JP5326244B2

JP5326244B2 - 圧電素子を用いた駆動装置及びその駆動方法

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Publication number: JP5326244B2
Application number: JP2007231357A
Authority: JP
Inventors: 桂輔佐藤; 一典山中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2027-09-06
Also published as: JP2009065777A

Description

本発明は、圧電素子を用いた駆動装置及びその駆動方法に関し、より詳しくは、駆動部材を介して被駆動体を動かす圧電素子を用いた駆動装置及びその駆動方法に関する。

圧電素子を用いた駆動装置は、精密な位置制御と小型化を実現できるため、盛んに用いられている。圧電素子を用いた駆動装置では、圧電素子の変位を直接利用するものと、駆動部材を介して間接的に利用するものとがある。圧電素子の変位を直接利用する装置は、例えば積層型アクチュエータやバイモルフ型アクチュエータが挙げられる。これらは、得られる変位量は小さいが、駆動力が大きい。一方、駆動部材を介して間接的に圧電素子の変位を利用する装置は、例えば超音波モータが挙げられる。これは、変位量は大きいが、駆動力は小さい。

超音波モータは、例えば、特許文献１のようなスムーズインパクト方式のものが挙げられる。その主要な構成を記載した図９に示すように、駆動軸（駆動部材）３が圧電素子２の伸縮面に垂直な方向に設けられている。駆動軸３は、一端が伸縮面に常に当接するように圧電素子１の伸縮面の反対側から付勢力が与えられている。圧電素子２に電圧が印加されることにより圧電素子２が伸縮し、それに伴って駆動軸３が軸方向に往復移動するようになっている。被駆動体４はばねを用いて駆動軸３に取り付けられており、駆動軸３の往復移動にしたがって変位するようになっている。
特開平８−１４９８６０号公報

ところで、近年、低温で使用可能な圧電素子を用いた駆動装置が望まれており、駆動装置の更なる小型化と効率化が望まれている。

特許文献１の超音波モータでは、更なる小型化を図るため、駆動装置全体を小さく、したがって圧電素子２を小さくする必要がある。しかし、圧電素子を小さくすると変位量が小さくなり、所定の変位量を得るために、電圧印加回数を大幅に増加することが必要になる。ところが、電圧印加回数が増加すると、圧電素子の疲労が加速するため、駆動装置の信頼性が低下する。また、特許文献１の超音波モータでは、被駆動体４の応力が直接圧電素子２の当接部に加わるため、駆動可能な被駆動体４の重さが、圧電素子２の小型化に伴って制限されるようになる。

本発明は、駆動可能な被駆動体の重さを維持し、或いはさらに増しつつ、小型化が可能な圧電素子を用いた駆動装置及びその駆動方法を提供することを目的とするものである。

本発明の一観点によれば、電気的作用により伸縮し、該伸縮方向に平行な平面を有する圧電素子と、前記圧電素子の伸縮方向に平行な平面上に載置され、かつ前記圧電素子の伸縮方向の前端に固定された第１摩擦部材と、前記第１摩擦部材の上面に当接するように載置され、被駆動体を駆動する駆動部材と、前記圧電素子の伸縮方向の後端を固定する固定部材と、前記駆動部材の上面に当接するように載置された第２摩擦部材と、前記第２摩擦部材を介して前記駆動部材を前記第１摩擦部材に向けて押圧する押圧機構部とを有することを特徴とする圧電素子を用いた駆動装置が提供される。

本発明の圧電素子を用いた駆動装置によれば、圧電素子の伸縮方向に平行な平面上に第１摩擦部材を介して駆動部材が載置されているため、圧電素子の伸縮面に駆動部材の長手方向の後端が当接していた従来の駆動装置に比べて、伸縮方向について駆動装置を小型化することができる。また、圧電素子は駆動部材の底面を介してより広い面積で駆動部材を支えることになるため、駆動部材を介して被駆動体から受ける応力が分散される。これにより、駆動できる被駆動体の重さを維持し、或いはさらに増すことができる。

本発明の他の一観点によれば、上記圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法であって、電圧を漸次増加して前記圧電素子を徐々に伸長させ、これに伴い前記第１摩擦部材を緩やかに前進させることにより、前記第１摩擦部材から前記駆動部材に摩擦力を作用させて前記駆動部材を前進させ、前記電圧を急激に減少して前記圧電素子を急速に短縮させ、これに伴い前記第1摩擦部材を急速に後退させることにより、前記駆動部材が前記第１摩擦部材から受ける摩擦力を低減して前記第１摩擦部材のみを後退させるとともに、前記駆動部材をそのままの位置に保持することを特徴とする圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法が提供される。

本発明の圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法によれば、駆動部材の下面に当接して圧電素子の伸縮にしたがって移動する第１摩擦部材を有し、駆動部材の上面は押圧機構部により押圧されている駆動装置を用いている。このような構成の駆動装置では、圧電素子を緩やかに増加させて第１摩擦部材を緩やかに前進させることにより、駆動部材に第１摩擦部材からの摩擦力を作用させて、駆動部材を押圧機構部の押圧力に抗して前進させることができる。一方、圧電素子を急速に伸縮させて第１摩擦部材を急速に移動させることにより駆動部材が第１摩擦部材から受ける摩擦力を押圧機構部の押圧力より小さくして、駆動部材をそのままの位置に保持するとともに、第１摩擦部材だけを後退させることができる。

圧電素子の伸縮は圧電素子に印加する駆動電圧に追随するため、駆動電圧を漸次増加させ、その後急激に減少させることにより、駆動部材を前進させることができる。なお、上記とは逆に、駆動電圧を急激に増加させ、その後漸次減少させることにより、前進させた駆動部材を後退させることができる。

本発明の圧電素子を用いた駆動装置によれば、駆動装置を小型化し、かつ駆動できる被駆動体の重さを維持し、或いはさらに増すことができる。

本発明の圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法によれば、駆動電圧を印加することにより、自在に駆動部材を前進或いは後退させることができる。したがって、駆動電圧を細かく制御することにより被駆動体を細かく移動させることができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。

（圧電素子を用いた駆動装置）
（１）第１の実施形態
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置（アクチュエータ）１０１ａを示す断面図である。

圧電素子を用いた駆動装置１０１ａは、図１（ａ）に示すように、上面が伸縮方向（紙面の左右方向）に平行な平面となっている圧電素子１１と、圧電素子１１の上面に載置され、かつ圧電素子１１の伸縮方向の前端（圧電素子１１の上面右端）に接着剤等により固定された第1摩擦部材１３と、第1摩擦部材１３の上面に当接するように載置され、図示しない被駆動体を駆動する駆動体（駆動部材）１４と、駆動体１４の上面に当接するように載置された第２摩擦部材１５とで構成された積層構造を備えている。

駆動装置１０１ａは、さらに、側面の一つが開放された筐体（固定部材）１７を備え、上記した積層構造は、筐体１７の開放側面から駆動体１４の前方先端が突き出るように筐体１７内に収納されている。圧電素子１１は後端（圧電素子１１の下面左端）が接着剤等により筐体１７に固定され、該固定箇所を基準として伸縮する。さらに、積層構造の上部にばね（第１支持部材：押圧機構部）１６が設けられており、駆動体１４に対して第２摩擦部材１５を押圧し、さらに第1摩擦部材１３に対して駆動体１４を押圧している。上記構成要素を含む駆動装置１０１ａは、例えば長さ３mm、幅２mm、高さ５mmとなる大きさで作製される。

駆動装置１０１ａは、さらに、圧電素子１１を駆動するための電圧を供給する電源（不図示）を備えている。電源は、図５に示すような立上りが緩やかに増加し、立下りが急峻に減少する三角波状の電圧、及び図７に示すような立上りが急峻に増加し、立下りが緩やかに減少する三角波状の電圧を供給する。又は、これに加えて、直流電圧を供給する電源を備えていてもよい。

次に、駆動装置１０１ａを構成する各要素についてより詳しく説明する。

圧電素子１１は伸縮方向を長手方向とする細長い形状を有し、材料は、例えば、Pb(Ni,Nb)O₃、PbTiO₃、又はPbZrO₃を主成分とする化合物が用いられる。これらの材料は室温で大きな圧電定数を示すこと、及び８０Ｋ以下の低温においても圧電性を有することが知られている。圧電素子１１の長手方向に交差する両端面に電極１２ａ、１２ｂが設けられており、電極１２ａ、１２ｂに圧電素子１１を駆動するための電圧を供給する電源が接続される。圧電素子１１は電極１２ａ、１２ｂに印加する電圧（電気的作用）に追随して長手方向（紙面の右方向）に伸長する。圧電素子１１の伸長量は圧電素子１１に印加する電圧値により制御できる。すなわち、印加電圧値に応じて圧電素子１１を伸縮させることができる。なお、電圧の印加を止めることにより圧電素子１１は長手方向（紙面の左方向）に短縮して元の長さに戻る。

第１摩擦部材１３は、伸縮方向を長手方向とする細長い形状を有し、圧電素子１１とほぼ同じ長さ及び幅を有する。材料として、加工精度などの観点から金属又は金属合金、例えばステンレス合金、アルミニウム合金などを用いることができる。第1摩擦部材１３は、圧電素子１１の伸縮方向の前端で圧電素子１１に固定されているため、圧電素子１１の伸縮にしたがって伸縮方向に前進し、又は後退する。

駆動体１４は、伸縮方向を長手方向とする細長い形状を有し、圧電素子１１よりも長い長さで、圧電素子１１とほぼ同じ幅を有する。駆動体１４の材料は金属を用いることができるが、摩擦部材１３、１５との焼付けを防止するため、金属以外の材料、例えば、石英ガラス、ソーダガラスを用いてもよい。駆動体１４は第１摩擦部材１３の上面に当接するように載置されているため、第１摩擦部材１３との当接面で摩擦力を受ける。

第２摩擦部材１５は、伸縮方向を長手方向とする細長い形状を有し、圧電素子１１とほぼ同じ長さ及び幅を有する。材料として、金属又は金属合金、例えばステンレス合金、アルミニウム合金などが用いられる。第２摩擦部材１５が駆動体１４の上面に当接するように載置されているため、駆動体１４は第２摩擦部材１５との当接面で摩擦力を受ける。

ばね１６は、積層構造の最上部の第２摩擦部材１５上に設けられている。ばね１６は、一端が第２摩擦部材１５と接触し、他端が筐体１７に固定されている。ばね１６の一端は第２摩擦部材１５に固定されていてもよいし、或いは単に接触するだけでもよい。ばね１６が第２摩擦部材１５に接触するだけでも、ばね１６の付勢力によりばね１６を第２摩擦部材１５から容易に外れなくすることが可能である。

（変形例）
図１（ｂ）は、第1の実施形態の変形例に係る圧電素子を用いた駆動装置１０１ｂの構成を示す断面図である。

図１（ｂ）に示す圧電素子を用いた駆動装置１０１ｂでは、図１（ａ）の圧電素子を用いた駆動装置１０１ａと比較して、第２摩擦部材が省略されて、ばね１６が駆動体１４に接し、第1摩擦部材１３に対して直接駆動体１４を押圧する構成となっている。

以上のような本発明の第１の実施形態及び変形例に係る圧電素子を用いた駆動装置１０１ａ、１０１ｂによれば、圧電素子１１の伸縮方向に平行な平面上に第１摩擦部材１３を介して駆動部材１４が載置されているため、圧電素子の伸縮面に駆動部材の長手方向の後端が当接していた従来の駆動装置（図９参照）に比べて、伸縮方向で駆動装置１０１ａ、１０１ｂを小型化することができる。

また、圧電素子１１は駆動部材１４の底面を介してより広い面積で駆動部材１４を支えているため、駆動部材１４を介して被駆動体から受ける応力が分散される。これにより、駆動できる被駆動体の重さを維持し、或いはさらに増すことができる。

（２）第２の実施形態
図２（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の構造について示す断面図である。

図２（ａ）の圧電素子を用いた駆動装置１０１ｃにおいて、図１（ａ）、（ｂ）と異なるところは、ばねの代わりに、非弾性体からなる第２支持部材１８が用いられている点である。第２支持部材１８の一端は第２摩擦部材１５に当接されている。第２支持部材１８の他端は、筐体１７上部に形成された貫通穴１７ａに挿入され、貫通穴１７ａを通して外に突き出ている。そして、外に突き出た第２支持部材１８の他端は筐体１７上部に固定された板ばね（付勢部材）１９により付勢力が与えられ、第２支持部材１８の一端が第２摩擦部材１５を押圧するようになっている。第２支持部材１８は第２摩擦部材１５と同じ材料を用いることができる。また、第２支持部材１８と第２摩擦部材１５とを一体的に形成してもよい。

（変形例）
図２（ｂ）は、第２の実施形態の変形例に係る圧電素子を用いた駆動装置１０１ｄの構造について示す断面図である。

図２（ｂ）に示す圧電素子を用いた駆動装置１０１ｄでは、図２（ａ）の圧電素子を用いた駆動装置１０１ｃと比較して、第２摩擦部材１５が省略されて、第２支持部材１８が第１摩擦部材１３に対して直接駆動体１４を押圧する構成となっている。

以上のような本発明の第２の実施形態及び変形例に係る圧電素子を用いた駆動装置１０１ｃ、１０１ｄによれば、圧電素子１１の伸縮方向に平行な平面上に第１摩擦部材１３を介して駆動部材１４が載置されているため、圧電素子の伸縮面に駆動部材の長手方向の後端が当接していた従来の駆動装置に比べて、伸縮方向で駆動装置１０１ｃ、１０１ｄを小型化することができる。

（３）第３の実施形態
図３は、本発明の第３の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置１０１ｅの構造について示す斜視図である。

この駆動装置１０１ｅにおいて、駆動装置１０１ａ〜１０１ｄと異なるところは、複数の圧電体１１ａが電極１２ａ、１２ｂを交互に挟み、積層されてなる圧電素子１１を用いている点である。この圧電素子１１は電圧を印加することにより積層方向に伸縮する。第１摩擦部材１３は、圧電素子１１の伸縮方向に平行な平面、言い換えれば積層方向に平行な側面に当接するように載置され、かつ圧電素子１１の伸縮方向の前端で圧電素子１１に固定されている。駆動体１４は、第１摩擦部材１３の上面に当接するように載置され、第１摩擦部材１３との当接面で第１摩擦部材１３から摩擦力を受ける。なお、図中、符号２０ａ、２０ｂはそれぞれ電極１２ａ、１２ｂと接続された電極端子である。

さらに、図示してはいないが、図３に示す駆動装置１０１ｅの構成要素は図１（ｂ）又は図２（ｂ）に示すような筐体１７に収納されている。さらに、駆動体１４の上に、図１（ｂ）に示すように取り付けられたばね１６、又は図２（ｂ）に示すように取り付けられた第２支持部材１８及び板ばね１９を有し、第１摩擦部材１３に対して駆動体１４が押圧される。

（変形例）
図３の駆動装置１０１ｅには変形例がある。すなわち、図１（ａ）又は図２（ａ）と同様に、図３の駆動装置１０１ｅの駆動体１４の上にさらに第２摩擦部材１５を設けてもよい。

以上のような本発明の第３の実施形態及び変形例に係る圧電素子を用いた駆動装置１０１ｅによれば、圧電素子１１の伸縮方向に平行な平面上に第１摩擦部材１３を介して駆動部材１４が載置されているため、圧電素子の伸縮面に駆動部材の長手方向の後端が当接していた従来の駆動装置に比べて、伸縮方向で駆動装置１０１ｅを小型化することができる。

（圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法について説明する。説明には、第１の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置１０１ａを用いる。

最初に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び図５を参照して、駆動体１４を所定の位置まで前進させる方法について説明する。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第４の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法について示す断面図（その１）である。図５は、図４の駆動方法に適用される電圧の印加方法について示す図（その１）である。

まず、図４（ａ）に、圧電素子１１に電圧を印加する前（図５の（ａ））の駆動装置１０１ａの状態を示す。

この状態から、図５の（ｂ）に示すように、電極１２ａ、１２ｂに電圧を印加し、電圧を徐々に増加させて圧電素子１１を徐々に伸長させる。このとき、第１摩擦部材１３は圧電素子１１に固定されているため、圧電素子１１の伸長に追随して緩やかに前進する。さらに、第１摩擦部材１３の前進が緩やかであるため、駆動体１４は第１摩擦部材１３から摩擦力を受けて第1摩擦部材１３とともに前進する。この様子を図４（ｂ）に示す。

次いで、図５の（ｃ）に示すように、電圧を急激に減少させて圧電素子１１を急速に短縮させる。このとき、第１摩擦部材１３は圧電素子１１に固定されているため、圧電素子１１の短縮に追随して急速に後退するが、第１摩擦部材１３の後退が急速であるため、駆動体１４は第１摩擦部材１３から受ける摩擦力が小さい。一方で、駆動体１４は、ばね１６により押圧された第２摩擦部材１５により大きな摩擦力を受けている。このため、第１摩擦部材１３だけが後退し、駆動体１４はそのままの位置に止まる。この様子を図４（ｃ）に示す。

次に、同じように電圧を印加して、駆動体１４のみを前進させる。これを繰り返して、駆動体１４を所望の距離前進させることができる。

なお、増減する電圧に加えて直流電圧を印加してもよい。直流電圧を印加すると、直流電圧値に応じて圧電素子１１の長さが変化し、かつ一定の直流電圧を印加している間はその長さが一定に保たれる。したがって、増減する電圧に加えて直流電圧を印加することにより駆動体１４の移動量を微調整することが可能である。

次に、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び図７を参照して、上記のように所定の位置まで前進した駆動体１４を後退させて元の位置に戻す方法について説明する。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第４の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法について示す断面図（その２）である。図７は、図６の駆動方法に適用される電圧の印加方法について示す図（その２）である。

まず、図６（ａ）に、図７の（ａ）の電圧を印加する前の駆動装置１０１ａの状態を示す。図６（ａ）は、図４（ｃ）に対応し、駆動体１４が前進した状態であって駆動電圧が印加されていない状態を示す。

この状態から、図７の（ｂ）に示すように、電極１２ａ、１２ｂに電圧を印加し、電圧を急激に増加させて圧電素子１１を急速に伸長させる。このとき、第１摩擦部材１３は圧電素子１１に固定されているため、圧電素子１１の伸長に追随して急速に前進するが、第１摩擦部材１３の前進が急速であるため、駆動体１４が受ける第１摩擦部材１３からの摩擦力は小さい。一方で、駆動体１４は、ばね１６により押圧された第２摩擦部材１５により大きな摩擦力を受けている。このため、第１摩擦部材１３だけが前進し、駆動体１４はそのままの位置に止まる。この様子を図６（ｂ）に示す。

次いで、電圧を徐々に増加させて圧電素子１１を徐々に短縮させる。このとき、第１摩擦部材１３は圧電素子１１に固定されているため、圧電素子１１の短縮に追随して徐々に後退する。さらに、第１摩擦部材１３の後退が緩やかであるため、第１摩擦部材１３から駆動体１４に摩擦力が作用して第１摩擦部材１３とともに駆動体１４が緩やかに後退する。この様子を図６（ｃ）に示す。

なお、駆動体１４の前進位置が元の位置からさらに遠く、一サイクルの駆動電圧印加による後退では駆動体１４を元の位置に戻せない場合、上記方法を繰り返して、駆動体１４を所望の距離後退させることにより元の位置に戻すことができる。

（他の圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法）
なお、他の圧電素子を用いた駆動装置１０１ｂ乃至１０１ｄについても、上記と同じようにして、駆動させることができる。

例えば、第２摩擦部材を省略し、ばね１６により直接駆動体１４を押圧している駆動装置１０１ｂ（図１（ｂ）参照）では、ばね１６による押圧力をさらに強めるか又はばね１６の一端を駆動体１４に固定することで、図４（ｂ）や図６（ｃ）に示す、圧電素子１１を緩やかに伸縮させて、それに追随して駆動体１４を移動させるような駆動、及び、図４（ｃ）や図６（ｂ）に示す、圧電素子１１を急速に伸縮させて、駆動体１４の位置をそのまま保持しつつ圧電素子１１及び第１摩擦部材１３だけを移動させるような駆動を行うことができる。

第２支持部材１８及び板ばね１９を用いた駆動装置１０１ｃ（図２（ａ）参照）では、第２支持部材１８を第２摩擦部材１５に接触させるだけで第２支持部材１８に適度な付勢力を与えておく。これにより、図４（ｂ）や図６（ｃ）に示す駆動を行う場合、第２支持部材１８の押圧力に抗して第２摩擦部材１５及び駆動体１４を移動させることができる。さらに、図４（ｃ）や図６（ｂ）に示す駆動を行う場合には、第２支持部材１８と第２摩擦部材１５との間の摩擦力及び駆動体１４と第２摩擦部材１５との間の摩擦力が、第１摩擦部材１３と駆動体１４との間の摩擦力よりも大きくなり、圧電素子１１及び第１摩擦部材１３だけを移動させることができる。

第２摩擦部材を省略し、第２支持部材１８及び板ばね１９により直接駆動体１４を押圧している駆動装置１０１ｄ（図２（ｂ）参照）では、第２支持部材１８による押圧力をさらに強めることにより、図４（ｂ）や図６（ｃ）に示す駆動、及び図４（ｃ）や図６（ｂ）に示す駆動を行うことができる。

また、圧電素子を用いた駆動装置１０１ｅ（図３参照）についても、上記と同じようにして、図４（ｂ）や図６（ｃ）に示す駆動、及び図４（ｃ）や図６（ｂ）に示す駆動を行わせることができる。

以上のように、本発明の第４の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法によれば、駆動電圧を印加することにより、自在に駆動部材１４を前進或いは後退させることができる。したがって、駆動電圧を細かく、かつ正確に制御することにより、被駆動体を細かく移動させることができる。

（圧電素子を用いた駆動装置の適用例）
図８（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の適用例であるディスク型超伝導チューナブルフィルタを示す断面図である。図８（ｂ）は、同じく平面図で、図８（ａ）はＩ−Ｉ線に沿う断面図に相当する。圧電素子を用いた駆動装置は、第２の実施形態の駆動装置１０１ｃを用いる。

ディスク型超伝導チューナブルフィルタ１０２は、図８（ａ）に示すように、筐体２１と、筐体２１内にセットされたMgO基板２３とを有する。MgO基板２３の表面にYBCO膜からなる超伝導パターン２３ａが形成され、裏面全体にYBCO膜２３ｂが形成されている。筐体２１側面には信号入力端子２２ａ及び信号出力端子２２ｂが取り付けられ、筐体２１内に信号が入力され、チューニングされた信号が出力される。

さらに、筐体２１内にはMgO基板２３に対向するようにチューニング用誘電体板２４（被駆動体）が設けられている。チューニング用誘電体板２４はLaAlO₃により作製されている。チューニング用誘電体板２４の外表面に垂直にアルミナ棒２５が取り付けられ、圧電素子を用いた駆動装置１０１ｃの駆動部材１４がそのアルミナ棒（被駆動体）２５に軸を合わせて接続されている。なお、駆動装置１０１ｃに付した符号のうち、図２（ａ）で示した符号と同じ符号は図２（ａ）で示したものと同じものを示す。

このチューナブルフィルタ１０２では、駆動装置１０１ｃを駆動させることにより、駆動部材１４の前進又は後退に応じてチューニング用誘電体板２４を上下させ、チューニング用誘電体板２４とMgO基板２３の間の間隔ｈｓを調整することができる。これにより、超伝導フィルタ周辺の実効誘電率が変化するので、フィルタ特性のチューニングを行うことができる。

以上のような本発明の第５の実施形態のディスク型超伝導チューナブルフィルタ１０２によれば、チューニング用誘電体板２４の駆動装置として、第２の実施形態の駆動装置１０１ｃを用いているので、駆動力が大きく、チューニング用誘電体板２４が比較的重くても駆動することができる。また、駆動装置１０１ｃを小型化することにより、ディスク型超伝導チューナブルフィルタを小型化することができる。

また、駆動電圧を細かく制御することによりチューニング用誘電体板２４を細かく移動させることができるため、きめ細かいチューニングが可能である。

以上、実施の形態によりこの発明の絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。

例えば、第１実施形態において、押圧機構部の弾性体の第１支持部材としてばねを用いているが、これに限られない。その他の弾性体でもよい。

また、第２実施形態において、押圧機構部の非弾性体の第２支持部材として第２摩擦部材と同じ材料、ステンレス合金、アルミニウム合金を用い、付勢部材として板ばねを用いているが、これに限られない。その他の非弾性体の第２支持部材や、その他の付勢部材を用いることができる。

さらに、固定部材として、開放側面を有する筐体１７を用いているが、これに限られない。圧電素子１１の後端を固定でき、押圧機構部により駆動体１４に押圧力を付与できるものであればよい。

また、圧電素子を用いた駆動装置を三角波状の駆動電圧で駆動しているが、これに限られない。種々の印加方法で駆動電圧を印加することができる。

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。

（付記１）電気的作用により伸縮し、該伸縮方向に平行な平面を有する圧電素子と、前記圧電素子の伸縮方向に平行な平面上に載置され、かつ前記圧電素子の伸縮方向の前端に固定された第1摩擦部材と、前記第１摩擦部材の上面に当接するように載置され、被駆動体を駆動する駆動部材と、前記第１摩擦部材に対して前記駆動部材を押圧する押圧機構部と、前記圧電素子の伸縮方向の後端を固定する固定部材とを有することを特徴とする圧電素子を用いた駆動装置。

（付記２）前記押圧機構部は、弾性体からなる第１支持部材で構成され、又は非弾性体からなる第２支持部材と該第２支持部材に付勢力を与える付勢部材とで構成され、前記第１支持部材又は第２支持部材の一端が前記駆動部材に接し、他端が前記固定部材に取り付けられていることを特徴とする付記１に記載の圧電素子を用いた駆動装置。

（付記３）前記駆動部材の上面に当接するように載置された第２摩擦部材を有し、前記押圧機構部は、弾性体からなる第１支持部材で構成され、又は非弾性体からなる第２支持部材と該第２支持部材に付勢力を与える付勢部材とで構成され、前記第１支持部材又は第２支持部材の一端が前記第２摩擦部材に接し、他端が前記固定部材に取り付けられていることを特徴とする付記１に記載の圧電素子を用いた駆動装置。

（付記４）前記圧電素子は、複数の圧電体が積層されてなり、電圧を印加することにより積層方向に伸縮することを特徴とする付記１乃至３の何れか一に記載の圧電素子を用いた駆動装置。

（付記５）前記圧電素子の材料は、Pb(Ni,Nb)O₃、PbTiO₃、又はPbZrO₃を主成分とすることを特徴とする付記１乃至４の何れか一に記載の圧電素子を用いた駆動装置。

（付記６）前記第２摩擦部材の材料は、金属又は金属合金であることを特徴とする付記３記載の圧電素子を用いた駆動装置。

（付記７）前記第１摩擦部材の材料は、金属又は金属合金であることを特徴とする付記１乃至６の何れか一に記載の圧電素子を用いた駆動装置。

（付記８）前記駆動部材の材料は、ガラスであることを特徴とする付記１乃至７の何れか一に記載の圧電素子を用いた駆動装置。

（付記９）前記圧電素子に電圧を供給する電源を有することを特徴とする付記１乃至８の何れか一に記載の圧電素子を用いた駆動装置。

（付記１０）付記１乃至９の圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法であって、電圧を漸次増加して前記圧電素子を徐々に伸長させ、これにしたがって前記第１摩擦部材を緩やかに前進させることにより、前記第１摩擦部材から前記駆動部材に摩擦力を作用させて前記駆動部材を前進させ、前記電圧を急激に減少して前記圧電素子を急速に短縮させ、これにしたがって前記第１摩擦部材を急速に後退させることにより、前記駆動部材が前記第１摩擦部材から受ける摩擦力を低減して前記第１摩擦部材のみを後退させるとともに、前記駆動部材をそのままの位置に保持することを特徴とする圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法。

（付記１１）前記駆動部材をそのままの位置に保持した後に、電圧を急激に増加して前記圧電素子を急速に伸長させ、これにしたがって前記第１摩擦部材を急速に前進させることにより、前記駆動部材が前記第１摩擦部材から受ける摩擦力を低減して前記第１摩擦部材のみを前進させるとともに、前記駆動部材をそのままの位置に保持し、前記電圧を漸次減少して前記圧電素子を徐々に短縮させ、これにしたがって前記第１摩擦部材を緩やかに後退させることにより、前記第１摩擦部材から前記駆動部材に摩擦力を作用させて前記駆動部材を後退させることを特徴とする付記１０記載の圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法。

（付記１２）前記増加し、減少する電圧に加えて、直流電圧を前記圧電素子に印加して前記駆動部材の移動を微調整することを特徴とする付記１０又は１１のいずれか一に記載の圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の構造について示す断面図である。（ｂ）は、その変形例を示す断面図である。（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の他の構造について示す断面図である。（ｂ）は、その変形例を示す断面図である。（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る他の圧電素子を用いた駆動装置の構造について示す斜視図である。（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第４の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法について示す断面図（その１）である。図４の駆動方法に適用される電圧の印加方法について示す図（その１）である。（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第４の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法について示す断面図（その２）である。図６の駆動方法に適用される電圧の印加方法について示す図（その２）である。（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る圧電素子を用いた駆動装置の適用例について示す断面図である。（ｂ）は、同じく平面図である。従来例に係る圧電素子を用いた駆動装置について示す斜視図である。

符号の説明

１１…圧電素子、
１１ａ…圧電体、
１２ａ、１２ｂ…電極、
１３…第１摩擦部材、
１４…駆動体（駆動部材）、
１５…第２摩擦部材、
１６…ばね（第１支持部材：押圧機構部）、
１７…筐体（固定部材）、
１７ａ…貫通穴、
１８…第２支持部材（押圧機構部）、
１９…板ばね（付勢部材：押圧機構部）、
２０ａ、２０ｂ…電極端子、
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅ…圧電素子を用いた駆動装置、
１０２…ディスク型超伝導チューナブルフィルタ。

Claims

電気的作用により伸縮し、該伸縮方向に平行な平面を有する圧電素子と、
前記圧電素子の伸縮方向に平行な平面上に載置され、かつ前記圧電素子の伸縮方向の前端に固定された第１摩擦部材と、
前記第１摩擦部材の上面に当接するように載置され、被駆動体を駆動する駆動部材と、
前記圧電素子の伸縮方向の後端を固定する固定部材と、
前記駆動部材の上面に当接するように載置された第２摩擦部材と、
前記第２摩擦部材を介して前記駆動部材を前記第１摩擦部材に向けて押圧する押圧機構部と
を有することを特徴とする圧電素子を用いた駆動装置。
前記圧電素子は前記伸縮方向を長手方向とし、前記駆動部材は前記伸縮方向を長手方向とすることを特徴とする請求項１記載の圧電素子を用いた駆動装置。
前記押圧機構部は、弾性体からなる第１支持部材で構成され、又は非弾性体からなる第２支持部材と該第２支持部材に付勢力を与える付勢部材とで構成されており、前記第１支持部材又は第２支持部材の一端が前記駆動部材に接し、他端が前記固定部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子を用いた駆動装置。
請求項１〜３の何れか一に記載の圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法であって、
電圧を漸次増加して前記圧電素子を徐々に伸張させ、これにしたがって前記第１摩擦部材を緩やかに前進させることにより、前記第１摩擦部材から前記駆動部材に摩擦力を作用させて前記駆動部材を前進させ、
前記電圧を急激に減少して前記圧電素子を急速に短縮させ、これにしたがって前記第１摩擦部材を急速に後退させることにより、前記第１摩擦部材から受ける摩擦力を低減して前記第１摩擦部材のみを後退させるとともに、前記駆動部材をそのままの位置に保持することを特徴とする圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法。
前記駆動部材をそのままの位置に保持した後に、
電圧を急激に増加して前記圧電素子を急速に伸張させ、これにしたがって前記第１摩擦部材を急速に前進させることにより、前記駆動部材が前記第１摩擦部材から受ける摩擦力を低減して前記第１摩擦部材のみを前進させるとともに、前記駆動部材をそのままの位置に保持し、
前記電圧を漸次減少して前記圧電素子を徐々に短縮させ、これにしたがって前記第１摩擦部材を緩やかに後退させることにより、前記第１摩擦部材から前記駆動部材に摩擦力を作用させて前記駆動部材を後退させることを特徴とする請求項４記載の圧電素子を用いた駆動装置の駆動方法。