JP6729015B2 - 圧電素子 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子に関する。

特許文献１，２には、超音波モータとして用いられる圧電素子が記載されている。これらの文献に記載される圧電素子は、本体部と、本体部に取り付けられた摩擦部材と、を備えている。本体部に電圧を印加することにより、本体部の長手方向に振動する縦振動モードと、本体部の厚さ方向への曲げ振動モードと、が本体部に生じる。これに伴い、摩擦部材が楕円運動しながら被駆動体に当接し、摩擦力により被駆動体を変位させる。

特開２００８−９９５４９号公報 特開２０１０−２１９４６４号公報

上述の圧電素子では、摩擦部材が摩耗し易く、摩擦部材の摩耗に起因して、被駆動体の変位量にばらつきが生じる懼れがある。また、例えば、圧電素子が複数の摩擦部材を備える場合、これらの複数の摩擦部材間に形状等の特性のばらつきが存在することに起因して、被駆動体の変位量にばらつきが生じる懼れもある。圧電素子としての信頼性を高めるには、このようなばらつきを抑制し、被駆動体を安定して変位させる必要がある。

本発明は、信頼性の高い圧電素子を提供することを目的とする。

本発明に係る圧電素子は、所定方向に沿って並んだ第一領域及び第二領域を有する本体部を備え、第一領域は、所定方向に沿って伸縮変形し、第二領域は、所定方向に交差する交差方向の一方側又は他方側が湾曲外側となるように湾曲変形する。

この圧電素子では、本体部が、伸縮変形する第一領域と、湾曲変形する第二領域とを備えている。このため、例えば、第二領域を湾曲変形させ、湾曲外側となる面を被駆動体に当接させた状態で、第一領域を伸縮変形させることにより、被駆動体を変位させることができる。また、例えば、第一領域を伸びる方向に変形させて、端面を被駆動体に当接させた状態で、第二領域を湾曲変形させることにより、被駆動体を変位させることができる。このように被駆動体に当接する力と、被駆動体を駆動する力とを別々に制御することができるため、各力の調整が容易となる。これにより、被駆動体を安定して変位させることができるので、信頼性が高まる。

本発明に係る圧電素子では、第二領域は、交差方向に沿って並んだ第三領域及び第四領域を有し、第三領域及び第四領域は、所定方向に沿って互いに独立に伸縮変形してもよい。この場合、第二領域を容易に湾曲変形させることができる。

本発明に係る圧電素子では、第一領域は、第一圧電体と、互いに対向するように第一圧電体に配置された第一及び第二電極と、を含み、第三領域は、第二圧電体と、互いに対向するように第二圧電体に配置された第三及び第四電極と、を含み、第四領域は、第三圧電体と、互いに対向するように第三圧電体に配置された第五及び第六電極と、を含み、第二電極と、第四電極と、第六電極とは、グラウンド電極であってもよい。この場合、グラウンド電極以外に、第一電極と、第三電極と、第五電極とが設けられていればよいので、電極の構成を簡単にすることができる。

本発明に係る圧電素子は、本体部に設けられ、被駆動体に当接される摩擦部材を更に備えていてもよい。この場合、摩擦部材により本体部の摩耗を抑制することができる。

本発明に係る圧電素子では、摩擦部材は、第二領域側に設けられていてもよい。この場合、第二領域の湾曲変形により、摩擦部材を被駆動体に容易に当接させることができる。

本発明に係る圧電素子では、第一領域の所定方向に沿う長さと、第二領域の所定方向に沿う長さとは、互いに異なっていてもよい。この場合、被駆動体を駆動する力の大きさ、及び被駆動体に当接する力の大きさの調整が容易となる。

本発明によれば、信頼性の高い圧電素子を提供することができる。

第一実施形態に係る圧電素子の斜視図である。 図１に示される本体部の分解斜視図である。 図１のIII−III線に沿っての断面図である。 図１の圧電素子を備える圧電アクチュエータの側面図である。 各電極の電圧パターンを示す図である。 図５の圧電アクチュエータの駆動方法を説明するための図である。 第二実施形態に係る圧電素子を示す斜視図及び断面図である。 図７に示される本体部の分解斜視図である。 図７のIX−IX線に沿っての断面図である。 図７の圧電素子を備える圧電アクチュエータの側面図である。 図１０の圧電アクチュエータの駆動方法を説明するための図である。 第三実施形態に係る圧電素子の本体部の分解斜視図である。 第三実施形態に係る圧電素子の断面図である。 第三実施形態に係る圧電素子を備える圧電アクチュエータの駆動方法を説明するための図である。 フレキシブル基板の押し付け力が本体部の変形に及ぼす影響を説明するための図である。 第三実施形態に係る圧電素子の変形例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［第一実施形態］
図１は、第一実施形態に係る圧電素子の斜視図である。図１に示される第一実施形態に係る圧電素子１Ａは、複数の圧電体層を積層して一体化することによって形成された、いわゆる積層型圧電素子である。圧電素子１Ａは、交流電圧を印加されて駆動されることによって、後述の被駆動体ＤＲ（図４参照）を移動させる機能を有している。圧電素子１Ａは、本体部２と、本体部２に設けられ、被駆動体ＤＲに当接される摩擦部材３と、を備えている。

本体部２は、例えば、直方体形状を呈している。本体部２は、互いに対向する一対の主面２ａ，２ｂと、互いに対向する一対の端面２ｃ，２ｄと、を備えている。一対の主面２ａ，２ｂは、例えば、長方形状を呈している。以下の説明では、一対の主面２ａ，２ｂの長辺方向であって一対の端面２ｃ，２ｄの対向方向を第一方向Ｄ１、一対の主面２ａ，２ｂの対向方向を第二方向Ｄ２、一対の主面２ａ，２ｂの短辺方向を第三方向Ｄ３とし、本体部２において主面２ａの設けられる方向を上、主面２ｂの設けられる方向を下とする。本体部２は、例えば、第一方向Ｄ１の大きさが２．５ｍｍ、第二方向Ｄ２の大きさが０．５ｍｍ、第三方向Ｄ３の大きさが１．３ｍｍ程度に設定されている。

図２は、図１に示される本体部の分解斜視図である。図３は、図１のIII−III線に沿っての断面図である。図２及び図３に示されるように、本体部２は、圧電特性を有する長方形板状の圧電体層１０，２０，３０，４０と、電極層１１，２１，３１，４１とが、第二方向Ｄ２に沿って積層された積層体として構成されている。製造時においては、まず、圧電体層１０の上面に電極層１１が形成され、圧電体層２０の上面に電極層２１が形成され、圧電体層３０の上面に電極層３１が形成され、圧電体層４０の上面に電極層４１が形成される。続いて、圧電体層２０及び電極層２１の上に、圧電体層４０及び電極層４１と圧電体層２０及び電極層２１とが交互にｎ回ずつ積層される。ここで、ｎは１以上の整数であり、例えば、５である。なお、図２及び図３では、簡単のためｎが１の場合が示されている。

続いて、圧電体層３０及び電極層３１と、圧電体層２０及び電極層２１とが交互にｍ回ずつ積層される。ここで、ｍは１以上の整数であり、例えば、５である。なお、図２及び図３では、簡単のためｍが１の場合が示されている。最後に圧電体層１０及び電極層１１が積層される。したがって、本体部２の主面２ａは、最後に積層された圧電体層１０の上面により構成され、主面２ｂは最初に積層された圧電体層１０の下面により構成される。

実際の本体部２では、複数の圧電体層１０，２０，３０，４０は、互いの間の境界が視認できない程度に一体化されている。圧電体層１０，２０，３０，４０は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とする圧電セラミック材料からなる。また、圧電体層１０，２０，３０，４０の厚さ（第二方向Ｄ２の長さ）は、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下程度である。

電極層１１は、他の外部装置を実装する際の外部電極であって、それぞれが電気的に絶縁された第一外部電極１２、グラウンド外部電極１３、第二外部電極１４、及び第三外部電極１５を有している。第一外部電極１２、グラウンド外部電極１３、第二外部電極１４、及び第三外部電極１５は、圧電体層１０の上面の第一方向Ｄ１の中央位置において、この順に第三方向Ｄ３に沿って配列されている。

第一外部電極１２は、第三方向Ｄ３の一端側で矩形状に形成されると共に外部装置の電圧の出力端子に接続される。グラウンド外部電極１３は、第三方向Ｄ３の中央位置と第一外部電極１２との間で矩形状に形成されると共に外部装置のグラウンド端子に接続される。第二外部電極１４は、第三方向Ｄ３の中央位置と第三外部電極１５との間で矩形状に形成されると共に外部装置のグラウンド端子に接続される。第三外部電極１５は、第三方向Ｄ３の他端側で矩形状に形成されると共に外部装置の電圧の出力端子に接続される。

第一外部電極１２、グラウンド外部電極１３、第二外部電極１４、及び第三外部電極１５は、本体部２の主面２ａに、例えば、共材を含有するＡｇＰｄからなる電極ペーストを転写した後に所定温度（例えば、７００℃程度）にて焼き付け、更に電気めっきを施すことにより形成される。電気めっきには、Ｎｉ／Ａｕ等を用いることができる。

電極層２１は、それぞれが電気的に絶縁された第一接続電極２２、グラウンド電極２３、第二接続電極２４、及び第三接続電極２５を有している。グラウンド電極２３は、一対の主電極部２３ａ，２３ｂと、接続電極部２３ｃと、を備えて構成されている。主電極部２３ａは、本体部２の第一方向Ｄ１の中央位置よりも端面２ｃ側の圧電体層２０の上面の略全領域を覆うように矩形状に形成されている。主電極部２３ｂは、本体部２の第一方向Ｄ１の中央位置よりも第一方向Ｄ１の端面２ｄ側の圧電体層２０の上面の略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部２３ｃは、第一方向Ｄ１の中央位置において、一対の主電極部２３ａ，２３ｂに接続されると共に、第二方向Ｄ２から見て上方のグラウンド外部電極１３と重なるように矩形状に形成されている。

第一接続電極２２は、第一方向Ｄ１の中央位置において、第二方向Ｄ２から見て上方の第一外部電極１２と重なるように矩形状に形成されている。第二接続電極２４は、第一方向Ｄ１の中央位置において、第二方向Ｄ２から見て上方の第二外部電極１４と重なるように矩形状に形成されている。第三接続電極２５は、第一方向Ｄ１の中央位置において、第二方向Ｄ２から見て上方の第三外部電極１５と重なるように矩形状に形成されている。

電極層３１は、それぞれが電気的に絶縁された第一電極３２、グラウンド接続電極３３、第二電極３４、及び第三接続電極３５を有している。第一電極３２は、主電極部３２ａと、接続電極部３２ｃとを備えて構成されている。主電極部３２ａは、本体部２の第一方向Ｄ１の中央位置よりも端面２ｄ側の圧電体層３０の上面の略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部３２ｃは、主電極部３２ａから第一方向Ｄ１の中央位置に突出すると共に、第二方向Ｄ２から見て上方の第一外部電極１２と重なるように矩形状に形成されている。グラウンド接続電極３３は、第一方向Ｄ１の中央位置において、第二方向Ｄ２から見て上方のグラウンド外部電極１３と重なるように矩形状に形成されている。

第二電極３４は、主電極部３４ａと、接続電極部３４ｃとを備えて構成されている。主電極部３４ａは、第一方向Ｄ１の中央位置よりも端面２ｃ側の圧電体層３０の上面の略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部３４ｃは、主電極部３４ａから第一方向Ｄ１の中央位置に突出すると共に、第二方向Ｄ２から見て上方の第二外部電極１４と重なるように矩形状に形成されている。第三接続電極３５は、第一方向Ｄ１の中央位置において、第二方向Ｄ２から見て上方の第三外部電極１５と重なるように矩形状に形成されている。

電極層４１は、それぞれが電気的に絶縁された第一接続電極４２、グラウンド接続電極４３、第二電極４４、及び第三電極４５を有している。第一接続電極４２は、第一方向Ｄ１の中央位置において、第二方向Ｄ２から見て上方の第一外部電極１２と重なるように矩形状に形成されている。グラウンド接続電極４３は、第一方向Ｄ１の中央位置において、第二方向Ｄ２から見て上方のグラウンド外部電極１３と重なるように矩形状に形成されている。

第二電極４４は、主電極部４４ａと、接続電極部４４ｃとを備えて構成されている。主電極部４４ａは、第一方向Ｄ１の中央位置よりも端面２ｃ側の圧電体層４０の上面の略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部４４ｃは、主電極部４４ａから第一方向Ｄ１の中央位置に突出すると共に、第二方向Ｄ２から見て上方の第二外部電極１４と重なるように矩形状に形成されている。第三電極４５は、主電極部４５ａと、接続電極部４５ｃとを備えて構成されている。主電極部４５ａは、第一方向Ｄ１の中央位置よりも端面２ｄ側の圧電体層４０の上面の略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部４５ｃは、主電極部４５ａから第一方向Ｄ１の中央位置に突出すると共に、第二方向Ｄ２から見て上方の第三外部電極１５と重なるように矩形状に形成されている。

第一外部電極１２、接続電極部３２ｃ、第一接続電極２２，４２、及び圧電体層１０，２０，３０，４０においてこれらに対応する位置には、第二方向Ｄ２に貫通するスルーホール（不図示）が形成されると共に、スルーホール内にスルーホール導体Ｔ１が形成される。これにより、第一外部電極１２、第一電極３２、及び第一接続電極２２，４２が互いに電気的に接続される。グラウンド外部電極１３、接続電極部２３ｃ、グラウンド接続電極３３，４３、及び圧電体層１０，２０，３０，４０においてこれらに対応する位置には、第二方向Ｄ２に貫通するスルーホール（不図示）が形成されると共に、スルーホール内にスルーホール導体Ｔ２が形成される。これにより、グラウンド外部電極１３、グラウンド電極２３、及びグラウンド接続電極３３，４３が互いに電気的に接続される。

第二外部電極１４、接続電極部３４ｃ，４４ｃ、第二接続電極２４、及び圧電体層１０，２０，３０，４０においてこれらに対応する位置には、第二方向Ｄ２に貫通するスルーホール（不図示）が形成されると共に、スルーホール内にスルーホール導体Ｔ３が形成される。これにより、第二外部電極１４、第二電極３４，４４、及び第二接続電極２４が互いに電気的に接続される。第三外部電極１５、接続電極部４５ｃ、第三接続電極２５，３５、及び圧電体層１０，２０，３０，４０においてこれらに対応する位置には、第二方向Ｄ２に貫通するスルーホール（不図示）が形成されると共に、スルーホール内にスルーホール導体Ｔ４が形成される。これにより、第三外部電極１５、第三電極４５、及び第三接続電極２５，３５が互いに電気的に接続される。

スルーホール導体Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、導電材を含んでいる。導電材は、例えば、Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｓｎ及びＮｉからなる群より選ばれる１種類以上の金属、または上記金属を１種類以上含む合金からなる。スルーホール導体Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の直径は、例えば２０以上１００μｍ以下である。

続いて、図３を参照して、本体部２が有する各領域について説明する。図３に示されるように、本体部２は、第一方向Ｄ１に沿って並んだ第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２を有している。第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２の第一方向Ｄ１に沿う長さは、互いに同等である。

第一領域Ｒ１は、本体部２の端面２ｃ側の領域である。第一領域Ｒ１は、具体的には、複数の主電極部２３ａのうち最も主面２ａ側に配置された主電極部２３ａ（以下、「最上部の主電極部２３ａ」ともいう。）から、最も主面２ｂ側に配置された主電極部２３ａ（以下、「最下部の主電極部２３ａ」ともいう。）までの領域である。第一領域Ｒ１は、圧電体層２０，３０，４０のうち最上部の主電極部２３ａと最下部の主電極部２３ａとの間に配置された部分からなる圧電体Ｐ１と、第二方向Ｄ２に沿って互いに対向するように圧電体Ｐ１に配置された、グラウンド電極２３の主電極部２３ａと、第二電極３４，４４の主電極部３４ａ，４４ａと、を含んでいる。具体的には、最上部の主電極部２３ａ及び最下部の主電極部２３ａは、圧電体Ｐ１の表面上に配置され、それ以外は圧電体Ｐ１内に配置されている。

第二領域Ｒ２は、本体部２の端面２ｄ側の領域である。第二領域Ｒ２は、具体的には、複数の主電極部２３ｂのうち最も主面２ａ側に配置された主電極部２３ｂ（以下、「最上部の主電極部２３ｂ」ともいう。）から、最も主面２ｂ側に配置された主電極部２３ｂ（以下、「最下部の主電極部２３ｂ」ともいう。）までの領域である。第二領域Ｒ２は、第一方向Ｄ１に交差する第二方向Ｄ２に沿って並んだ第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４を有している。

第二領域Ｒ２は、複数の主電極部２３ｂのうち、第二方向Ｄ２の一方側で圧電体層３０を介して主電極部３２ａと隣り合うと共に、第二方向Ｄ２の他方側で圧電体層２０を介して主電極部４５ａと隣り合う主電極部２３ｂ（以下、「境界をなす主電極部２３ｂ」ともいう。）により、第三領域Ｒ３と第四領域Ｒ４とに分けられている。第三領域Ｒ３は、主面２ｂ側の領域であり、第四領域Ｒ４は、主面２ａ側の領域である。具体的には、第三領域Ｒ３は、境界をなす主電極部２３ｂから最下部の主電極部２３ｂまでの領域であり、第四領域Ｒ４は、境界をなす主電極部２３ｂから最上部の主電極部２３ｂまでの領域である。

第三領域Ｒ３は、圧電体層２０，４０のうち境界をなす主電極部２３ｂと最下部の主電極部２３ｂとの間に配置された部分からなる圧電体Ｐ２と、第二方向Ｄ２に沿って互いに対向するように圧電体Ｐ２に配置された、グラウンド電極２３の主電極部２３ｂと、第三電極４５の主電極部４５ａと、を含んでいる。具体的には、境界をなす主電極部２３ｂ及び最下部の主電極部２３ｂは、圧電体Ｐ２の表面上に配置され、それ以外は圧電体Ｐ２内に配置されている。

第四領域Ｒ４は、圧電体層２０，３０のうち境界をなす主電極部２３ｂと最上部の主電極部２３ｂとの間に配置された部分からなる圧電体Ｐ３と、第二方向Ｄ２に沿って互いに対向するように圧電体Ｐ３に配置された、グラウンド電極２３の主電極部２３ｂと、第一電極３２の主電極部３２ａとを含んでいる。具体的には、境界をなす主電極部２３ｂ及び最上部の主電極部２３ｂは、圧電体Ｐ３の表面上に配置され、それ以外は圧電体Ｐ３内に配置されている。

第一領域Ｒ１は、第二外部電極１４に電圧が印加され、主電極部３４ａ，４４ａと主電極部２３ａとの間に電界が発生することにより、第一方向Ｄ１に沿って伸縮変形する。第三領域Ｒ３は、第三外部電極１５に電圧が印加され、主電極部４５ａと主電極部２３ｂとの間に電界が発生することにより、第一方向Ｄ１に沿って伸縮変形する。第四領域Ｒ４は、第一外部電極１２に電圧が印加され、主電極部３２ａと主電極部２３ｂとの間に電界が発生することにより、第一方向Ｄ１に沿って伸縮変形する。

第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４が、第一方向Ｄ１に沿って互いに独立に伸縮変形することにより、第二領域Ｒ２は、第二方向Ｄ２の一方側又は他方側が湾曲外側となるように湾曲変形する。例えば、第三領域Ｒ３が伸びる方向に変形し、第四領域Ｒ４が縮む方向に変形することにより、第二領域Ｒ２は、第三領域Ｒ３側が湾曲外側となるように湾曲変形する。逆に、第三領域Ｒ３が縮む方向に変形し、第四領域Ｒ４が伸びる方向に変形することにより、第二領域Ｒ２は、第四領域Ｒ４側が湾曲外側となるように湾曲変形する。

すなわち、圧電素子１には駆動時において、第一領域Ｒ１による伸び振動モード（縦振動モード）と、第二領域Ｒ２による撓み振動モード（曲げ振動モード）とが存在する。

摩擦部材３は、本体部２の第二領域Ｒ２側に設けられている。摩擦部材３は、第三領域Ｒ３側の主面２ｂ上に、例えば、接着により取り付けられている。摩擦部材３は、第二方向Ｄ２から見て、第二領域Ｒ２の第一方向Ｄ１の中央部と重なるように配置されている。摩擦部材３は、第三方向Ｄ３に沿って延在する棒状部材であり、被駆動体ＤＲに当接する当接部３ａを有している。摩擦部材３は、例えば、断面矩形状の柱状部材である。摩擦部材３は、例えば、ジルコニア及びアルミナなどのセラミック部材、ＳＵＳ及びタングステン（Ｗ）などの硬い金属から構成されている。摩擦部材３には、ＤＬＣ（Diamond like Carbon）などのコーティングが施されていてもよい。

摩擦部材３は、例えば、断面矩形状を呈している。この場合、当接部３ａが面となり、当接部３ａの面積が広くなるので、所望の摩擦力が得られ易い。摩擦部材３は、例えば、断面半円形状を呈し、平面部分が本体部２に取り付けられ、曲面部分の頂部が当接部３ａを構成していてもよい。この場合、当接部３ａの面積が狭くなるものの、欠け等の損傷が生じ難い。また、被駆動体ＤＲとの平行度に配慮する必要がない。摩擦部材３は、例えば、第一方向Ｄ１の大きさが０．３ｍｍ、第二方向Ｄ２の大きさが０．１ｍｍ、第三方向Ｄ３の大きさが１．０ｍｍ程度に設定されている。

摩擦部材３は、例えば、主面２ｂの対応する位置にセラミックを接着した後、研磨し、研磨面をコーティングすることにより形成される。接着後に研磨することにより、当接部３ａを主面２ａと平行に形成し易く、安定した摩擦力が得られる。また、研磨後に洗浄により砥粒を除去することが好ましい。

続いて、図４を参照して、圧電素子１Ａを適用した圧電アクチュエータ１００Ａの構成について説明する。

図４は、図１の圧電素子を備える圧電アクチュエータの側面図である。図４に示されるように、圧電アクチュエータ１００Ａは、例えば、カメラのレンズを駆動させるために用いられるアクチュエータであって、圧電素子１Ａと、圧電素子１Ａに取り付けられたフレキシブル基板１０１及び固定部１０２と、を備えている。圧電素子１Ａは、摩擦部材３が被駆動体ＤＲと対向するように配置されている。被駆動体ＤＲは、例えば、ジルコニア及びアルミナなどのセラミック部材、ＳＵＳ及びタングステン（Ｗ）などの硬い金属から構成されている。被駆動体ＤＲには、ＤＬＣなどのコーティングが施されていてもよい。

フレキシブル基板１０１は、いわゆるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）である。フレキシブル基板１０１は、導電性樹脂１０３により電極層１１（図１参照）に取り付けられ、主面２ａに押し付けられるように配置されている。なお、導電性樹脂１０３の代わりに半田が用いられてもよい。主面２ａは、第二方向Ｄ２からみて、略全面的にフレキシブル基板１０１に覆われている。なお、フレキシブル基板１０１の代わりに電極層１１にリード線が接続される構成であってもよい。

固定部１０２は、圧電素子１Ａの端面２ｃに取り付けられている。固定部１０２は、圧電素子１Ａを固定するための重りとして機能する剛体であり、例えばタングステン（Ｗ）により構成されている。なお、固定部１０２を使用せず、圧電アクチュエータ１００Ａが適用される装置の筐体などに圧電素子１Ａを取り付けてもよい。

続いて、図５及び図６を参照して圧電アクチュエータ１００Ａの駆動方法について説明する。図５（ａ）は、第一電極の電圧パターンを示す図であり、図５（ｂ）は、第二電極の電圧パターンを示す図であり、図５（ｃ）は、第三電極の電圧パターンを示す図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）では、横軸に時刻、縦軸に電圧が示されている。図６は、圧電アクチュエータの駆動方法について説明するための図である。以下では、第一電極３２に印加される電圧をＶ１、第二電極３４，４４に印加される電圧をＶ２、第三電極４５に印加される電圧をＶ３として説明する。

なお、第一領域Ｒ１は、第二電極３４，４４に正の電圧が印加されると第一方向Ｄ１に沿って縮む方向に変形し、負の電圧が印加されると第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形するように構成されている。第三領域Ｒ３は、第三電極４５に正の電圧が印加されると第一方向Ｄ１に沿って縮む方向に変形し、負の電圧が印加されると第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形するように構成されている。第四領域Ｒ４は、第一電極３２に正の電圧が印加されると第一方向Ｄ１に沿って縮む方向に変形し、負の電圧が印加されると第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形するように構成されている。

図６（ａ）は、圧電アクチュエータ１００Ａの駆動前の状態を示している。（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（０，０，０）であり、第一領域Ｒ１、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４は変形前の状態であるため、摩擦部材３は、被駆動体ＤＲから離間している。

図６（ｂ）は、時刻ｔ１の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ１において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（Ｖ，０，−Ｖ）であるため、第四領域Ｒ４は第一方向Ｄ１に沿って縮む方向に変形し、第三領域Ｒ３は第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形する。これにより、図６（ｂ）に示されるように、第二領域Ｒ２は、第三領域Ｒ３側が湾曲外側となるように湾曲変形し、摩擦部材３が被駆動体ＤＲに当接する。

図６（ｃ）は、時刻ｔ２の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ２において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（Ｖ，−Ｖ，−Ｖ）であるため、第一領域Ｒ１は第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形する。これにより、図６（ｃ）に示されるように、摩擦部材３が被駆動体ＤＲに当接した状態で、第一領域Ｒ１が第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形し、被駆動体ＤＲが第一方向Ｄ１に沿って上方に駆動される。

図６（ｄ）は、時刻ｔ２の状態から時刻ｔ３の状態に遷移する際に、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（０，−Ｖ，０）となる状態を示している。第一領域Ｒ１が伸びる方向に変形した状態で、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４が変形前の状態に戻る。これにより、図６（ｄ）に示されるように、摩擦部材３が被駆動体ＤＲから離間した状態に戻る。

図６（ｅ）は、時刻ｔ３の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ３において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（−Ｖ，−Ｖ，Ｖ）であるため、第四領域Ｒ４は第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形し、第三領域Ｒ３は第一方向Ｄ１に沿って縮む方向に変形する。これにより、図６（ｅ）に示されるように、第二領域Ｒ２は、第四領域Ｒ４側が湾曲外側となるように湾曲変形し、摩擦部材３が被駆動体ＤＲから更に離間する。

図６（ｆ）は、時刻ｔ４の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ４において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（−Ｖ，０，Ｖ）であるため、第一領域Ｒ１が変形前の状態に戻る。これにより、図６（ｆ）に示されるように、摩擦部材３が被駆動体ＤＲから更に離間した状態で、第一領域Ｒ１が第一方向Ｄ１に沿って縮む。

図６（ｇ）は、圧電アクチュエータ１００Ａの駆動後の状態を示している。第一領域Ｒ１、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４は駆動前の状態に戻る。一方、被駆動体ＤＲは、駆動前の状態よりも第一方向Ｄ１に沿って上方に移動された。なお、摩擦部材３を被駆動体ＤＲに当接させる前に、第一領域Ｒ１を第一方向Ｄ１に沿って縮む方向に変形させておいてもよい。これにより、被駆動体ＤＲの駆動量を増やすことができる。

［第二実施形態］
図７は、第二実施形態に係る圧電素子の斜視図である。図７に示される第二実施形態に係る圧電素子１Ｂは、本体部２における電極層１１，２１，３１，４１の構成、及び摩擦部材３の配置の点で主に第一実施形態に係る圧電素子１Ａと相違している。以下では、これらの相違点を中心に説明を行う。

図８は、図７に示される本体部の分解斜視図である。図９は、図７のIX−IX線に沿っての断面図である。図７〜図９に示されるように、電極層１１は、圧電体層１０の上面における端面２ｃ側の端部に設けられている。第一外部電極１２、グラウンド外部電極１３、第二外部電極１４、及び第三外部電極１５は、圧電体層１０の上面における端面２ｃ側の端部において、この順に第三方向Ｄ３に沿って配列されている。

電極層２１では、グラウンド電極２３は、主電極部２３ａと、接続電極部２３ｃと、を備えて構成されている。主電極部２３ａは、圧電体層２０の上面における端面２ｃ側の端部を除く略全領域を覆うように矩形状に形成されている。主電極部２３ａは、第二方向Ｄ２から見て後述の主電極部３４ａと重なる電極部分２３ａ１と、第二方向Ｄ２から見て後述の主電極部３２ａと重なる電極部分２３ａ２と、を含んでいる。接続電極部２３ｃは、主電極部２３ａの端面２ｃ側の端部から突出すると共に、第二方向Ｄ２から見て上方のグラウンド外部電極１３と重なるように矩形状に形成されている。

第一接続電極２２は、圧電体層２０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第一外部電極１２と重なるように矩形状に形成されている。第二接続電極２４は、圧電体層２０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第二外部電極１４と重なるように矩形状に形成されている。第三接続電極２５は、圧電体層２０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第三外部電極１５と重なるように矩形状に形成されている。

電極層３１では、第一電極３２は、主電極部３２ａと、接続電極部３２ｃと、引出し電極部３２ｄと、を備えて構成されている。主電極部３２ａは、本体部２の第一方向Ｄ１の中央位置よりも端面２ｄ側の圧電体層３０の上面の略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部３２ｃは、圧電体層３０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第二外部電極１４と重なるように矩形状に形成されている。引出し電極部３２ｄは、圧電体層３０の第三方向Ｄ３の一端部において、第一方向Ｄ１に沿って延び、主電極部３２ａと接続電極部３２ｃとを接続している。

グラウンド接続電極３３は、圧電体層３０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方のグラウンド外部電極１３と重なるように矩形状に形成されている。第二電極３４は、主電極部３４ａと、接続電極部３４ｃとを備えて構成されている。主電極部３４ａは、主電極部３２ａよりも端面２ｃ側の圧電体層３０の上面の端面２ｃ側の端部を除く略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部３４ｃは、圧電体層３０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第二外部電極１４と重なるように矩形状に形成されている。第三接続電極３５は、圧電体層３０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第三外部電極１５と重なるように矩形状に形成されている。

電極層４１では、第一接続電極４２は、圧電体層４０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第一外部電極１２と重なるように矩形状に形成されている。グラウンド接続電極４３は、圧電体層３０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方のグラウンド外部電極１３と重なるように矩形状に形成されている。

第二電極４４は、主電極部４４ａと、接続電極部４４ｃとを備えて構成されている。主電極部４４ａは、後述の主電極部４５ａよりも端面２ｃ側の圧電体層４０の上面における端面２ｃ側の端部を除く略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部４４ｃは、主電極部４４ａの端面２ｃ側の端部から突出すると共に、第二方向Ｄ２から見て上方の第二外部電極１４と重なるように矩形状に形成されている。

第三電極４５は、主電極部４５ａと、接続電極部４５ｃと、引出し電極部４５ｄと、を備えて構成されている。主電極部４５ａは、第一方向Ｄ１の中央位置よりも端面２ｄ側の圧電体層４０の上面の略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部４５ｃは、圧電体層４０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第三外部電極１５と重なるように矩形状に形成されている。引出し電極部４５ｄは、圧電体層３０の第三方向Ｄ３の他端部において、第一方向Ｄ１に沿って延び、主電極部４５ａと接続電極部４５ｃとを接続している。

圧電素子１Ｂでは、摩擦部材３は端面２ｄ上に配置されている。摩擦部材３は、端面２ｄの第二方向Ｄ２の中央位置において第三方向Ｄ３に沿って延在するように取り付けられている。

続いて、図９を参照して、本体部２が有する各領域について説明する。図９に示されるように、圧電素子１Ｂでは、各領域が電極部分２３ａ１，２３ａ２によって規定される点で、各領域が主電極部２３ａ，２３ｂによって規定される圧電素子１Ａ（図３参照）と相違している。具体的には、第一領域Ｒ１は、最上部の電極部分２３ａ１から、最下部の電極部分２３ａ１までの領域である。第一領域Ｒ１は、圧電体層２０，３０，４０のうち、最上部の電極部分２３ａ１と、最下部の電極部分２３ａ１との間に配置された部分からなる圧電体Ｐ１と、第二方向Ｄ２に沿って互いに対向するように圧電体Ｐ１に配置された、グラウンド電極２３の電極部分２３ａ１と、第二電極３４，４４の主電極部３４ａ，４４ａと、を含んでいる。具体的には、最上部の電極部分２３ａ１及び最下部の電極部分２３ａ１は、圧電体Ｐ１の表面上に配置され、それ以外は圧電体Ｐ１内に配置されている。

第二領域Ｒ２は、最上部の電極部分２３ａ２から、最下部の電極部分２３ａ２までの領域である。第三領域Ｒ３は、境界をなす電極部分２３ａ２から最下部の電極部分２３ａ２までの領域であり、第四領域Ｒ４は、境界をなす電極部分２３ａ２から最上部の電極部分２３ａ２までの領域である。第三領域Ｒ３は、圧電体層２０，４０のうち、境界をなす電極部分２３ａ２と、最下部の電極部分２３ａ２との間に配置された部分からなる圧電体Ｐ２と、第二方向Ｄ２に沿って互いに対向するように圧電体Ｐ２に配置された、グラウンド電極２３の電極部分２３ａ２、第三電極４５の主電極部４５ａと、を含んでいる。具体的には、境界をなす電極部分２３ａ２及び最下部の電極部分２３ａ２は、圧電体Ｐ２の表面上に配置され、それ以外は圧電体Ｐ２内に配置されている。

第四領域Ｒ４は、圧電体層２０，３０のうち境界をなす電極部分２３ａ２と最上部の電極部分２３ａ２との間に配置された部分からなる圧電体Ｐ３と、第二方向Ｄ２に沿って互いに対向するように圧電体Ｐ３に配置された、グラウンド電極２３の電極部分２３ａ２と、第一電極３２の主電極部３２ａとを含んでいる。具体的には、境界をなす電極部分２３ａ２及び最上部の電極部分２３ａ２は、圧電体Ｐ３の表面上に配置され、それ以外は圧電体Ｐ３内に配置されている。

第一領域Ｒ１は、第二外部電極１４に電圧が印加され、主電極部３４ａ，４４ａと電極部分２３ａ１との間に電界が発生することにより、第一方向Ｄ１に沿って伸縮変形する。第三領域Ｒ３は、第三外部電極１５に電圧が印加され、主電極部４５ａと電極部分２３ａ２との間に電界が発生することにより、第一方向Ｄ１に沿って伸縮変形する。第四領域Ｒ４は、第一外部電極１２に電圧が印加され、主電極部３２ａと電極部分２３ａ２との間に電界が発生することにより、第一方向Ｄ１に沿って伸縮変形する。

続いて、図１０を参照して、圧電素子１Ｂを適用した圧電アクチュエータ１００Ｂの構成について説明する。図１０は、図７の圧電素子を備える圧電アクチュエータの側面図である。図１０に示されるように、圧電アクチュエータ１００Ｂは、電極層１１（図７参照）が主面２ａの端面２ｃ側の端部に設けられていることから、フレキシブル基板１０１の配置が圧電アクチュエータ１００Ａと相違している。フレキシブル基板１０１は、主面２ａの端面２ｃ側の端部に押し付けられるように配置されている。また、圧電アクチュエータ１００Ｂでは、摩擦部材３が端面２ｄに設けられていることから、被駆動体ＤＲが第一方向Ｄ１に沿って端面２ｄと対向するように配置されている。

続いて、図５及び図１１を参照して圧電アクチュエータ１００Ｂの駆動方法について説明する。図１１は、図１０の圧電アクチュエータの駆動方法を説明するための図である。

図１１（ａ）は、圧電アクチュエータ１００Ｂの駆動前の状態を示している。（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（０，０，０）であり、第一領域Ｒ１、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４は変形前の状態であるため、摩擦部材３は、被駆動体ＤＲから離間している。

図１１（ｂ）は、時刻ｔ１の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ１において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（Ｖ，０，−Ｖ）であるため、第四領域Ｒ４は第一方向Ｄ１に沿って縮む方向に変形し、第三領域Ｒ３は第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形する。これにより、図１１（ｂ）に示されるように、第二領域Ｒ２は、第三領域Ｒ３側が湾曲外側となるように湾曲変形する。

図１１（ｃ）は、時刻ｔ２の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ２において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（Ｖ，−Ｖ，−Ｖ）であるため、第一領域Ｒ１は第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形する。これにより、図１１（ｃ）に示されるように、第二領域Ｒ２が湾曲変形した状態で、摩擦部材３が被駆動体ＤＲに当接する。

図１１（ｄ）は、時刻ｔ２の状態から時刻ｔ３の状態に遷移する際に、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（０，−Ｖ，０）となる状態を示している。第一領域Ｒ１が伸びる方向に変形した状態で、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４が変形前の状態に戻る。これにより、図１１（ｄ）に示されるように、被駆動体ＤＲが第二方向Ｄ２に沿って駆動される。

図１１（ｅ）は、時刻ｔ３の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ３において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（−Ｖ，−Ｖ，Ｖ）であるため、第四領域Ｒ４は第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形し、第三領域Ｒ３は第一方向Ｄ１に沿って縮む方向に変形する。これにより、図１１（ｅ）に示されるように、第二領域Ｒ２は、第四領域Ｒ４側が湾曲外側となるように湾曲変形し、被駆動体ＤＲが第二方向Ｄ２に沿って更に駆動される。

図１１（ｆ）は、時刻ｔ４の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ４において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（−Ｖ，０，Ｖ）であるため、第一領域Ｒ１は変形前の状態に戻る。これにより、図１１（ｆ）に示されるように、第二領域Ｒ２が湾曲した状態で、第一領域Ｒ１が第一方向Ｄ１に沿って縮む。

図１１（ｇ）は、圧電アクチュエータ１００Ｂの駆動後の状態を示している。第一領域Ｒ１、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４は駆動前の状態に戻る。一方、被駆動体ＤＲは、駆動前の状態より第二方向Ｄ２に沿って移動された。

［第三実施形態］
図１２は、第三実施形態に係る圧電素子の本体部の分解斜視図である。図１３は、第三実施形態に係る圧電素子の断面図である。図１２及び図１３に示される第三実施形態に係る圧電素子１Ｃは、電極層４１の構成の点で、第二実施形態に係る圧電素子１Ｂと、主に相違している。以下では、この相違点を中心に説明を行う。

電極層４１は、それぞれが電気的に絶縁された第一電極４２、グラウンド接続電極４３、第二接続電極４４、及び第三電極４５を有している。第一電極４２の構成は、電極層３１における第一電極３２の構成と同等であり、第二方向Ｄ２から見て、第一電極４２は第一電極３２と一致している。すなわち、第一電極４２は、主電極部４２ａと、接続電極部４２ｃと、引出し電極部４２ｄと、を備えて構成されている。主電極部４２ａは、本体部２の第一方向Ｄ１の中央位置よりも端面２ｄ側の圧電体層４０の上面の略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部４２ｃは、圧電体層４０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第一外部電極１２と重なるように矩形状に形成されている。引出し電極部４２ｄは、圧電体層４０の第三方向Ｄ３の一端部において、第一方向Ｄ１に沿って延び、主電極部４２ａと接続電極部４２ｃとを接続している。

グラウンド接続電極４３は、圧電体層４０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方のグラウンド外部電極１３と重なるように矩形状に形成されている。第二接続電極４４は、圧電体層４０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第二外部電極１４と重なるように矩形状に形成されている。第三電極４５は、主電極部４５ａと、接続電極部４５ｃとを備えて構成されている。主電極部４５ａは、主電極部４２ａよりも端面２ｃ側の圧電体層４０の上面における端面２ｃ側の端部を除く略全領域を覆うように矩形状に形成されている。接続電極部４５ｃは、圧電体層４０の上面における端面２ｃ側の端部において、第二方向Ｄ２から見て上方の第三外部電極１５と重なるように矩形状に形成されている。

続いて、図１３を参照して、本体部２が有する各領域について説明する。図１３に示されるように、圧電素子１Ｃは、第一領域Ｒ１が端面２ｄ側の領域であり、第二領域Ｒ２が端面２ｃ側の領域である点、この結果、摩擦部材３が設けられるのは本体部２の第一領域Ｒ１側となる点で、圧電素子１Ｂと主に相違している。具体的には、第一領域Ｒ１は、最上部の電極部分２３ａ２から、最下部の電極部分２３ａ２までの領域である。第一領域Ｒ１は、圧電体層２０，３０，４０のうち、最上部の電極部分２３ａ２と、最下部の電極部分２３ａ２との間に配置された部分からなる圧電体Ｐ１と、第二方向Ｄ２に沿って互いに対向するように圧電体Ｐ１に配置された、グラウンド電極２３の電極部分２３ａ２と、第一電極３２，４２の主電極部３２ａ，４２ａと、を含んでいる。具体的には、最上部の電極部分２３ａ２及び最下部の電極部分２３ａ２は、圧電体Ｐ１の表面上に配置され、それ以外の電極部は圧電体Ｐ１内に配置されている。

第二領域Ｒ２は、最上部の電極部分２３ａ１から、最下部の電極部分２３ａ１までの領域である。第三領域Ｒ３は、境界をなす電極部分２３ａ１から最下部の電極部分２３ａ１までの領域であり、第四領域Ｒ４は、境界をなす電極部分２３ａ１から最上部の電極部分２３ａ１までの領域である。第三領域Ｒ３は、圧電体層２０，４０のうち、境界をなす電極部分２３ａ１と、最下部の電極部分２３ａ１との間に配置された部分からなる圧電体Ｐ２と、第二方向Ｄ２に沿って互いに対向するように圧電体Ｐ２に配置された、グラウンド電極２３の電極部分２３ａ１、第三電極４５の主電極部４５ａと、を含んでいる。具体的には、境界をなす電極部分２３ａ１及び最下部の電極部分２３ａ１は、圧電体Ｐ２の表面上に配置され、それ以外は圧電体Ｐ２内に配置されている。

第四領域Ｒ４は、圧電体層２０，３０のうち境界をなす電極部分２３ａ１と最上部の電極部分２３ａ１との間に配置された部分からなる圧電体Ｐ３と、第二方向Ｄ２に沿って互いに対向するように圧電体Ｐ３に配置された、グラウンド電極２３の電極部分２３ａ１と、第二電極３４の主電極部３４ａとを含んでいる。具体的には、境界をなす電極部分２３ａ１及び最上部の電極部分２３ａ１は、圧電体Ｐ３の表面上に配置され、それ以外は圧電体Ｐ３内に配置されている。

第一領域Ｒ１は、第一外部電極１２に電圧が印加され、主電極部３２ａと電極部分２３ａ２との間に電界が発生することにより、第一方向Ｄ１に沿って伸縮変形する。第三領域Ｒ３は、第三外部電極１５に電圧が印加され、主電極部４５ａと電極部分２３ａ１との間に電界が発生することにより、第一方向Ｄ１に沿って伸縮変形する。第四領域Ｒ４は、第二外部電極１４に電圧が印加され、主電極部３４ａと電極部分２３ａ１との間に電界が発生することにより、第一方向Ｄ１に沿って伸縮変形する。

続いて、図５及び図１４を参照して圧電素子１Ｃを適用した圧電アクチュエータ１００Ｃの駆動方法について説明する。図１４は、第三実施形態に係る圧電アクチュエータの駆動方法について説明する側面図である。圧電アクチュエータ１００Ｃの構成は、圧電素子１Ｂの代わりに圧電素子１Ｃを備える点で圧電アクチュエータ１００Ｂの構成と相違し、その他の点で一致している。

図１４（ａ）は、圧電アクチュエータ１００Ｃの駆動前の状態を示している。（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（０，０，０）であり、第一領域Ｒ１、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４は変形前の状態であるため、摩擦部材３は、被駆動体ＤＲから離間している。

図１４（ｂ）は、時刻ｔ１の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ１において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（Ｖ，０，−Ｖ）であるため、第四領域Ｒ４は第一方向Ｄ１に沿って縮む方向に変形し、第三領域Ｒ３は第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形する。これにより、図１４（ｂ）に示されるように、第二領域Ｒ２は、第三領域Ｒ３側が湾曲外側となるように湾曲変形する。

図１４（ｃ）は、時刻ｔ２の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ２において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（Ｖ，−Ｖ，−Ｖ）であるため、第一領域Ｒ１は第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形する。これにより、図１４（ｃ）に示されるように、第二領域Ｒ２が湾曲変形した状態で、摩擦部材３が被駆動体ＤＲに当接する。

図１４（ｄ）は、時刻ｔ２の状態から時刻ｔ３の状態に遷移する際に、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（０，−Ｖ，０）となる状態を示している。第一領域Ｒ１が伸びる方向に変形した状態で、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４が変形前の状態に戻る。これにより、図１４（ｄ）に示されるように、被駆動体ＤＲが第二方向Ｄ２に沿って駆動される。

図１４（ｅ）は、時刻ｔ３の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ３において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（−Ｖ，−Ｖ，Ｖ）であるため、第四領域Ｒ４は第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形し、第三領域Ｒ３は第一方向Ｄ１に沿って縮む方向に変形する。これにより、図１４（ｅ）に示されるように、第二領域Ｒ２は、第四領域Ｒ４側が湾曲外側となるように湾曲変形し、被駆動体ＤＲが第二方向Ｄ２に沿って更に駆動される。

図１４（ｆ）は、時刻ｔ４の状態を示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ４において、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）＝（−Ｖ，０，Ｖ）であるため、第一領域Ｒ１は変形前の状態に戻る。これにより、図１４（ｆ）に示されるように、第二領域Ｒ２が湾曲した状態で、第一領域Ｒ１が第一方向Ｄ１に沿って縮む。

図１４（ｇ）は、圧電アクチュエータ１００Ｃの駆動後の状態を示している。第一領域Ｒ１、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４は駆動前の状態に戻る。一方、被駆動体ＤＲは、駆動前の状態より第二方向に沿って移動された。

以上説明したように、圧電素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、本体部２が、伸縮変形する第一領域Ｒ１と、湾曲変形する第二領域Ｒ２とを備えている。このため、圧電素子１Ａでは、第二領域Ｒ２を湾曲変形させ、湾曲外側となる主面２ｂを被駆動体ＤＲに当接させた状態で、第一領域Ｒ１を伸縮変形させることにより、第一方向Ｄ１に沿って被駆動体ＤＲを変位させることができる。また、圧電素子１Ｂ，１Ｃでは、第一領域Ｒ１を伸びる方向に変形させて、端面２ｄを被駆動体ＤＲに当接させた状態で、第二領域Ｒ２を湾曲変形させることにより、被駆動体ＤＲを第二方向Ｄ２に沿って変位させることができる。このように圧電素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、被駆動体ＤＲに当接する力と、被駆動体ＤＲを駆動する力とを別々に制御することができるため、各力の調整が容易となる。これにより、被駆動体ＤＲを安定して変位させることができるので、信頼性が高まる。また、摩擦部材３を被駆動体ＤＲに当接させた後、被駆動体ＤＲを駆動することができるので、摩擦部材３と被駆動体ＤＲとの摩擦が静摩擦となる。この結果、摩擦部材３と被駆動体ＤＲとの摩擦が動摩擦である場合と比べて、摩擦部材３の耐摩耗性が向上する。

圧電素子１Ａでは、被駆動体ＤＲの駆動が第一領域Ｒ１の伸縮変形により行われるため、駆動力が高い。また、圧電素子１Ａでは、摩擦部材３の被駆動体ＤＲへの当接が第二領域Ｒ２の湾曲変形により行われるため、摩擦力が低くなり易いものの、圧電アクチュエータ１００Ａでは、フレキシブル基板１０１が主面２ａに押し付けられるように配置されているため、摩擦力が十分に保たれる。

図１５は、フレキシブル基板の押し付け力が本体部の変形に及ぼす影響を説明するための図である。なお、摩擦部材３（図４参照）は図示が省略されている。圧電素子１Ａでは、図１５（ａ）に示されるように、押し付け力が強い場合は、摩擦部材３を十分な力で被駆動体ＤＲ（図４参照）に当接させることができる。図１５（ｂ）に示されるように、押し付け力が弱い場合は、摩擦部材３を被駆動体ＤＲに十分な力で当接させることができない。図１５（ｃ）に示されるように、押し付け力がない場合は、本体部２が被駆動体ＤＲから離れるように変形し、摩擦部材３を被駆動体ＤＲに当接させることができない懼れがある。

圧電素子１Ｂでは、第二領域Ｒ２が被駆動体ＤＲ側に配置され、被駆動体ＤＲに近い位置で湾曲変形する。このため、第二領域Ｒ２の湾曲変形により、第一領域Ｒ１まで動かす必要がない。圧電素子１Ｃでは、第二領域Ｒ２が固定部１０２側に配置され、被駆動体ＤＲから遠い位置で湾曲変形する。このため、第二領域Ｒ２の湾曲変形により、第一領域Ｒ１まで動かされ、被駆動体ＤＲの変位量が大きくなる。

圧電素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、第二領域Ｒ２は、第二方向Ｄ２に沿って並んだ第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４を有し、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４は、第一方向Ｄ１に沿って互いに独立に伸縮変形する。このため、第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４のうち一方を第一方向Ｄ１に沿って伸びる方向に変形させると共に、他方を縮む方向に変形させることができる。これにより、第二領域Ｒ２を容易に湾曲変形させることができる。

圧電素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、グラウンド電極２３以外に、互いに異なる電位の３つの電極として第一電極と、第二電極と、第三電極とが設けられていればよいので、電極の構成を簡単にすることができる。

圧電素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、摩擦部材３を備えるので、本体部２の摩耗を抑制することができる。また、圧電素子１Ａでは、摩擦部材３は、第二方向Ｄ２から見て、第二領域Ｒ２の第一方向Ｄ１の中央部と重なるように配置されている。第二領域Ｒ２の第一方向Ｄ１の中央部は、最も湾曲による撓みが大きくなる部分であるため、この配置によれば、摩擦部材３の被駆動体ＤＲへの当接力が高くなる。なお、摩擦部材３の配置がこれ以外であってもよい。

圧電素子１Ａでは、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２それぞれにおける電極の配置が上下対称となっている。すなわち、第一領域Ｒ１における各主電極部２３ａ，３４ａ，４４ａが、第二方向Ｄ２から見て、互いに完全に重なり合うと共に、第二領域Ｒ２における各主電極部２３ｂ，３２ａ，４５ａは、第二方向Ｄ２から見て、互いに完全に重なり合う。このため、第一領域Ｒ１における圧電的に活性な圧電体層（活性層）の配置が上下対称となると共に、第二領域Ｒ２における活性層の配置が上下対称となる。この結果、圧電素子１Ａでは、上下対象な理想的な駆動を行うことができる。

これに対して、圧電素子１Ｂでは、第一領域Ｒ１における各主電極部３４ａ，４４ａ、電極部分２３ａ１は、第二方向Ｄ２から見て、互いに完全には重なり合わない。このため、第一領域Ｒ１における活性層の配置が非上下対称となる。また、圧電素子１Ｃでは、第二領域Ｒ２における主電極部３４ａ，４５ａ、電極部分２３ａ１は、第二方向Ｄ２から見て、互いに完全には重なり合わない。このため、第一領域Ｒ１における活性層の配置が上下非対称となる。この結果、圧電素子１Ｂ，１Ｃでは、上下対象な理想的な駆動を行い難い。

また、圧電素子１Ａでは、本体部２の第一方向Ｄ１の中央部に外部電極である電極層１１が配置されているため、電極層１１に設けられた導電性樹脂１０３が抵抗となり、本体部２の変形が拘束される懼れがある。これに対して、圧電素子１Ｂ，１Ｃでは、電極層１１が本体部２の固定部１０２側の端部にまとめて配置されているため、電極層１１に設けられた導電性樹脂１０３が抵抗となり難く、本体部２の変形が拘束される懼れが少ない。また、圧電素子１Ａでは、本体部２における第一方向Ｄ１の中央部が圧電的に不活性な圧電体層（不活性層）となる。これに対して、圧電素子１Ｂ，１Ｃでは、不活性層を本体部２における固定部１０２側の端部にまとめることができるため、圧電素子１Ａに比べて、不活性層による駆動時の抵抗を減らすことができる。

また、圧電素子１Ａでは、電極層１１が全て本体部２の第一方向Ｄ１の中央部に配置されているため、圧電素子１Ｂにおける引出し電極部３２ｄ，４５ｄ及び圧電素子１Ｃにおける引出し電極部３２ｄ，４２ｄのように接続電極部と主電極部とを接続する電極部を設ける必要がない。このため、圧電素子１Ａでは、圧電素子１Ｂ，１Ｃに比べて各主電極部の面積を大きくして、活性層を増やすことができる。この結果、駆動量を増やすことができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、圧電素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、必ずしも摩擦部材３を備えていなくてもよい。この場合、本体部２における被駆動体ＤＲと当接する部分には、摩耗を抑制するためＤＬＣなどのコーティングが施されていてもよい。例えば、圧電素子１Ａの場合は主面２ｂ、圧電素子１Ｂ，１Ｃの場合は端面２ｄにコーティングが施されてもよい。ＤＬＣは熱伝導率が高いため、仮に本体部２が発熱しても被駆動体ＤＲに熱が逃げ易くなり、信頼性が向上する。ただし、本体部２の変形がコーティングに拘束されて、変位が減少する懼れがある。また、本体部２では、最も湾曲による撓みが大きくなる部分だけでなく、その周辺部分も被駆動体ＤＲと当接し易い。このため、本体部２の広範囲において摩耗が生じると共に、発熱が大きくなり易い。

圧電素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２の第一方向Ｄ１に沿う長さは、互いに異なっていてもよい。この場合、被駆動体ＤＲを駆動する力の大きさ、及び被駆動体ＤＲに当接する力の大きさの調整が容易となる。圧電素子１Ａでは、第一領域Ｒ１の第一方向Ｄ１に沿う長さが長いほど、被駆動体ＤＲを駆動する力が強くなり、第二領域Ｒ２の第一方向Ｄ１に沿う長さが長いほど、被駆動体ＤＲに当接する力が強くなる。圧電素子１Ｂ，１Ｃでは、第一領域Ｒ１の第一方向Ｄ１に沿う長さが長いほど、被駆動体ＤＲに当接する力が強くなり、第二領域Ｒ２の第一方向Ｄ１に沿う長さが長いほど、被駆動体ＤＲを駆動する力が強くなる。

圧電素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、第二領域Ｒ２は湾曲変形するように構成されていればよく、例えば、第二領域Ｒ２は第三領域Ｒ３及び第四領域Ｒ４のいずれか一方のみを有していてもよい。この場合、第二領域Ｒ２の活性層が減るため、変位量が減るものの、電極数を削減することができる。

図１６は、第三実施形態に係る圧電素子の変形例を示す断面図である。図１６に示されるように、変形例に係る圧電素子１Ｄでは、摩擦部材３が主面２ａの端面２ｄ側の端部に設けられている点で、圧電素子１Ｃと相違しており、本体部２の構成は一致している。圧電素子１Ｄは、圧電素子１Ａと同様に、被駆動体ＤＲを第一方向Ｄ１に沿って駆動させることができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…圧電素子、２…本体部、３…摩擦部材、Ｒ１…第一領域、Ｒ２…第二領域、Ｒ３…第三領域、Ｒ４…第四領域、３２，４２…第一電極、３４，４４…第二電極、４５…第三電極、２３…グラウンド電極。

Claims (7)

1. 所定方向に沿って並んだ第一領域及び第二領域を有する本体部を備え、
   前記第一領域は、前記所定方向に沿って伸縮変形し、
   前記第二領域は、前記所定方向に交差する交差方向の一方側又は他方側が湾曲外側となるように湾曲変形し、
   前記第二領域は、前記交差方向に沿って並んだ第三領域及び第四領域を有し、
   前記第三領域及び第四領域は、前記所定方向に沿って互いに独立に伸縮変形し、
   前記第一領域は、第一圧電体と、互いに対向するように前記第一圧電体に配置された第一電極及び第二電極と、を含み、
   前記第三領域は、第二圧電体と、互いに対向するように前記第二圧電体に配置された第三電極及び第四電極と、を含み、
   前記第四領域は、第三圧電体と、互いに対向するように前記第三圧電体に配置された第五電極及び第六電極と、を含む、圧電素子。
2. 前記第二電極と、前記第四電極と、前記第六電極とは、グラウンド電極である、請求項１に記載の圧電素子。
3. 所定方向に沿って並んだ第一領域及び第二領域を有する本体部を備え、
   前記第一領域は、前記所定方向に沿って伸縮変形し、
   前記第二領域は、前記所定方向に交差する交差方向の一方側又は他方側が湾曲外側となるように湾曲変形し、
   前記本体部は、複数の圧電体層が前記交差方向に沿って積層された１つの積層体として構成されている、圧電素子。
4. 前記第二領域は、前記交差方向に沿って並んだ第三領域及び第四領域を有し、
   前記第三領域及び第四領域は、前記所定方向に沿って互いに独立に伸縮変形する、請求項３に記載の圧電素子。
5. 前記本体部に設けられ、被駆動体に当接される摩擦部材を更に備えている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子。
6. 前記摩擦部材は、前記第二領域側に設けられている、請求項５に記載の圧電素子。
7. 前記第一領域の前記所定方向に沿う長さと、前記第二領域の前記所定方向に沿う長さとは、互いに異なっている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電素子。
   

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