JP5742856B2 - 変位部材、駆動部材、アクチュエータ及び駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、変位部材、駆動部材、アクチュエータ及び駆動装置に関する。特に、本発明は、駆動素子を用いた変位部材、それを備える駆動部材、それを備えるアクチュエータ及びそれを備える駆動装置に関する。

従来、小型のアクチュエータとして、圧電素子を用いたアクチュエータが知られている。この圧電素子を用いたアクチュエータの一例が、下記の特許文献１，２に記載されている。

特許文献１には、長さ方向一方側端部が台座に固定された電気機械変換素子と、電気機械変換素子の長さ方向他方側端部に接続された駆動摩擦部材と、駆動摩擦部材に係合した係合部材とを備えるアクチュエータが記載されている。このアクチュエータでは、電気機械変換素子が長さ方向に伸縮することにより駆動摩擦部材が長さ方向に振動する。この際に生じる、駆動摩擦部材と係合部材との間の摩擦力により、係合部材が駆動摩擦部材に対して長さ方向に相対的に移動する。すなわち、特許文献１に記載のアクチュエータでは、電気機械変換素子の伸縮方向と駆動力が発生する方向が平行であり、駆動力の方向と振動変位の方向とが平行である。

一方、特許文献２には、図１４に示す駆動力の方向を変換するアクチュエータ１００が記載されている。アクチュエータ１００は、板状の軸固定部材１０２と、一対の振動板１０３ａ，１０３ｂと、基板１０４と、軸１０１とを備えている。軸固定部材１０２には、軸１０１の一端が接続されている。一対の振動板１０３ａ，１０３ｂは、軸固定部材１０２の両端部を支持し、軸固定部材１０２とは垂直な方向に延びている。基板１０４は、振動板１０３ａ，１０３ｂの軸固定部材１０２とは反対側の端部が固定されている。振動板１０３ａ，１０３ｂには、圧電素子１０５ａ，１０５ｂが固定されている。この圧電素子１０５ａ，１０５ｂの伸縮変形に伴って、軸固定部材１０２とは垂直な方向に延びる振動板１０３ａ，１０３ｂが屈曲変形する。その結果、圧電素子１０５ａ，１０５ｂから発生する駆動力の方向が変換されて軸固定部材１０２が振動変位する。これにより、軸１０１が振動し、係合部材１０６が駆動される。

特許第４１５４８５１号公報 特開２００９−２５４１５４号公報

上記特許文献１に記載されているような駆動力の方向と平行に伸縮する電気機械変換素子では、十分な振動の変位量を得るためには、電気機械変換素子を振動の方向に長くする必要がある。このため、特許文献１に記載されているような電気機械変換素子では、振動変位の方向に沿って小型化することが困難であるという問題がある。

特許文献２に記載の駆動力の方向を変換するアクチュエータ１００においても、大きな変位量を得るためには、屈曲変形量が大きくなるように振動板１０３ａ，１０３ｂを振動変位の方向と平行に延ばす方法がとられる。このため、特許文献２に記載のアクチュエータ１００では、圧電素子１０５ａ，１０５ｂから発生する駆動力の方向を変換した振動変位の方向に沿って小型化することが困難であるという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みて成されたものであり、その目的は、変位部材の小型化を図ることにある。

本発明に係る変位部材は、駆動素子と、変換素子とを備えている。駆動素子は、第１の方向に互いに対向する第１及び第２の端面と、第１の方向に対して垂直な第２の方向に対向する第１及び第２の側面とを有する。駆動素子は、第１の方向に沿って伸縮する。変換素子は、駆動素子の第１の方向に沿った伸縮力を第２の方向に沿った駆動力に変換し、当該駆動力により第２の方向に沿って変位する変位部を有する。変換素子は、弾性を有する。変換素子は、第１〜第５の部分を有する。第１の部分は、第１の側面の上に位置する。第１の部分は、第１の側面から離間した変位部を含む凸部を有する。第２の部分は、第１の部分に接続されている。第２の部分は、第１の端面に当接している。第３の部分は、第１の部分に接続されている。第３の部分は、第２の端面に当接している。第４の部分は、第２の部分に接続されている。第４の部分は、第２の側面に固定されている。第５の部分は、第３の部分に接続されている。第５の部分は、第２の側面に固定されている。第２の側面の実質的に全体が第４及び第５の部分に固定されている。

なお、本発明において、「当接」には、直接当接している場合のみならず、間接的に当接している場合が含まれるものとする。すなわち、「当接」とは、部材間に空隙が存在しないことを意味する。

本発明に係る変位部材のある特定の局面では、第４の部分と第５の部分とが互いに直接固定されている。

なお、本発明において、「実質的に全体」とは、全体の９０％以上のことを意味する。

本発明に係る変位部材の他の特定の局面では、第４の部分と第５の部分とが一体に形成されている。

本発明に係る変位部材の別の特定の局面では、変位部材は、第４及び第５の部分と、第２の側面とを固定している樹脂接着剤層をさらに有する。

本発明に係る変位部材のさらに他の特定の局面では、第２の部分が第１の端面に固定されており、第３の部分が第２の端面に固定されている。

本発明に係る変位部材のさらに別の特定の局面では、第１の部分の実質的に全体が凸部により構成されている。

本発明に係る変位部材のまた他の特定の局面では、変換素子は、第２の部分と第４の部分とを接続しており、第２の側面の第１の端面側の端縁部の上に位置する第６の部分と、第３の部分と第５の部分とを接続しており、第２の側面の第２の端面側の端縁部の上に位置する第７の部分とをさらに有する。第６及び第７の部分のそれぞれは、第２の側面から離間して設けられている。

本発明に係る変位部材のまた別の特定の局面では、駆動素子は、変換素子に嵌合している。

本発明に係る変位部材のさらにまた他の特定の局面では、変換素子は、金属を含む。

本発明に係る駆動部材は、上記本発明に係る変位部材と、変位部材に取り付けられた被変位部材とを備える。

本発明に係る駆動部材のある特定の局面では、被変位部材は、第１の部分と、第４及び第５の部分のうちの少なくとも一方とのうちの少なくとも一方に取り付けられている。

本発明に係る駆動部材の他の特定の局面では、被変位部材は、変位部に取り付けられている。

本発明に係るアクチュエータは、上記本発明に係る駆動部材と、被駆動部材とを備えている。被変位部材は、軸である。被駆動部材は、軸と接触して設けられており、軸が第２の方向に沿って変位した際に、軸との間に生じる摩擦力により、第２の方向に沿って移動するように設けられている。

本発明に係る駆動装置は、上記本発明に係るアクチュエータと、アクチュエータを制御する制御部とを備えている。

本発明によれば、変位部材の小型化を図ることができる。

図１は、第１の実施形態に係る駆動装置の模式的斜視図である。 図２は、第１の実施形態に係る駆動装置の模式的側面図である。 図３は、第１の実施形態における変位部材の略図的側面図である。 図４は、第２の実施形態における変位部材の略図的側面図である。 図５は、第３の実施形態における変位部材の略図的側面図である。 図６は、第４の実施形態における変位部材の略図的側面図である。 図７は、第５の実施形態における変位部材の略図的側面図である。 図８は、第６の実施形態における変位部材の略図的側面図である。 図９は、第７の実施形態における変位部材の略図的側面図である。 図１０は、第８の実施形態に係る駆動装置の模式的側面図である。 図１１は、第９の実施形態における変位部材の略図的側面図である。 図１２は、第１０の実施形態における変位部材の略図的側面図である。 図１３は、第１１の実施形態における圧電素子の略図的斜視図である。 図１４は、特許文献２に記載のアクチュエータの略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る駆動装置の模式的斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る駆動装置の模式的側面図である。

図１及び図２に示すように、駆動装置１は、制御部２と、アクチュエータ３とを備えている。制御部２は、アクチュエータ３を制御する部分である。具体的には、制御部２は、後述するアクチュエータ３の駆動素子としての圧電素子１０に印加する電圧を制御する。圧電素子１０が内部に圧電セラミックスを介して積層された電極を有する積層圧電セラミック素子であることが好ましい。圧電素子１０に印加する電圧が低くでき、かつ大きな変位量を得られるためである。また、圧電セラミックスは比較的剛性が高く、高周波の振動において減衰を少なくできるため、圧電セラミックスを用いた駆動素子を用いることによって、変位部材の共振周波数が高くできる効果を有する。なお、本発明において、駆動素子は、圧電素子に限定されない。本発明において、駆動素子は、電歪素子、磁歪素子、熱変形素子あるいは電磁力や静電気力を用いたリニアモーターであってもよい。

アクチュエータ３は、駆動部材４と、被駆動部材５とを備えている。駆動部材４は、被駆動部材５を駆動させるものである。具体的には、駆動部材４は、被駆動部材５をｚ方向に移動させるものである。ここで、ｚ方向とは、被変位部材としての軸６の変位方向である。

なお、図１及び図２においては、被駆動部材５を矩形板状に描画しているが、被駆動部材はこれに限定されるものではない。本発明において、駆動対象物である被駆動部材は、どのようなものでもあってもよく、例えば単体レンズあるいは組合せレンズ群、撮像素子、絞り機構、光学ミラー、レーザー発光素子、磁気ヘッド、各種センサ素子等であってもよい。

駆動部材４は、ｚ方向に沿って延びる被変位部材である軸６と、変位部材７とを備えている。軸６は、被駆動部材５に形成された貫通孔５ａに挿入されている。軸６は、例えば、カーボン等の比重の小さな材料により形成されていることが好ましい。また、被駆動部材５と軸６とは、相互の摩擦が小さいものであることが好ましい。貫通孔５ａと軸６との係合力を適当にするために、バネ等による加圧機構を設けることが好ましい。

軸６のｚ方向における一方側端部６ａは、変位部材７に取り付けられている。変位部材７は、軸６をｚ方向に沿って変位させるための部材である。

変位部材７は、圧電素子１０と、変換素子２０とを備えている。

本実施形態では、圧電素子１０が伸縮する方向は、ｚ方向に対して垂直なｘ方向である。また、圧電素子１０は、角柱状に形成されている。ここで、「角柱状」には、角部や稜線部の少なくとも一部が面取り状またはＲ面取り状であるものも含まれるものとする。また、角柱状には、直方体状が含まれるものとする。

圧電素子１０は、第１及び第２の端面１０ａ，１０ｂと、第１〜第４の側面１０ｃ〜１０ｆとを有する。第１及び第２の端面１０ａ，１０ｂのそれぞれは、ｚ方向及びｘ方向のそれぞれに対して垂直なｙ方向とｚ方向とに沿って延びている。第１及び第２の端面１０ａ，１０ｂは、ｘ方向において対向している。第１及び第２の側面１０ｃ，１０ｄのそれぞれは、ｘ方向及びｙ方向に沿って延びている。第１及び第２の側面１０ｃ，１０ｄは、ｚ方向において対向している。第３及び第４の側面１０ｅ，１０ｆのそれぞれは、ｘ方向及びｚ方向に沿って延びている。第３及び第４の側面１０ｅ，１０ｆは、ｙ方向において対向している。

図３は、本実施形態における変位部材の略図的側面図である。図３に示すように、圧電素子１０は、圧電層１１を介してｘ方向に互いに対向している第１及び第２の電極１２，１３を複数対備えている。これら第１及び第２の電極１２，１３間に電圧を印加することにより、圧電素子１０をｘ方向に伸縮させることができる。

なお、第１及び第２の電極が複数対設けられている必要は必ずしもない。第１及び第２の電極を一対のみ設けてもよい。また、第１及び第２の電極の対向方向は、伸縮方向であるｘ方向に限定されない。圧電体の分極方向によっては、第１及び第２の電極がｚ方向またはｙ方向に対向するように設けられることもある。

圧電層１１並びに第１及び第２の電極１２，１３の材質は、特に限定されない。圧電層１１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス（ＰＺＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム等のアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスやタンタル酸リチウム等の圧電単結晶等の適宜の圧電体により形成することができる。第１及び第２の電極１２，１３は、例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ等の金属や、Ａｇ−Ｐｄ合金などの合金により形成することができる。

変換素子２０は、鉄、銅、ニッケルなどの金属やステンレス、４２ニッケル鉄、ベリリウム銅、リン青銅、真鍮などの合金に代表されるような弾性体を含む。この変換素子２０は、圧電素子１０のｘ方向に沿った伸縮による駆動力がｚ方向に沿った駆動力となるように駆動力の方向を変換し、その方向の変換された駆動力により、軸６をｚ方向に沿って変位させる素子である。なお、圧電素子１０の駆動方向と、変換素子によって圧電素子１０の駆動力が変換される方向とは、必ずしも垂直でなくともよい。また、本実施形態では、ｘ方向とｚ方向とは垂直であるが、ｘ方向とｚ方向が垂直である必要は必ずしもない。

変換素子２０は、第１〜第７の部分２１〜２７を有する環状である。上記圧電素子１０は、この環状の変換素子２０と嵌合している。本実施形態においては、第１〜第７の部分２１〜２７は、一体に形成されている。すなわち、変換素子２０は、環状である。変換素子２０を環状にすることで、変換素子２０と圧電素子１０とを含む変位部材７の共振周波数を高くすることが容易になる。このため、より周波数の高い、つまり駆動速度の速い変位部材７の振動を得ることが容易になる。さらに、変位部材７の共振周波数付近で圧電素子１０を振動させることで、少ない投入エネルギーで駆動することができる。なお、変換素子２０は、単一の部材により構成されていてもよいし、複数の部材が接合されることにより構成されていてもよい。

第１の部分２１は、第１の側面１０ｃの上に位置している。すなわち、第１の部分２１は、第１の側面１０ｃのｚ方向におけるｚ１側に位置している。第１の部分２１は、凸部２１ａを有する。本実施形態では、第１の部分２１の全体が凸部２１ａにより構成されている。凸部２１ａは、第１の側面１０ｃから離間している。凸部２１ａは、第１の側面１０ｃからｚ方向のｚ１側に突出している。上記軸６は、この凸部２１ａの頂部に取り付けられている。軸６の凸部２１ａへの取り付け方法は特に限定されない。例えば、樹脂接着剤を用いて軸６を凸部２１ａに取り付けてもよいし、変換素子２０と同材質で一体に形成されていてもよい。また、軸６の断面形状は円形、各種多角形あるいは各種組合せ形状等適宜の形状とすることができる。軸６の断面の形状と寸法はｚ方向に沿ってほぼ同一であることが好ましい。

第２の部分２２は、平板状である。第２の部分２２は、第１の端面１０ａの上に位置している。すなわち、第２の部分２２は、第１の端面１０ａのｘ方向のｘ１側に位置している。第２の部分２２のｚ方向ｚ２側の端部は、第２の側面１０ｄよりもｚ２側にまで至っている。第２の部分２２は、第１の端面１０ａに当接している。具体的には、本実施形態では、第１の端面１０ａの実質的に全体が第２の部分２２に当接している。詳細には、図３に示すように、第２の部分２２と第１の端面１０ａとは、樹脂接着剤層３１により接着されており、樹脂接着剤層３１を介して当接している。なお、図１及び図２では、樹脂接着剤層３１及び後述の樹脂接着剤層３２，３３の描画を省略している。

第３の部分２３は、平板状である。第３の部分２３は、第２の端面１０ｂの上に位置している。すなわち、第３の部分２３は、第２の端面１０ｂのｘ方向のｘ２側に位置している。第３の部分２３のｚ方向ｚ２側の端部は、第２の側面１０ｄよりもｚ２側にまで至っている。第３の部分２３は、第２の端面１０ｂに当接している。具体的には、本実施形態では、第２の端面１０ｂの実質的に全体が第３の部分２３に当接している。詳細には、図３に示すように、第３の部分２３と第２の端面１０ｂとは、樹脂接着剤層３２により接着されており、樹脂接着剤層３２を介して当接している。

第４の部分２４は、第２の部分２２に間接的に接続されている。第４の部分２４は、第２の側面１０ｄの上に位置している。すなわち、第４の部分２４は、第２の側面１０ｄのｚ方向のｚ２側に位置している。

一方、第５の部分２５は、第３の部分２３に間接的に接続されている。第５の部分２５は、第２の側面１０ｄの上に位置している。すなわち、第５の部分２５は、第２の側面１０ｄのｚ方向のｚ２側に位置している。

本実施形態では、第４及び第５の部分２４，２５は、一体に形成されている。そして、第４及び第５の部分２４，２５は、樹脂接着剤層３３により第２の側面１０ｄに接着されることにより、固定されている。本実施形態では、第２の側面１０ｄの実質的に全体が樹脂接着剤層３３により第４及び第５の部分２４，２５に固定されている。

第２の部分２２と第４の部分２４とは、第６の部分２６により接続されている。第６の部分２６は、第２の側面１０ｄの第１の端面１０ａ側の端縁部の上に位置している。すなわち、第６の部分２６は、第２の側面１０ｄと第１の端面１０ａとにより構成された稜線部のｚ方向ｚ２側に位置している。第６の部分２６は、第２の側面１０ｄから離間して設けられている。

第３の部分２３と第５の部分２５とは、第７の部分２７により接続されている。第７の部分２７は、第２の側面１０ｄの第２の端面１０ｂ側の端縁部の上に位置している。すなわち、第７の部分２７は、第２の側面１０ｄと第２の端面１０ｂとにより構成された稜線部のｚ方向ｚ２側に位置している。第７の部分２７は、第２の側面１０ｄから離間して設けられている。

なお、本実施形態では、第１または第２の端面１０ａ，１０ｂと第１の側面１０ｃとの間の稜線部が変換素子２０と接触している例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。変換素子は、第１または第２の端面と第１の側面との間の稜線部と変換素子とが接触しないように設けられていてもよい。すなわち、第２及び第３の部分２２，２３が第１または第２の端面１０ａ，１０ｂと第１の側面１０ｃとの間の稜線部と接触しないように設けられていてもよい。

なお、変換素子２０が均一な幅の板状の部材によって閉じた環状構造に形成されるときにおいて、圧電素子１０のｙｚ断面が１ｍｍ程度である場合の板状の変換素子２０の厚みｔは、０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍ程度であることが好ましい。変換素子２０のヤング率は、１００ＧＰａ以上であることが、変位部材の共振周波数を高くでき、振動の減衰を小さくできるため好ましい。変換素子２０のヤング率の好ましい上限は、特に限定されないが、例えば、３００ＧＰａ程度以下とすれば、板状の材料を曲げ加工することなどにより、変換素子２０が容易に成形できる。平面状の第１の部分２１と平面状の第１の側面１０ｃとのなす角の大きさθは、１５°〜４５°程度であることが、圧電素子１０の駆動力を効率よく変換できるため好ましい。圧電素子１０のｚ方向に沿った長さＬ１に対する、圧電素子１０のｘ方向に沿った長さＬ２の比（Ｌ２／Ｌ１）は、０．８〜２程度であることが好ましい。圧電素子１０のｘ方向に沿った長さＬ２に対する第１の部分２１の頂部のｘ方向に沿った長さＬ３の比（Ｌ３／Ｌ２）は、０．３〜０．７程度であることが好ましい。圧電素子１０のｘ方向に沿った長さＬ２に対する第６及び第７の部分２６，２７のそれぞれのｘ方向に沿った長さＬ４の比（Ｌ４／Ｌ２）は、０．０５〜０．２程度であることが好ましい。このようにすることによって、圧電素子１０のｘ方向に沿った伸縮変形が第１の部分２１のｚ方向に沿った変位に変換され、軸６をｚ方向に変位させて、被駆動部材５をｚ方向に沿って移動させることができる。

次に、駆動装置１の動作について説明する。制御部２は、圧電素子１０の第１及び第２の電極１２，１３間に、例えばパルス状の電圧を印加する。これにより、圧電素子１０がｘ方向に沿って伸縮する。

ここで、本実施形態では、第４及び第５の部分２４，２５のそれぞれは、第２の側面１０ｄに固定されている。そして、第２及び第３の部分２２，２３は、第１及び第２の端面１０ａ，１０ｂに当接している。このため、圧電素子１０がｘ方向に伸張すると、第２の部分２２の少なくともｚ方向ｚ１側の部分がｘ１側に変位すると共に、第３の部分２３の少なくともｚ方向ｚ１側の部分がｘ２側に変位する。このため、第２の部分２２のｚ１側の部分と、第３の部分２３のｚ１側の部分との間の間隔が広くなる。その結果、第２及び第３の部分２２，２３に接続されている第１の部分２１の凸部２１ａの曲率が小さくなる。よって、凸部２１ａの頂部がｚ２側に変位する。

一方、圧電素子１０がｘ方向に収縮すると、第２の部分２２の少なくともｚ方向ｚ１側の部分がｘ２側に変位すると共に、第３の部分２３の少なくともｚ方向ｚ１側の部分がｘ１側に変位する。このため、第２の部分２２のｚ１側の部分と、第３の部分２３のｚ１側の部分との間の間隔が狭くなる。その結果、第２及び第３の部分２２，２３に接続されている第１の部分２１の凸部２１ａの曲率が大きくなる。よって、凸部２１ａの頂部がｚ１側に変位する。このように、変換素子２０は、圧電素子１０のｘ方向に沿った伸縮力をｚ方向に沿った駆動力に変換する。そして、第１の部分２１の凸部２１ａは、当該駆動力によりｚ方向に沿って変位する変位部を有する。

圧電素子１０がｘ方向に伸長するとき、圧電素子１０のｘ方向の寸法の中点ではｘ方向の変位は０となり、ｚ方向には収縮して第１の側面１０ｃと第２の側面１０ｄの間隔は若干小さくなろうとする。しかしながら、第２の側面１０ｄは変換素子２０の第４及び第５の部分２４，２５に部分的に固定されていて変換素子２０の拘束を受けるため、第２の側面１０ｄの中心部ではｚ方向の変位も小さくなる。この結果、第１の部分２１のｚ方向への変位量に比較し、第２の側面１０ｄの中心部あるいは第４及び第５の部分２４，２５から成る変換素子下面中心部の変位量は小さくなる。このため、変位部材７の特定の場所に錘を付けたり、強固な筺体を設けて固定するなどの対応をすることなく、変換素子２０の第１の部分２１をｚ方向に変位させることが可能となる。例えば変換素子２０の第４及び第５の部分２４，２５を中心付近で接合し、その部分を下方に延長して、特別な処置をすることなく筺体に固定することができる。

以上のように、圧電素子１０の伸縮に伴って、凸部２１ａの頂部がｚ方向に振動する。これに伴い、軸６もｚ方向に振動する。すなわち、軸６は、ｚ１側への変位と、ｚ２側への変位とを繰り返し行う。この際に、制御部２から圧電素子１０に印加される急峻な電圧波形に応じて変位部材７が急峻に駆動すれば軸６の変位も急速となる。例えば、軸６のｚ１方向への変位速度（単位時間当たりの変位量）が設定以上に高ければ、軸６と接触して設けられている被駆動部材５と軸６との間の摩擦力よりも被駆動部材５に働く慣性力が優位となり、被駆動部材５は軸６上を滑り相対的にｚ２方向に移動する。次に、軸６のｚ２方向への変位速度が設定以下であれば、被駆動部材５と軸６との間の摩擦力が被駆動部材５に働く慣性力よりも優位となり、被駆動部材５と軸６の相対位置は変化しない。これを繰り返すことにより被駆動部材５がｚ２方向に移動する。

以上説明したように、本実施形態の変位部材７は、錘や固定を必要としない。このため、変位部材７を用いることにより、アクチュエータ３の小型化を図ることができる。特に、例えば図１４に示す、振動板１０３ａ，１０３ｂと軸１０１とが軸の駆動方向に沿って配置されており、振動板１０３ａ，１０３ｂの屈曲変形によって軸１０１が駆動方向に変位する従来のアクチュエータ１００と比べて、軸の延びる方向であるｚ方向における寸法を小型化することができる。

ところで、特許文献１に記載のような錘を有するアクチュエータの小型化を図るためには、錘を小型化する必要がある。一方、アクチュエータの変位量を大きくするためには、錘を重くする必要がある。よって、アクチュエータの変位量を大きく保ちつつ、アクチュエータを小型化するためには、高い比重を有する高価な錘を用いる必要がある。このため、アクチュエータのコストが上昇してしまう。またアクチュエータの重量が増加する。また軸、圧電素子、錘の複合体が振動するときに振動の節となる場所は、圧電素子の錘側または錘の圧電素子側付近となり、その節部で筺体に固定するには、ゴム状弾性体などで振動を阻害しないように取り付ける必要があるため、組立作業が困難となりがちである。

それに対して、本実施形態のアクチュエータ３は、高い比重を有する高価な錘を必要としない。従って、アクチュエータ３は、部品点数を削減できるため、製造コストが低くできる。また錘をなくすことで、アクチュエータの重量を軽くできる。さらにまた変換素子２０の下辺中心部の金属などを延長して筺体に固定するなど、組み立てが容易である。

ここで、本実施形態のアクチュエータ３は、従来のアクチュエータ１００よりも制御が容易である。すなわち、従来のアクチュエータ１００では、振動板１０３ａ，１０３ｂが外側に向かって凸状になったときに軸固定部材１０２が下側に凸状に変形しやすく、振動板１０３ａ，１０３ｂが内側に向かって凸状になったときに軸固定部材１０２が上側に凸状に変形しやすい。このため、振動板１０３ａ，１０３ｂが外側及び内側に凸状に変形することによって軸固定部材１０２の全体位置はどちらの場合も下側に移動するが、振動板１０３ａ，１０３ｂの変形が外か内どちらに凸状になるかによって、軸固定部材１０２のたわみ変形方向は上下反対となる。このため、上下方向によって軸の変位挙動が異なることになり、軸の変位量を制御することが難しくなる。従って、軸１０１の振動の制御、具体的には、係合部材１０６を安定して移動させることが困難である。また、振動板１０３ａ，１０３ｂの屈曲変形を利用する場合は、駆動力の発生力が小さくなり、共振周波数が低くなる。この結果、被駆動体が比較的重い場合の適応は困難であり、また駆動パルス周波数は一般に共振周波数以下でないと制御困難となるため、軸変位量と駆動パルス周波数の積で決定される被駆動体の移動速度も制約される。

それに対して、本実施形態では、圧電素子１０の伸縮によって、第１の部分２１が凸状に変形した場合、圧電素子１０の伸縮による第１の部分２１の移動方向と、第１の部分２１自身が凸状に変形することによる変位の方向を一致させることができる。従って、変位部材７の振動の制御および軸６の振動の制御、すなわち、被駆動部材５の移動の制御が容易である。

ところで、例えば、第２及び第３の部分を第１または第２の端面に固定しないことも考えられる。しかしながら、この場合は、圧電素子が収縮した際に第２及び第３の部分が第１または第２の端面から離れてしまう場合がある。このため、圧電素子の収縮力が第１の部分の振動に寄与しない場合がある。その場合は、軸の変位量が小さくなってしまう。

それに対して、本実施形態では、第２及び第３の部分２２，２３が第１または第２の端面１０ａ，１０ｂに固定されている。このため、圧電素子１０が収縮すると、第１及び第２の端面１０ａ，１０ｂと共に、第２及び第３の部分２２，２３が互いに近づく方向に変位する。従って、圧電素子１０の駆動力の方向を変換した方向において、変位部材７および軸６の変位量をより大きくできる。その結果、被駆動部材５の変位量を大きくできると共に、アクチュエータ３の駆動のエネルギー効率を高めることができる。

また、本実施形態では、第２の側面１０ｄが第４及び第５の部分２４，２５に固定されている。しかしながら、変換素子２０の第４及び第５の部分２４，２５が第２の側面１０ｄに固定されていない場合は、例えば、圧電素子１０のｘ方向への伸長に伴って、変換素子２０の第１の部分２１がｚ２方向に変位するだけでなく、第４及び第５の部分２４，２５もｚ１方向に変位し、振動エネルギーの損失が生じる。従来の考えでは、これの対策として第４及び第５の部分２４，２５に錘を付けるか、剛性の高い筺体を設けて第４及び第５の部分２４，２５を固定していた。これに対して、本実施形態では、圧電素子１０の駆動力により変位部材７が振動変位するとき、第２の側面１０ｄと変換素子２０の第４及び第５の部分２４，２５とが固定されているため、第４及び第５の部分２４，２５が拘束を受け、変形および振動が少ない領域となる。従って、本実施形態では、第４及び第５の部分２４，２５の振動による振動エネルギーの損失を小さくして、圧電素子１０の駆動力が変換された方向に振動する凸部２１ａに振動エネルギーを集中できる。さらに、第４及び第５の部分２４，２５に錘を付けるか、剛性の高い筺体を設けて固定して場合であっても、第４及び第５の部分２４，２５から錘および筺体への振動エネルギーの伝達を少なくできるので、振動エネルギーの損失を小さくすることができる。このため、軸６の変位量あるいは被駆動部材５の移動量をより大きくすることができる。

また、本実施形態では、第２の側面１０ｄと、第４及び第５の部分２４，２５は、弾性を有する樹脂接着剤層３３により接着されている。このため、第２の側面１０ｄが第４及び第５の部分２４，２５に固定されることによる圧電素子１０の振動の拘束されすぎることがない。従って、高いエネルギー効率で軸６を変位させ被駆動部材５を移動させることができる。

また、本実施形態では、第１の部分２１の実質的に全体が凸部２１ａにより構成されている。このため、圧電素子１０の伸縮に伴う凸部２１ａの頂部の振幅を大きくすることができる。従って、被駆動部材５の変位量をより大きくすることができる。

以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態における変位部材の略図的側面図である。

上記第１の実施形態では、第２及び第３の部分２２，２３を第４または第５の部分２４，２５に、第２の側面１０ｄから離間した第６または第７の部分２６，２７を介して接続する例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図４に示すように、第６及び第７の部分２６，２７を設けず、第２及び第３の部分２２，２３を、第４または第５の部分２４，２５に直接接続し、第２の側面１０ｄの全体を第４または第５の部分２４，２５に樹脂接着剤層３３を介して固定してもよい。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態における変位部材の略図的側面図である。

上記第１の実施形態では、第４及び第５の部分２４，２５が一体に形成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図５に示すように、第４の部分２４と第５の部分２５とを別体に設けてもよい。この場合、第４の部分２４と第５の部分２５との間の間隔は、第２の側面１０ｄのｘ方向に沿った寸法の０．３倍以下であることが好ましい。第４の部分２４と第５の部分２５との間の間隔を上記の範囲内にすれば、変位部材７の共振周波数が高くなるので、圧電素子１０の駆動速度を速くすることができる。また、この高い周波数の共振点付近で変位部材７を圧電素子１０により振動させれば、圧電素子１０への入力電力に対する変位部材７の変位速度の効率を高めることができる。

（第４〜第６の実施形態）
図６は、第４の実施形態における変位部材の略図的側面図である。図７は、第５の実施形態における変位部材の略図的側面図である。図８は、第６の実施形態における変位部材の略図的側面図である。

上記第１の実施形態では、第１の部分２１が３つの平板部からなる場合について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば図６に示すように、第１の部分２１の全体を側面視円弧状の凸部２１ａにより構成してもよい。

また、図７に示すように、第１の部分２１を、中央に位置し、側面視円弧状の凸部２１ａと、周縁部に位置する平板部２１ｂとにより構成してもよい。

また、図８に示すように、第１の部分２１は、２枚の板状部により構成されていてもよい。つまり、第１の部分２１の頂部が平面状である必要は必ずしもない。

（第７及び第８の実施形態）
図９は、第７の実施形態における変位部材の略図的側面図である。図１０は、第８の実施形態に係る駆動装置の模式的側面図である。

図９及び図１０に示すように、第１の部分２１の一部分が軸６により構成されていてもよい。

（第９及び第１０の実施形態）
図１１は、第９の実施形態における変位部材の略図的側面図である。図１２は、第１０の実施形態における変位部材の略図的側面図である。

上記第１の実施形態では、変換素子２０がシームレスである例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、図１１に示すように、変換素子２０は、一枚の板が折り曲げられてなるものであり、第４及び第５の部分２４，２５が直接固定されているものであってもよい。また、図１２に示すように、変換素子２０は、二枚の板が直接固定されてなるものであってもよい。

（第１１の実施形態）
図１３は、第１１の実施形態における圧電素子の略図的斜視図である。

上記第１の実施形態では、第１の電極１２が第２の側面１０ｄに引き出され、第２の電極１３が第１の側面１０ｃに引き出されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図１３に示すように、第１の電極１２を第４の側面１０ｆに引き出し、第２の電極１３を第３の側面１０ｅに引き出してもよい。また、その場合において、第４の側面１０ｆの上に、複数の第１の電極１２が電気的に接続されている外部電極１５を設け、第３の側面１０ｅの上に、複数の第２の電極１３が電気的に接続されている外部電極１４を設けてもよい。

（その他の実施形態）
上記第１の実施形態では第１の部分２１に軸６が固定される例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、第４及び第５の部分２４，２５の少なくとも一方に軸６が取り付けられており、第１の部分２１が固定されているか、第１の部分２１に錘が取り付けられていてもよい。この場合であっても、変換素子２０を用いることにより、圧電素子１０の変位量を大きくして軸６に伝えることができるため、圧電素子１０の小型化を図ることができる。従って、変位部材７の小型化を図ることができる。

１…駆動装置
２…制御部
３…アクチュエータ
４…駆動部材
５…被駆動部材
５ａ…貫通孔
６…軸
７…変位部材
１０…圧電素子（駆動素子）
１０ａ…第１の端面
１０ｂ…第２の端面
１０ｃ…第１の側面
１０ｄ…第２の側面
１０ｅ…第３の側面
１０ｆ…第４の側面
１１…圧電層
１２…第１の電極
１３…第２の電極
１４，１５…外部電極
２０…変換素子
２１…第１の部分
２１ａ…凸部
２１ｂ…平板部
２２…第２の部分
２３…第３の部分
２４…第４の部分
２５…第５の部分
２６…第６の部分
２７…第７の部分
３１〜３３…樹脂接着剤層

Claims (14)

1. 第１の方向に互いに対向する第１及び第２の端面と、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に対向する第１及び第２の側面とを有し、前記第１の方向に沿って伸縮する駆動素子と、
   前記駆動素子の前記第１の方向に沿った伸縮力を前記第２の方向に沿った駆動力に変換し、当該駆動力により第２の方向に沿って変位する変位部を有する、弾性を有する変換素子と、
   を備え、
   前記変換素子は、
   前記第１の側面の上に位置し、前記第１の側面から離間した前記変位部を含む凸部を有する第１の部分と、
   前記第１の部分に接続されており、前記第１の端面に当接している第２の部分と、
   前記第１の部分に接続されており、前記第２の端面に当接している第３の部分と、
   前記第２の部分に接続されており、前記第２の側面に固定された第４の部分と、
   前記第３の部分に接続されており、前記第２の側面に固定された第５の部分と、
   を有し、
   前記第２の側面の実質的に全体が前記第４及び第５の部分に固定されている、変位部材。
2. 前記第４の部分と前記第５の部分とが互いに直接固定されている、請求項１に記載の変位部材。
3. 前記第４の部分と前記第５の部分とが一体に形成されている、請求項１または２に記載の変位部材。
4. 前記第４及び第５の部分と、前記第２の側面とを固定している樹脂接着剤層をさらに有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の変位部材。
5. 前記第２の部分が前記第１の端面に固定されており、前記第３の部分が前記第２の端面に固定されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の変位部材。
6. 前記第１の部分の実質的に全体が前記凸部により構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の変位部材。
7. 前記変換素子は、
   前記第２の部分と前記第４の部分とを接続しており、前記第２の側面の前記第１の端面側の端縁部の上に位置する第６の部分と、
   前記第３の部分と前記第５の部分とを接続しており、前記第２の側面の前記第２の端面側の端縁部の上に位置する第７の部分と、
   をさらに有し、
   前記第６及び第７の部分のそれぞれは、第２の側面から離間して設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の変位部材。
8. 前記駆動素子は、前記変換素子に嵌合している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の変位部材。
9. 前記変換素子は、金属を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の変位部材。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の変位部材と、
    前記変位部材に取り付けられた被変位部材と、
    を備える駆動部材。
11. 前記被変位部材は、前記第１の部分と、前記第４及び第５の部分のうちの少なくとも一方とのうちの少なくとも一方に取り付けられている、請求項１０に記載の駆動部材。
12. 前記被変位部材は前記変位部に取り付けられる、請求項１１に記載の駆動部材。
13. 請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の駆動部材と、
    被駆動部材と、
    を備え、
    前記被変位部材は軸であり、
    前記被駆動部材は、前記軸と接触して設けられており、前記軸が前記第２の方向に沿って変位した際に、前記軸との間に生じる摩擦力により、前記第２の方向に沿って移動するように設けられている、アクチュエータ。
14. 請求項１３に記載のアクチュエータと、
    前記アクチュエータを制御する制御部と、
    を備える駆動装置。

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