JP6124331B2 - しゃくとり虫型変形を利用した駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子の伸縮を利用した駆動装置に関する。

圧電素子を用いた駆動装置の一つに超音波モータがある。超音波モータは、超音波領域の機械的振動により励振されたステータをロータやスライダと接触させて、機器を回転や直動動作させる摩擦駆動型のアクチュエータであり、カメラのオートフォーカスやＸＹステージのほか、セキュリティカメラや手術用機器に組み込まれる多次元モータ等、様々な分野で利用されている。

例えば、特許文献１には、弾性体の両端に、バイモルフ圧電素子を連結し、バイモルフ圧電素子の動きで、弾性体を変形させ、弾性体上の作動点を移動本体に接触させて、移動本体を動かすことが可能な、圧電電気機械式駆動装置が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示されている駆動装置にあっては、作動点の変位量が小さく、移動本体の動作量、駆動量を大きくするためには、バイモルフ圧電素子を大きくする等、駆動装置を大型化しなければならない。そのため、例えば手術用機器等の小型機器に組み込むことは困難であった。

或いは、特許文献２には、伸縮方向が同一平面となる様に配置した複数の圧電素子と、圧電素子を固定する基台と、圧電素子の伸縮端に固定したドーム状の弾性体とを具備した超音波振動子が開示されており、当該振動子により超音波モータ等の駆動装置を構成可能としている。しかしながら、特許文献２に開示された超音波振動子にあっては、圧電素子を複数用意する必要があり、また、ドーム状の弾性体を用いることが前提である。すなわち、圧電素子や弾性体を設置するために大きなスペースを要し、やはり駆動装置が大型化して、手術用機器等の小型機器に組み込むことは困難であった。

特許第４４５２２７５号 特開平５−１９１９８８号公報

本発明は上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、圧電素子の伸縮量を弾性部材によって拡大させることによって、小型化されながらも必要な駆動力を得て、物体を動作させることが可能な駆動装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採る。すなわち本発明は、
第１固定手段、第１圧電素子、板状弾性部材及び第２固定手段がこの順に連結されてなるステータ、並びに、ステータの板状弾性部材との相互作用によって動作する可動部、を備え、ステータは、第１固定手段を固定端として第１圧電素子が伸縮することによって第１圧電素子の板状弾性部材側の端部と第２固定手段との距離が増減し、第１圧電素子の板状弾性部材側の端部と第２固定手段との距離が減少するにつれて、板状弾性部材に生じる撓みが増大するように構成されている、駆動装置である。

本発明において、「この順に連結されてなる」とは、各部が順番に直接的に連結された形態のほか、各部以外の何らかの部材を介して各部が順番に間接的に連結された形態をも含む概念である。「圧電素子」とは伸縮型の圧電素子をいい、主に積層型圧電素子がこれに相当する。「板状弾性部材」の「板状」とは、撓みが最も解消された状態において湾曲のない形状となることを意味する。ただし、第１圧電素子の伸縮量を板状弾性部材によって拡大させ得る限り、第１圧電素子の端部と第２固定手段との距離が最大の場合において、板状弾性部材が多少湾曲していてもよいものとする。多少湾曲させることによって、所望の方向にしゃくとり虫型に変形させやすくなるためである。

本発明において、第１圧電素子の伸縮方向と直交する方向に凸となるように板状弾性部材が撓ませられることが好ましい。板状弾性部材の撓み量を最も増大させることができるためである。尚、本願において「第１圧電素子の伸縮方向と直交する方向」とは、第１圧電素子の伸縮方向と完全に直交する方向である必要はなく、物体を駆動させる変形であれば許容する主旨である。例えば、第１圧電素子の伸縮方向と板状弾性部材の撓みの凸方向とのなす角度が７５°以上１０５°以下の場合、誤差範囲内として「第１圧電素子の伸縮方向と直交する方向」に含まれるものとする。

本発明において、板状弾性部材と第２固定手段とが、第１圧電素子とは異なる第２圧電素子を介して連結されていてもよい。言い換えれば、板状弾性部材の両端に第１圧電素子と第２圧電素子とが備えられていてもよい。圧電素子を複数設けることで、既製品の素子を導入することができ、また、板状弾性部材の撓みの量や変形を精密に制御することも可能となるためである。

本発明において、ステータが複数備えられていてもよい。すなわち、可動部の形態に応じてステータの設置数を増減させることで、より効率的に可動部を動作させることができる。また、ステータが複数備えられることで、例えば可動部を多次元に動作させることも可能となる。

本発明において、一つの第２固定手段に、複数の板状弾性部材が連結され、それぞれの板状弾性部材に第１圧電素子と第１固定手段とが連結されていてもよい。言い換えれば、第２固定手段を中心とした円周方向に所定の間隔を設けつつ板状弾性部材等が複数連結された形態とすることが可能である。このような形態にあっては、例えば、第２固定手段近傍に可動部として球体を設置し、複数の板状弾性部材をそれぞれ任意の撓み量にて撓ませて球体に接触させることで、各板状弾性部材の撓みの増減によって球体を多次元に動作させることができる。

本発明においては、板状弾性部材の撓みの方向を規制する規制手段をさらに備えることが好ましい。規制手段を設けることで、板状弾性部材の撓みの制御がより精密となり、可動部を効率的に動作させることができるためである。

本発明によれば、固定手段の間に圧電素子と板状の弾性部材とを連結してステータを構成しており、圧電素子の伸縮量が弾性部材の撓み量（変形量）へと拡大可能な構成を採っている。そのため、小型の圧電素子を用いた場合或いは配置できる圧電素子の種類に制約がある場合でも、弾性部材の撓みによって大きな変形量を得ることができる。また、板状弾性部材を用いることでステータの設置スペースを極小化することも可能である。例えば、管内に駆動装置を設置したい場合、管の内壁面に沿って管長手方向或いは管周方向にステータを設置可能であり、管径方向の設置スペースを極小化することができる。このように、本発明によれば、圧電素子の伸縮量を弾性部材によって拡大させることによって、小型化されながらも必要な駆動力を得て、物体を動作させることが可能な駆動装置を提供することができる。

第１実施形態に係る本発明の駆動装置１０の動作態様を説明するための概略図である。 第１圧電素子２の伸縮量ｘと板状弾性部材３の撓み量ｙとの関係を説明するための図である。 駆動装置１０を動作させる際、第１圧電素子２に印加する電圧の波形の一例を示す図である。 第１実施形態に係る本発明の駆動装置１０の他の動作態様を説明するための概略図である。 第２実施形態に係る本発明の駆動装置２０に設けられるステータ１５を説明するための概略図である。 第３実施形態に係る本発明の駆動装置３０を説明するための概略図である。 第３実施形態に係る本発明の駆動装置３０を説明するための概略図である。 第４実施形態に係る本発明の駆動装置４０に設けられるステータ３５を説明するための概略図である。 規制手段７ａを説明するための概略図である。 規制手段７ｂを説明するための概略図である。 実施例に係る駆動装置を説明するための概略図である。

１．第１実施形態
図１を参照しつつ第１実施形態に係る本発明の駆動装置１０について説明する。図１に示すように駆動装置１０は、第１固定手段１、第１圧電素子２、板状弾性部材３及び第２固定手段４がこの順に連結されてなるステータ５、並びに、ステータ５の板状弾性部材３との相互作用によって動作する可動部６、を備えている。なお、図１に示した可動部６はロータ円板であるが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、可動部としてスライダのような直線移動体を用いてもよい。

１．１．第１固定手段１
駆動装置１０において、第１固定手段１は、第１圧電素子２の一端２ａを固定するための手段である。第１固定手段１の形態は、第１圧電素子２の一端２ａを固定し、第１圧電素子２が当該第１固定手段１を固定端として伸縮可能な形態であれば、特に限定されるものではない。例えば、駆動装置１０を設置する箇所（不図示）に固定された金属片やプラスチック片、セラミックス片等を第１固定手段１とすることができる。

１．２．第１圧電素子２
駆動装置１０において、第１圧電素子２は、一端２ａが第１固定手段１に固定され、当該第１固定手段１を固定端として伸縮する素子である。第１圧電素子２は伸縮型の圧電素子であれば特に限定されるものではなく、例えば伸縮方向に圧電素子が複数積層されてなる積層型圧電素子を適用することができる。第１圧電素子２の伸長量ついては、板状弾性部材３や可動部６の形状、大きさ等に合わせて決定することができる。例えば、駆動装置１０を動作させた場合において、板状弾性部材３の撓み量（変形量）が数ミクロン程度（０．１μｍ〜３０μｍ程度）となるようなものが好ましい。後述するように、駆動装置１０においては、第１圧電素子２による伸縮量が板状弾性部材３の撓み量に拡大変換されるため、第１圧電素子２の伸縮量が小さくとも効率的な駆動が可能となる。

１．３．板状弾性部材３
駆動装置１０において、板状弾性部材３は、一端３ａが第１圧電素子２の端部２ｂに連結され、当該第１圧電素子２の伸縮に伴って、撓みの発生・解消がなされる部材であり、第１圧電素子２の端部２ｂと第２固定手段４との間の距離に依存して撓み量が変化するものである。板状弾性部材３の構成材としては、弾性を有する材料であればよく、例えば、金属やプラスチック等から構成することができる。板状弾性部材３の形状は撓みが解消された状態において、湾曲のない形状であればよい。例えば、撓みが解消された状態において、第１圧電素子２の端部２ｂと第２固定手段４とを結ぶ直線に沿った形状とすることができる。ただし、後述するように、板状弾性部材３を多少湾曲させることで、板状弾性部材３の撓みの方向を規制してもよい。板状弾性部材３の厚みや大きさは、可動部６の形状や大きさ等に合わせて決定することができる。上述したように、第１圧電素子２の伸長によって、数ミクロン程度（０．１μｍ〜３０μｍ）の撓み（変形）を伴うものが好ましい。

１．４．第２固定手段４
駆動装置１０において、第２固定手段４は、板状弾性部材３の一端（第１圧電素子２とは反対側の端）３ｂを固定するための手段である。第２固定手段４の形態は、板状弾性部材３の一端３ｂを固定し、板状弾性部材３を第１圧電素子２と第２固定手段４との間に拘束可能な形態であれば、特に限定されるものではない。例えば、駆動装置１０を設置する箇所（不図示）に固定した金属片やプラスチック片、セラミックス片等を第２固定手段４とすることができる。

１．５．ステータ５
駆動装置１０において、ステータ５は、上記した第１固定手段１、第１圧電素子２、板状弾性部材３及び第２固定手段４がこの順に連結されてなるものである。これによって、第１固定手段１を固定端として第１圧電素子２が伸縮することによって第１圧電素子２の板状弾性部材３側の端部２ｂと第２固定手段４との距離が増減し、第１圧電素子２の板状弾性部材３側の端部２ｂと第２固定手段４との距離が減少するにつれて、板状弾性部材３に生じる撓みが増大するように構成することができる。

ここで、駆動装置１０においては、第１圧電素子２による伸縮量が板状弾性部材３の撓み量に拡大変換される。図２を参照しつつ、第１圧電素子２の伸縮量と板状弾性部材３の撓み量との関係について説明する。

駆動装置１０における第１圧電素子２の伸縮量と板状弾性部材３の撓み量との関係については、図２に示すように、三角形に近似して考えることができる。第１圧電素子２に電圧を印加した結果、ｘだけ第１圧電素子２の端部２ｂと第２固定手段４との距離が減少したとする。板状弾性部材３の長さ（撓みが解消された状態における長さ）をａとすると、しゃくとり虫型に撓んだ場合の撓み量ｙは、ｙ＝（２ａｘ−ｘ^２）^１／２／２となる。例えばａ＝１０ｍｍ、ｘ＝５μｍの場合、ｙ＝１５８μｍとなり、第１圧電素子２の伸縮量が板状弾性部材３の撓み量へと約３２倍に拡大される。実際には板状弾性部材３が湾曲して変形するため、板状弾性部材３の材質や形状によって拡大率は小さくなるものの、いずれの場合でも第１圧電素子２の伸縮量を拡大することができる（以下、この効果を「変位量拡大効果」という場合がある。）。特に、第１圧電素子２の伸縮量ｘが小さい領域において、板状弾性部材３の撓みによる変位量拡大効果が大きくなる。具体的には第１圧電素子２の伸長量が板状弾性部材３の撓みによって、２〜１０倍程度に拡大される領域で使用することが好ましい。

また、駆動装置１０においては、撓みが解消された状態において、板状弾性部材３が第１圧電素子２の伸縮方向の延長上、且つ、略同一平面上にある。このような構成とすることで、第１圧電素子２の伸縮方向と直交する方向に凸となるように板状弾性部材３を撓ませることができ、変位量拡大効果が最大となる。すなわち駆動装置１０の一層の小型化に繋がり好ましい。

１．６．可動部６
このように、第１圧電素子２の伸縮が板状弾性部材３のしゃくとり虫型の撓みへと変換されることで、板状弾性部材３との相互作用によって駆動装置１０の可動部を動作させることができる。可動部６の形態は、駆動装置に一般的に使用される形態であればよく、例えば、ロータや球体等の回転体、一次元或いは二次元に動作可能とされるスライダ等の直線移動体や棒状体、平板等とすることができる。以下、図１を参照しつつ、駆動装置１０におけるステータ５と可動部（ロータ）６の動作について説明する。

図１（Ａ）に示すように、駆動装置１０において、可動部６が板状弾性部材３の近傍となるようにステータ５と可動部６とを設置する。このような状態において第１圧電素子２に電圧を印加した場合、印加電圧に依存して第１圧電素子２の端部２ｂと第２固定手段４との距離が減少し、板状弾性部材３が押し上げられてしゃくとり虫型に撓む。第１圧電素子２の端部２ｂと第２固定手段４との距離が減少するにつれて、板状弾性部材３に生じる撓みが増大し、図１（Ｂ）に示すように、やがては板状弾性部材３の撓み部分が可動部６と接触する。ここから板状弾性部材３の撓みをさらに増大させることで、板状弾性部材３と可動部６との間の摩擦によって、可動部６を回転させることができる。

ここで、駆動装置１０においては、第１圧電素子２に印加する電圧の波形を調整することによって可動部６を連続的に回転させることが可能である。例えば、印加電圧の波形を正弦波形や台形波形、或いは図３に示すようなノコギリ波形などとすることが好ましい。すなわち、第１圧電素子２に印加する電圧を徐々に高くしていくと、板状弾性部材３がしゃくとり虫型にゆっくりと撓んで、可動部６と接触する。この後、さらに電圧を徐々に高くしていくと、図１（Ｂ）の矢印で示される方向に可動部６が回転する。そして、第１圧電素子２が急速に縮むように印加電圧を急激に減少させることによって、板状弾性部材３を滑らせつつ可動部６に逆方向の摩擦力をほとんど与えずに、可動部６を図１（Ｂ）の矢印の方向に回転させたままで、例えば図１（Ａ）の状態に戻すことができる。このように、第１圧電素子２に、所定波形にて周期的に電圧を印加することによって、可動部６を連続的に回転させることができる。なお、駆動波形を間引くことにより、低速駆動を実現することができる。

第１圧電素子２に印加する電圧の大きさについては、第１圧電素子２の特性や装置構成等に応じて決定され、特に限定されるものではない。また、電圧の周波数についても特に限定されるものではないが、例えば１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚ程度とすることができるほか、電圧の周波数を約２０ｋＨｚ以上の超音波周波数とすることで、本発明の駆動装置をいわゆる超音波モータとして用いることも可能である。なお、駆動の際に周波数を変化させると、可動部の回転速度を変化させることができる。

尚、上記説明においては、駆動装置１０において、板状弾性部材３と可動部６とが非接触の状態から、板状弾性部材３の撓みを可動部６に接触させることによって、可動部６を動作させる場合について説明したが、駆動装置１０における動作はこの態様に限定されるものではない。例えば、以下の態様とすることも可能である。すなわち、図４（Ａ）に示すように、駆動装置１０において、第１圧電素子２に所定の電圧を印加し、板状弾性部材３を上記と同様の原理にて撓ませて、可動部６と接触させておく。このような状態において、第１圧電素子２に印加する電圧を徐々に変化させた場合、印加電圧に依存して第１圧電素子２の端部２ｂと第２固定手段４との距離が徐々に増大し、板状弾性部材３の撓みが減少する。板状弾性部材３の撓みが減少する際、板状弾性部材３と可動部６との間に摩擦力が生じ、図４（Ｂ）のように、可動部を回転させることができる。

或いは、上記説明では、可動部６に対して板状弾性部材３を非接触状態から接触状態とすることによって反時計回りに可動部６を回転させる形態（図１（Ｂ））、板状弾性部材３を接触状態から非接触状態とすることで時計回りに可動部６を回転させる形態（図４（Ｂ））について説明したが、可動部６の回転方向はこれらに限定されるものではなく、駆動電圧の波形を調整することで、例えば、可動部６に対して板状弾性部材３を非接触状態から接触状態とすることによって時計回りに可動部６を回転させる形態等、可動部６の回転方向を適宜変更可能である。

２．第２実施形態
本発明において、駆動装置に備えられるステータの形態は上記ステータ５のような形態に限定されるものではない。図５に、第２実施形態に係る本発明の駆動装置２０に設けられるステータ１５を概略的に示す。図５において、可動部については記載を省略している。また、図５において、駆動装置１０と同様の構成については同一符号を付し、説明を省略する。

図５に示すように、ステータ１５は、第１固定手段１、第１圧電素子２、板状弾性部材３及び第２固定手段４がこの順に連結されてなり、且つ、板状弾性部材３と第２固定手段４とが、第１圧電素子２とは異なる第２圧電素子１２を介して連結されていることに特徴を有する。言い換えれば、ステータ１５においては、板状弾性部材３の両端が２つの圧電素子２、１２によって挟まれるようにして連結されている。第２圧電素子１２については、伸縮型の圧電素子とすることが好ましく、例えば、上記した第１圧電素子と同様の形態とすることができる。

図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ステータ１５によれば、第１圧電素子２、及び、第２圧電素子１２に印加する電圧をそれぞれ調整することによって、板状弾性部材３の撓み量や撓みの位置を任意に調整することが可能であり、圧電素子が一つだけ備えられる形態と比較して、可動部６の動作を、より多くのバリエーションでもって精密に制御することが可能である。

３．第３実施形態
本発明に係る駆動装置においては、ステータが複数備えられていてもよい。図６、７に第３実施形態に係る本発明の駆動装置３０を概略的に示す。図６、７において、駆動装置１０と同様の構成については同一符号を付し、説明を省略する。

駆動装置３０は、一つの第２固定手段４に、複数の板状弾性部材３、３、３が連結され、それぞれの板状弾性部材３に第１圧電素子２と第１固定手段１とが連結されている点に特徴を有する。図示した形態においては、第２固定手段４を中心として、ステータ５、５、５を１２０°間隔で周方向に設けている。このような構成とすることで、例えば、可動部として球体２６を用いて、当該球体を多次元的に動作させることが可能となる。すなわち、ステータ５、５、５において、それぞれ印加する電圧を変化させ、板状弾性部材３の撓み量を調整することで、球体の回転方向を多次元に変更することができる。

４．第４実施形態
駆動装置１０〜３０においては、第１圧電素子２を伸長させることで第１圧電素子２の端部２ｂと第２固定手段４との距離を減少させて、板状弾性部材３に撓みを生じさせる形態について説明した。しかしながら、本発明は当該形態に限定されるものではない。図８に第４実施形態に係る本発明の駆動装置４０に設けられるステータ３５を概略的に示す。図８において、可動部については記載を省略している。また、図８において、駆動装置１０と同様の構成については同一符号を付し、説明を省略する。

図８において、ステータ３５は、固定手段３６（第１固定手段１）、第１圧電素子２、連結手段３７、板状弾性部材３及び固定手段３６（第２固定手段４）がこの順に連結されてなる。言い換えれば、ステータ３５においては、固定手段３６が、第１固定手段１及び第２固定手段４の双方として機能し、且つ、第１圧電素子２と板状弾性部材３とが連結手段３７を介して連結されている点で、ステータ５とは異なる。尚、図８（Ａ）において、第１圧電素子２は電圧が印加されて伸長状態にある。

ステータ３５において、連結手段３７は第１圧電素子２と板状弾性部材３とを連結可能であり、且つ、第１圧電素子２の伸縮に追従して板状弾性部材３にしゃくとり虫型の撓みを生じさせるものであれば、その形態は特に限定されるものではない。例えば、金属片やプラスチック片、セラミックス片等を用いることができる。連結手段３７と第１圧電素子２及び板状弾性部材３との連結方法については、特に限定されるものではなく、接着剤を用いた連結、溶接による連結等を採用することができる。

ステータ３５においては、第１圧電素子２が伸長状態から縮小することによって、板状弾性部材３に撓みが生じる。すなわち、ステータ３５は、固定手段３６を固定端として第１圧電素子２が伸長状態から縮小することによって第１圧電素子２の端部（連結手段３７を介して板状弾性部材３側となる端部）２ｂと固定手段３６との距離が減少し、第１圧電素子２の端部２ｂと固定手段３６との距離が減少するにつれて、板状弾性部材３に生じる撓みが増大するように構成されている。

このようなステータ３５によっても、板状弾性部材３をしゃくとり虫型に撓ませることができ、上記した変位量拡大効果を得ることができる。ただし、ステータ３５にあっては、第１圧電素子２が伸長状態から縮小する際、板状弾性部材３が撓みを解消しようとして連結手段３７に第１圧電素子２から外れる方向の斥力が働く虞がある。そのため、経年劣化によって、第１圧電素子２と板状弾性部材３との連結が外れてしまう虞がある。また、ステータ３５にあっては、図示したように第１圧電素子２と板状弾性部材３とが重ねられるように設けられるため、略平面体として構成される上記ステータ５や１５よりも、空間的な阻害が大きい場合がある。

５．その他構成
上述したように、本発明に係る駆動装置は、板状弾性部材をしゃくとり虫型に撓ませることによって、変位量拡大効果を得て、板状弾性部材を可動部に接触させることで、可動部を動作させている。よって板状弾性部材の撓みの方向（凸の方向）を可動部側に規制する規制手段を駆動装置に設けることが好ましい。

図９に、駆動装置１０において、板状弾性部材３の撓みの方向を規制する規制手段７ａを設けた形態を概略的に示す。規制手段７ａはステータ５とは別体で設けられる手段であり、板状弾性部材３の撓みが解消された状態において、板状弾性部材３と接触するように、或いは、板状弾性部材３の近傍となるように設けられている。板状弾性部材３に撓みが生じる場合、規制手段７ａの存在によって、板状弾性部材３は常に規制手段７ａとは反対側に凸となるように撓むものとされる。

或いは、板状弾性部材３そのものに工夫を加えることで、板状弾性部材３の撓みの方向を規制してもよい。一例として、図１０に板状弾性部材３に設けられる規制手段７ｂ、７ｂを概略的に示す。尚、図１０においては板状弾性部材３の厚み方向断面図を概略的に示している。図１０に示すように板状弾性部材３の端部に規制手段７ｂ、７ｂとして凸部を設けることで、板状弾性部材３の撓みの方向は図示した矢印の方向に規制される。

また、本発明による変位量拡大効果を損なわない範囲で、板状弾性部材３を予め多少湾曲させておくことで、本発明に係る駆動装置を動作させる際、板状弾性部材３の撓みの方向を所望の方向に規制することもできる。

以上の通り、本発明に係る駆動装置においては、固定手段の間に第１圧電素子と板状弾性部材とを連結してステータを構成しており、第１圧電素子の伸縮によって板状弾性部材をしゃくとり虫型に撓ませることで、第１圧電素子の伸縮量が板状弾性部材の撓み量（変形量）へと拡大可能な構成を採っている。そのため、圧電素子として第１圧電素子を一つだけ用い、且つ、それが小型の圧電素子である場合でも、板状弾性部材の撓みによって大きな変形量を得ることができる。また、弾性部材を板状とすることでステータの設置スペースを省略することも可能である。圧電素子を複数設ける、或いは、ステータを複数設けることで、可動部を多次元的に動作させることも可能である。このように、本発明に係る駆動装置によれば、第１圧電素子の伸縮量を板状弾性部材によって拡大させることによって、小型化されながらも必要な駆動力を得て、物体を動作させることが可能である。

尚、上記説明では、駆動装置１０〜３０において、第１固定手段１、第１圧電素子２、板状弾性部材３、（第２圧電素子１２）、及び第２固定手段４が一の平面上に設置された形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。設置箇所の形状に応じて、例えば一部を湾曲させつつ設置することもできる。

また、上記説明では、駆動装置１０〜３０に設けられる板状弾性部材３として、平面形状が長方形状の弾性部材を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。台形状、三角形状等、種々の平面形状を採用することができる。ただし、板状部材を両端から均等に撓ませ、略中心において凸となるように変形させる観点からは、平面形状が長方形状となる板状弾性部材を用いることが好ましい。

また、上記説明では、一のステータに圧電素子を複数設ける場合について、板状弾性部材３と第２固定手段４との間に第２圧電素子１２を設ける形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。板状弾性部材の形状に応じて、一のステータにおいて３つ以上の圧電素子を設けてもよい。ただし、駆動装置を小型化する観点からは、一の板状弾性部材に対する圧電素子の数は少ない方がよく、１〜２個とすることが好ましい。

また、上記説明では、ステータを複数設ける場合について、第２固定手段４を中心としてステータ５を１２０°間隔で３つ設ける形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。ステータの数やステータの設置形態については、可動部の形状や駆動装置を設置する箇所等に応じて決定することができる。

また、上記説明では、規制手段として規制手段７ａ、７ｂ、或いは板状弾性部材を多少湾曲させる形態のみを例示したが、規制手段の形態はこれらに限られるものではない。板状弾性部材３の撓みを規制可能な手段のいずれもが本発明に含まれる。

以下、実施例により、本発明に係る駆動装置について、その効果をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の具体的形態に限定されるものではない。

＜駆動装置の構成＞
図１１に示す駆動装置を作製し、性能評価を行った。作製した駆動装置において、積層型圧電素子（ＮＥＣトーキン、AE0203D16F）の長さは２０ｍｍ、板状弾性部材（りん青銅）の長さは２０ｍｍとし、板状弾性部材の厚みは０．５ｍｍとした。

＜変位量拡大効果の確認＞
上記の通りに構成したステータについて、積層型圧電素子に１４０Ｖの電圧を印加した結果、積層型圧電素子の伸長量（図２の長さｘ）は１３μｍとなり、板状弾性部材の撓み量（図２の長さｙ）は５０μｍとなった。すなわち、約３．８倍の変位量拡大効果が得られた。尚、この拡大率は、板状弾性部材の形状寸法を変更することで、さらに向上させることができると考えられる。

＜駆動装置の動作実験＞
図１１に示すように、上記のステータと相互作用させることで直径３０ｍｍのロータを回転させた。積層型圧電素子に１ｋＨｚ程度の台形波電圧を印加した結果、ロータを連続的に回転させることができた。その他の周波数においてもロータを連続的に回転させることができた。

以上の通り、圧電素子の伸縮によって弾性部材をしゃくとり虫型に変形させ、圧電素子の伸縮量を弾性部材によって拡大させることによって、小型化されながらも大きな駆動力を得ることが可能な駆動装置を提供することができた。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う駆動装置もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

本発明に係る駆動装置は機械的振動により励振されたステータを、ロータやスライダ等の可動部と接触させ、回転や直動動作させる摩擦駆動型のアクチュエータとして利用でき、例えば、カメラのオートフォーカスやＸＹステージのほか、セキュリティカメラや手術用機器、或いは自動車のドアミラーなどに組み込まれる多次元モータ等、様々な分野で好適に利用可能である。

１０ 駆動装置
１ 第１固定手段
２ 第１圧電素子
３ 板状弾性部材
４ 第２固定手段
５ ステータ
６ 可動部（ロータ）
７ａ、７ｂ 規制手段
２０ 駆動装置
１２ 第２圧電素子
１５ ステータ
３０ 駆動装置
２６ 可動部（球体）
４０ 駆動装置
３５ ステータ
３６ 固定手段
３７ 連結手段

Claims (6)

1. 第１固定手段、第１圧電素子、板状弾性部材及び第２固定手段がこの順に連結されてなるステータ、並びに、該ステータの前記板状弾性部材との相互作用によって動作する可動部、を備え、
   前記ステータは、前記第１固定手段を固定端として前記第１圧電素子が伸縮することによって前記第１圧電素子の前記板状弾性部材側の端部と前記第２固定手段との距離が増減し、前記第１圧電素子の前記板状弾性部材側の端部と前記第２固定手段との距離が減少するにつれて、前記板状弾性部材に生じる撓みが増大するように構成されており、
   前記第１圧電素子の伸縮方向と直交する方向に凸となるように前記板状弾性部材が撓ませられる、駆動装置。
2. 前記板状弾性部材と前記第２固定手段とが、前記第１圧電素子とは異なる第２圧電素子を介して連結されている、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記ステータが複数備えられる、請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 一つの前記第２固定手段に、複数の前記板状弾性部材が連結され、それぞれの板状弾性部材に前記第１圧電素子と前記第１固定手段とが連結されている、請求項１〜３のいずれかに記載の駆動装置。
5. 前記板状弾性部材の撓みの方向を規制する規制手段を前記板状弾性部材と接触するように設ける、請求項１〜４のいずれかに記載の駆動装置。
6. 前記板状弾性部材の撓みの方向を規制する規制手段として前記板状弾性部材の端部に凸部をそれぞれ設ける、請求項１〜４のいずれかに記載の駆動装置。