接合部と非接合部とでカラーの伸縮量が異なり、駆動軸を傾斜させることになる、これによって移動体を回動させて、駆動軸に対してすべり移動させることなく変位させられる。

本発明の第１実施形態のレーザモジュールの概略構成図。 図１のレーザモジュールの圧電アクチュエータの概略図。 図２の圧電アクチュエータの軸方向断面図。 図２の圧電アクチュエータの軸直角断面図。 図１のレーザモジュールのブロック図。 図１のレーザモジュールの駆動回路の回路図。 図２の圧電アクチュエータの静動駆動電圧印加時を示す概略図。 図１のレーザモジュールの駆動回路の出力波形と移動体の変位を示すグラフ。 図１のレーザモジュールの移動体変位に伴う変位出力のプロファイルと位相検波出力を示すグラフ。 図１のレーザモジュールのウォブリングによる調芯の原理を示す図。 本発明の第２実施形態の圧電アクチュエータの軸方向断面図。 図１１の圧電アクチュエータの軸直角面図。 図１１の圧電アクチュエータの正の静動駆動電圧印加時の変位分布図。 図１１の圧電アクチュエータの負の静動駆動電圧印加時の変位分布図。 本発明の第３実施形態の圧電アクチュエータの軸方向断面図。 図１５の圧電アクチュエータの軸直角面図。 図１５の圧電アクチュエータの正の静動駆動電圧印加時の変位分布図。 図１５の圧電アクチュエータの負の静動駆動電圧印加時の変位分布図。 本発明の第４実施形態の圧電アクチュエータの軸直角面図。 本発明の第５実施形態の圧電アクチュエータの概略図。 本発明の第６実施形態の圧電アクチュエータの概略図。 本発明の第７実施形態の圧電アクチュエータの概略図。 図２２の圧電アクチュエータの軸直角面図。 本発明の第８実施形態の圧電アクチュエータの概略図。 本発明の第９実施形態の圧電アクチュエータの概略図。 本発明の第１０実施形態の圧電アクチュエータの概略図。

符号の説明

１…レーザモジュール
２…レーザダイオード
３…Ｘ軸調芯レンズ
４…Ｙ軸調芯レンズ
５…第二高調波発生素子（受光部材）
７…Ｘ軸駆動回路
８…Ｘ軸圧電アクチュエータ
９…Ｙ軸駆動回路
１０…Ｙ軸圧電アクチュエータ
１２…パワーモニタ（センサ）
１３…制御回路
１４…圧電素子
１５…駆動軸
１６…移動体
１７…カラー
２１…制御装置
Ｇ…接着剤
Ｐ…光学中心（作用点）

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のレーザモジュール１の構成を示す。レーザモジュール１は、赤外色のレーザ光を発生するレーザダイオード２と、レーザ光を案内するＸ方向に移動可能なＸ軸調芯レンズ３およびＸ方向に直交するＹ方向に移動可能なＹ軸調芯レンズ４と、レーザ光を受光して半波長の緑色のレーザ光を生成する受光部材である第二次高調波発生素子（Second Harmonic Generation）５と、第二次高調波発生素子５の出力を射出する射出レンズ６とを有する。Ｘ軸調芯レンズ３およびＹ軸調芯レンズ４は、それぞれ、Ｘ軸駆動回路７から駆動電圧を印加されるＸ軸アクチュエータ８およびＹ軸駆動回路９から駆動電圧が印加されるＹ軸アクチュエータ１０によって駆動される。また、レーザモジュール１は、第二次高調波発生素子５の出力光を分光するビームスプリッタ１１と、分光した第二次高調波発生素子５の出力光の出力レベルを電圧信号（変位出力）に変換するフォトダイオードのようなセンサからなるパワーモニタ（検出手段）１２と、パワーモニタ１２の変位出力に応じて、Ｘ軸駆動回路７およびＹ軸駆動回路９の動作を制御する制御回路１３とを有する。

第二次高調波発生素子５は、受光部の口径が１〜３μｍ程度である。Ｘ軸調芯レンズ３およびＹ軸調芯レンズ４は、レーザ光を第二次高調波発生素子５の受光部と同程度の径になるように集光するとともに、第二次高調波発生素子５の受光部の中心にレーザ光の光軸を芯合わせする。レーザ光の光軸が第二次高調波発生素子５の中心に一致している場合、レーザ光のエネルギーが全て第二次高調波発生素子５に入力されるので、第二次高調波発生素子５の出力が最大になり、パワーモニタ１２の変位出力も最大になる。

図２に、Ｘ軸調芯レンズ３を移動させるＸ軸アクチュエータ（圧電アクチュエータ）８の構成を示す。Ｘ軸アクチュエータ８は、伸縮層１４ａと電極層１４ｂとをＸ方向に交互に積層してなり、印加された電圧に応じてＸ方向に伸縮する積層型の圧電素子１４と、圧電素子１４に一端が固定され、Ｘ方向に延伸する駆動軸１５と、駆動軸１５に摩擦係合し、Ｘ軸調芯レンズ３を保持する移動体１６と、圧電素子１４と駆動軸１５の接合部の外周に接合され、圧電素子１４および駆動軸１５を支持するカラー１７とを有する。Ｘ軸調芯レンズ３は移動体１６の側方に支持されており、移動体１６の作用の中心位置であるＸ軸調芯レンズ３の光学中心（作用点）Ｐは、圧電素子１４および駆動軸１５の断面中心からずらされて保持されている。Ｙ軸アクチュエータ１０は、配設される方向が異なるだけで、Ｘ軸アクチュエータ８と構成は同じである。

図３にＸ軸アクチュエータ８のＹ方向断面（Ａ）、および、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向の断面（Ｂ）を示し、図４に、Ｘ軸アクチュエータ８を圧電素子１４側からＸ方向に見た様子を示す。圧電素子１４および駆動軸１５は、矩形の外周（断面）形状を有し、対向する端面が接着剤Ｇによって接合されている。カラー１７は、圧電素子１４および駆動軸１５に嵌合する矩形の嵌合穴１７ａを有し、圧電素子１４および駆動軸１５の外周と、嵌合穴１７ａの内壁とがの接着剤Ｇで接合されている。しかしながら、圧電素子１４および駆動軸１５の外周の１辺には接着剤Ｇが塗布されていない。つまり、圧電素子１４および駆動軸１５の外周の３辺はカラー１７に対して接合されているが、１辺はカラー１７に対して非接合となっている。

接着剤Ｇは、例えば、エポキシ系接着剤のような、ヤング率が大きく、弾性変形し難いものが用いられる。これにより、カラー１７は、接着剤Ｇを介して圧電素子１４の外周を保持し、伸縮層１４ａを拘束してＸ方向の寸法変位を制限する。Ｘ軸アクチュエータ８において、カラー１７は、圧電素子１４の２つの伸縮層１４ａに対して、圧電素子１４の伸縮方向の中心軸（伸縮方向に垂直な断面中心）から見て、当該２つの伸縮層１４ａに対する拘束力が、図４において、下方が弱く（皆無）、側方および上方が強くなるように不均衡に接合されている。さらに、カラー１７は、装置の筐体などの不動の部材に接着剤Ｇで接合される。図３，４には不図示のＸ軸調芯レンズ３の光学中心（作用点）Ｐは、圧電素子１４および駆動軸１５の断面中心から見て、接着剤Ｇが塗布されていないカラー１７が非接着の側に位置するようになっている。

図５に、制御回路１３の構成を示す。制御回路１３は、パワーモニタ１２の変位出力を増幅する増幅器１８と、増幅した変位出力のノイズ成分を取り除くローパスフィルタ１９と、変位出力をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器２０と、レーザ光の光軸を第二次高調波発生素子５に調芯するようにＸ軸調芯レンズ３およびＹ軸調芯レンズ４を移動させるために、ディジタル変換した変位出力を基に、Ｘ軸駆動回路７およびＹ軸駆動回路９の動作を制御する、マイクロプロセッサからなる制御装置２１とを有する。

図６に、Ｘ軸駆動回路７の詳細を示す。Ｘ軸駆動回路７は、圧電素子１４の両電極を、それぞれ電圧Ｖｃｃ（Ｖ）の電源に接続するスイッチＳＷ１，ＳＷ２と、圧電素子１４の両電極をそれぞれグランドに接地するスイッチＳＷ３，ＳＷ４を有するブリッジ回路である。４つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、例えばトランジスタからなり、制御装置２１から出力される制御信号によってオン／オフされる。制御装置２１は、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をオンし、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフすることで、圧電素子１４に＋Ｖｃｃ（Ｖ）の電圧を印加し、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をオフし、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンすることで、圧電素子１４に−Ｖｃｃ（Ｖ）の電圧を印加することができる。また、Ｙ軸駆動回路９も、Ｘ軸駆動回路７と同じ構成からなる。

図７に、圧電素子１４に＋Ｖｃｃ（Ｖ）の電圧を連続して印加したときのＸ軸圧電アクチュエータ８の変形を示す。圧電素子１４は、正の電圧が印加されると、Ｘ方向に伸長する。しかしながら、伸縮層１４ａの接着剤Ｇを介してカラー１７に拘束（接合）された部分は、接着剤Ｇを弾性変形させることができる範囲でのみ伸張できる。一方、同じ伸縮層１４ａのカラー１７に拘束されていない部分は、自由に、大きく伸張する。このため、圧電素子１４は、自身が屈曲するように歪んで伸張する。圧電素子１４の歪んだ伸張は、圧電素子１４の端面を傾斜させ、図示するように、駆動軸１５の先端を非接合部の方向（Ｙ方向）に傾斜させる。この駆動軸１５の傾斜により、Ｘ軸調芯レンズ３も揺動するが、Ｘ軸調芯レンズ３の光学中心Ｐは、圧電素子１４と駆動軸１５との接合部から見た揺動の余弦（ｃｏｓ）の変化分（ｄＸ）だけＸ方向に変位する。このため、Ｘ軸調芯レンズ３の光学中心Ｐが最初からＹ方向にずらされている方が、駆動軸１５の傾斜によるＸ方向の変位が大きくなる。

図８に、Ｘ軸駆動回路７がＸ軸アクチュエータ８に印加する駆動電圧の波形を示す。Ｘ軸駆動回路７は、制御装置２１に制御され、例えば周波数１００Ｈｚ、デューティ比５０％の長周期の静動駆動電圧と、例えば周波数３６０ｋＨｚ、デューティ比７０％（または３０％）の短周期の移動駆動電圧とを出力する。Ｘ軸アクチュエータ８は、長周期の静動駆動電圧が印加されたとき、駆動軸１５がＹ方向に傾斜し、移動体１６が駆動軸１５に摩擦係合したままＸ方向に微小変位する。また、Ｘ軸アクチュエータ８では、短周期の移動駆動電圧が印加されたとき、デューティ比が７０％の場合、駆動軸１５が正方向に緩慢に移動し、負方向に急峻に移動するため、移動体１６は駆動軸１５に対して正方向にすべり移動する。また、移動駆動電圧のデューティ比が３０％の場合、駆動軸１５が負方向に緩慢に移動し、正方向に急峻に移動するため、移動体１６は駆動軸１５に対して負方向にすべり移動する。

移動体１６に保持されたＸ軸調芯レンズ３の変位に対し、パワーモニタ１２の変位出力は、図９に示すように、ガウス分布を示す。変位出力がピークとなる位置の近傍では、正負の静動駆動電圧に対応するパワーモニタ１２の変位出力の差分（位相検波出力）は、レーザ光の第二次高調波発生素子５に対する芯ずれ量に略比例する。このため、図１０に示すように、正負の静動駆動電圧によるパワーモニタ１２の変位出力の差分に所定の係数を乗じることで、パワーモニタ１２の変位出力が最大となる位置に移動体１６を移動させるために、Ｘ軸アクチュエータ８に印加すべき移動駆動電圧のパルス数を算出できる。

ここで、移動駆動電圧は、圧電素子１４および駆動軸１５のＸ方向の圧縮に対する共振周波数の７０％程度のデューティ比約７０％または３０％の矩形波とすることで、移動体部材１６を駆動軸１５に対して滑り変位させやすくなる。また、静動駆動電圧は、圧電素子１４および駆動軸１５のＹ方向の曲げに対する共振周波数より低い周波数のデューティ比５０％の１周期の矩形波とすることで、移動体１６をＸ方向前後に１度ずつ、静動駆動電圧の振幅に応じた一定量だけ精密に微小変位させることができる。

尚、圧電素子１４および駆動軸１５のＹ方向の曲げによる横揺れの共振周波数は、Ｘ方向の圧縮による縦揺れの共振周波数に比べて十分に小さく、例えば１／１００程度に設定され、静動駆動電圧の周波数は、移動駆動電圧の周波数に比べて非常に低く、移動体１６を駆動軸１５に対して滑り変位させないようになっている。

レーザモジュール１は、このように、Ｘ軸アクチュエータ８によって、レーザ光を第二次高調波発生素子５に対してＸ方向に調芯するのと同様に、Ｙ軸アクチュエータ１０によって、レーザ光を第二次高調波発生素子５に対してＹ方向にも調芯する。

さらに、図１１および図１２に、本発明の第２実施形態のレーザモジュール１のＸ軸アクチュエータ８の構成を示す。本実施形態のレーザモジュール１は、図示するＸ軸アクチュエータ８およびＸ軸アクチュエータ８と略同じ構成のＹ軸アクチュエータ１０以外は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は省略する。本実施形態のＸ軸アクチュエータ８のカラー１７は、圧電素子１４および駆動軸１５の接合部の３辺と接し、１辺を開放するコの字型に形成されている。

本実施形態では、圧電素子１４および駆動軸１５の１面が開放されているので、浸透性の高い接着剤Ｇを使用しても、非接合部に接着剤Ｇが回り込むことがなく、非接合部を確実に残すことができる。このため、カラー１７の接合部と非接合部とを設計どおりに区分でき、静動駆動電圧の印加によって、駆動軸１５を正確にＹ方向に傾斜させられる。また、アクチュエータ８は、圧電素子１４および駆動軸１５を、カラー１７の開放部から挿入して組み立てることができるので、製造が簡単である。

図１３および図１４に、本実施形態のＸ軸圧電アクチュエータ８の静動駆動電圧によるＹ方向の変位のシミュレーション結果を示す。図１３は、圧電素子１４に＋３Ｖを印加した場合、図１４は、圧電素子１４に−３Ｖを印加した場合である。尚、これら図では、シミュレーションの都合上、駆動軸１５の先端を上に配置してある。また、図において、濃い色で表示されている部分はＹ方向にプラス変位し、薄い色で表示されている部分はＹ方向にマイナス変位している。本実施形態では、駆動軸１５の先端部は、図１３では＋５．６ｎｍ、図１４では−５．６ｎｍ、Ｙ方向に変位した。

図１５および図１６に、本発明の第３実施形態のＸ軸アクチュエータ８の構成を示す。本実施形態のＸ軸アクチュエータ８は、第２実施形態のアクチュエータにおいて、圧電素子１４の側部を非接着としたものである。つまり、本実施形態において、圧電素子１４は、矩形の外周形状の中の一片のみがカラー１７と接着され、他の３辺がカラー１７に非接着となっている。

図１７および図１８に、本実施形態のＸ軸圧電アクチュエータ８の静動駆動電圧によるＹ方向の変位を示す。図１７は、圧電素子１４に＋３Ｖを印加した場合、図１８は、圧電素子１４に−３Ｖを印加した場合である。本実施形態では、駆動軸１５の先端部は、図１７では＋９．７ｎｍ、図１８では−９．７ｎｍ、Ｙ方向に変位した。つまり、矩形形状の圧電素子１４の側辺をカラー１７によって拘束した第２実施形態に比べて、矩形形状の圧電素子１４の側辺を拘束しないことによって、駆動軸１５の傾斜およびそれによるＸ軸調芯レンズ３の変位を大きくできている。

但し、第３実施形態では、第２実施形態に比べて、カラー１７の圧電素子１４に対する保持力が小さいので、外部からの衝撃などに対して、接着剤Ｇが剥離して、圧電素子１４がカラー１７から脱離し易くなるの、耐衝撃性が低下することに留意が必要である。

そこで、図１９に、第３実施形態の耐衝撃性を補った、本発明の第４実施形態のＸ軸アクチュエータ８の構成を示す。本実施形態では、カラー１７によって、矩形形状の圧電素子１４の上辺を、ヤング率の大きい、例えばエポキシ系の接着剤Ｇ１を介して保持し、矩形形状の圧電素子１４の側辺を、ヤング率の小さい、例えばシリコン系の接着剤Ｇ２を介して保持する。ヤング率の小さい接着剤Ｇ２は、圧電素子１４に対する拘束力が弱く、伸縮層１４ａの伸縮を許すため、駆動軸１５の傾斜およびそれによるＸ軸調芯レンズ３の変位を阻害しない。しかしながら、ヤング率の小さい接着剤Ｇ２は、Ｘ軸アクチュエータ８に衝撃が作用したときには、圧電素子１４がカラー１７から脱離しないように保持することができる。

さらに、図２０および図２１に、本発明の第５実施形態のＸ軸アクチュエータ８の構成を示す。本実施形態のカラー１７は、圧電素子１４および駆動軸１５の接合部の１辺にのみ接する角柱状をしている。よって、矩形の圧電素子１４および駆動軸１５の接合部は、１辺のみがカラー１７に接合されている。駆動軸１５は、カラー１７と接合されている方向に先端が傾斜するので、圧電素子１４および駆動軸１５がカラー１７と接合されている側にＸ軸調芯レンズ３の光学中心Ｐがオフセットされていれば、正の静動駆動電圧によって、光学中心Ｐが圧電素子１４から遠ざかる方向に移動する。仮に、Ｘ軸調芯レンズ３の光学中心Ｐが、圧電素子１４および駆動軸１５がカラー１７と接合されていない側にオフセットされていれば、正の静動駆動電圧によって、光学中心Ｐは圧電素子１４に近づく方向に移動する。

さらに、図２２に、本発明の第６実施形態のＸ軸アクチュエータ８の構成を示す。本実施形態では、積層構造型の圧電素子１４および駆動軸１５は、円柱形状をなし、カラー１７には、圧電素子１４および駆動軸１５が嵌合する円形の嵌合穴１７ａが形成されている。カラー１７と圧電素子１４とは、約半周がヤング率の高い接着剤Ｇ１によって接着され、残る約半周がヤング率の低い接着剤Ｇ２によって接着されている。

本実施形態の構成においても、カラー１７によって圧電素子１４の寸法変位を断面中心から見て不均衡になるように拘束し、圧電素子１４の歪んだ変形をもたらし、駆動軸１５を傾斜させることができる。

このような円柱型の圧電素子１４を用いる場合にも、図２３に示す本発明の第７実施形態のＸ軸アクチュエータ８のように、カラー１７を圧電素子１４の外周の一部分を非接着としてもよい。また、圧電素子１４の外周形状にかかわらず、ヤング率の異なる３種類以上の接着剤を用いてもよい。また、接着剤の層の厚みを部分的に異ならせることによって、実質的に、カラー１７の圧電素子１４に対する拘束力を不均衡にしてもよい。

さらに、本発明において、図２４および図２５に示す本発明の第８実施形態および第９実施形態のＸ軸アクチュエータ８のように、カラー１７は、圧電素子１４のいずれの位置を保持してもよい。但し、カラー１７が圧電素子１４を保持する位置が駆動軸１５から遠くなると、移動駆動電圧を印加したときの圧電素子１４の伸縮に応じてカラー１７および接着剤Ｇ作用する駆動軸１５、移動体１６および調芯レンズ３の慣性による反力が大きくなることに注意が必要である。

また、図２６に示す本発明の第１０実施形態のように、圧電アクチュエータ８は、カラー１７によって筐体等に固定するのではなく、圧電素子１４の駆動軸１５と反対側の端部を、好ましくは錘１８を介して、筐体等に固定してもよい。この場合、圧電素子１４の両側の端面の相対角度に応じて駆動軸１５の傾斜角度が決まるので、カラー１７を筐体等に固定する場合よりも、駆動軸１５の傾斜角度が大きくなる。つまり、本実施形態では、レンズ３の光学中心ＰのＹ方向の変位量を大きくできる。

Claims (14)

1. 伸縮層と電極層とを交互に積層した積層型圧電素子と、前記圧電素子の伸縮方向の端部に一端が固定された駆動軸と、前記駆動軸に摩擦係合する移動体と、前記圧電素子の外周に接着されたカラーとを有し、
   前記カラーは、複数の前記伸縮層に対して、前記伸縮層に対する拘束力が前記圧電素子の前記伸縮方向に垂直な断面中心から見て不均衡になるように接着されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記カラーは、前記伸縮層の外周の一部分と非接着であることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記カラーは、部分的にヤング率の異なる接着剤によって前記伸縮層に接着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記圧電素子の外周の形状が矩形であり、前記外周の１辺が前記カラーと接着されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記圧電素子の外周の形状が矩形であり、前記外周の３辺が前記カラーと接着されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記圧電素子の外周の形状が円形であり、前記カラーは、前記圧電素子の約半周に接着されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
7. 前記カラーは、前記圧電素子の断面中心から見て少なくとも一部が開放していることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
8. 前記カラーは、前記圧電素子および前記駆動軸が嵌合する穴を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
9. 前記カラーは、前記圧電素子および前記駆動軸の接合部を支持することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
10. 前記移動体は、作用点が、前記圧電素子の断面中心から見て前記カラーによる拘束力が最も不均衡となる方向に、前記駆動軸からずれていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
11. 請求項１から１０のいずれか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の前記圧電素子に対して、前記移動体をすべり移動させるように、前記圧電アクチュエータの前記駆動軸を非対称に往復移動させる周期的な移動駆動電圧、および、前記移動体がすべり移動しないように前記駆動軸を緩慢に移動させる静動駆動電圧を印加可能な駆動回路とを有することを特徴とする駆動装置。
12. 前記静動駆動電圧は、前記移動駆動電圧よりも周波数の低い周期的な電圧であることを特徴とする請求項１１に記載の駆動装置。
13. 請求項１１または１２に記載の駆動装置と、
    前記駆動装置の前記移動体が所定の位置にあるときに最大値を示し、前記所定の位置から遠くなる程小さくなる変位出力を出力する変位検出手段とを有し、
    前記駆動装置の前記駆動回路は、前記静動駆動によって前記移動体を移動させたときの前記変位出力の変化に基づいて、前記変位出力が最大となるように、前記移動駆動電圧の印加量を定める制御手段を有することを特徴とする位置決め装置。
14. 請求項１３に記載の位置決め装置と、レーザ光を受光して出力する受光部材とを有し、
    前記位置決め装置の前記変位検出手段は、前記受光部材の出力を検出するセンサであり、
    前記位置決め装置の前記移動体は、前記レーザ光を前記受光部材に対して位置決めする光学部材であることを特徴とするレーザモジュール。