(57)【要約】  角柱状の圧電素子本体２と該圧電素子本体２の側面の少なくとも２ヶ所以上に設けられた外部表面電極α，β，γ，δとを有する圧電アクチュエータ１であって、分極時には隣り合う外部表面電極αとγ，δまたはβとγ，δを用いて分極し、動作時には対向する電極αとβ同士、または電極γとδ同士に交番電圧を印加して動作させる。
2012073958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の側面を有する角柱状の圧電素子本体と、
前記圧電素子本体の前記複数の側面の少なくとも３つに設けられた複数の外部表面電極を備えている、圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記圧電素子本体は、長手方向に延びる貫通穴を有する、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記圧電素子本体の前記貫通穴に光ファイバが装着されている、請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記圧電素子本体の外側面に光ファイバが装着されている、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記圧電素子本体の前記複数の側面は互いに対向する少なくとも２対の側面を含み、前記複数の外部表面電極は前記２対の側面にそれぞれ設けられている、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法であり、
前記複数の外部表面電極の２つから構成される１組の間に直流電圧を印加して前記圧電素子本体を分極させる分極工程と、
前記複数の外部表面電極の２つから構成される別の１組の間に交番電圧を印加して前記圧電素子本体を湾曲振動させる動作工程を有している、駆動方法。
【請求項７】
前記圧電素子本体の前記複数の側面は互いに対向する２対の側面を含み、前記複数の外部表面電極は前記２対の側面にそれぞれ設けられており、
前記分極工程は、隣り合う外部表面電極の間に直流電圧を印加して前記圧電素子本体を分極させ、
前記動作工程は、対向する外部表面電極の間に交番電圧を印加して前記圧電素子本体を湾曲振動させる、請求項６に記載の駆動方法。
【請求項８】
複数の側面を有する角柱状の圧電素子本体と、
前記圧電素子本体の前記複数の側面の少なくとも１つに設けられた、２つの櫛歯状の電極から構成されている交差指電極を備えている、圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記圧電素子本体は、長手方向に延びる貫通穴を有する、請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記圧電素子本体の前記貫通穴に光ファイバが装着されている、請求項９に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
前記圧電素子本体の外側面に光ファイバが装着されている、請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
その各々が２つの櫛歯状の電極から構成されている複数の交差指電極を備えており、前記圧電素子本体の前記複数の側面は互いに対向する少なくとも２対の側面を含み、前記複数の交差指電極は、各対の側面の一方にそれぞれ設けられている、請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
その各々が２つの櫛歯状の電極から構成されている複数の交差指電極を備えており、前記圧電素子本体の前記複数の側面は互いに対向する少なくとも２対の側面を含み、前記複数の交差指電極は、前記２対の側面にそれぞれ設けられている、請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１４】
請求項８に記載の圧電アクチュエータの駆動方法であり、
前記交差指電極の櫛歯状の電極の間に直流電圧を印加して前記圧電素子本体を分極させる分極工程と、
前記交差指電極の櫛歯状の電極の間に交番電圧を印加して前記圧電素子本体を湾曲振動させる動作工程を有している、駆動方法。
【請求項１５】
その各々が２つの櫛歯状の電極から構成されている複数の交差指電極を備えており、前記圧電素子本体の前記複数の側面は互いに対向する２対の側面を含み、前記複数の交差指電極は各対の側面の一方にそれぞれ設けられており、
前記分極工程は、各交差指電極の櫛歯状の電極の間に直流電圧を印加して前記圧電素子本体を分極させ、
前記動作工程は、各交差指電極の櫛歯状の電極の間に交番電圧を印加して前記圧電素子本体を湾曲振動させる、請求項１４に記載の駆動方法。
【請求項１６】
その各々が２つの櫛歯状の電極から構成されている複数の交差指電極を備えており、前記圧電素子本体の前記複数の側面は互いに対向する２対の側面を含み、前記複数の交差指電極は前記２対の側面にそれぞれ設けられており、
前記分極工程は、各交差指電極の櫛歯状の電極の間に直流電圧を印加して前記圧電素子本体を分極させ、
前記動作工程は、各交差指電極の櫛歯状の電極の間に交番電圧を印加して前記圧電素子本体を湾曲振動させる、請求項１４に記載の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いた圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡のような小径の観察装置において、光伝送用ファイバを用いた光走査を行う際に光ファイバを屈曲振動させるアクチュエータとして圧電素子を用いた圧電アクチュエータが使用される場合がある。光ファイバを屈曲振動させるアクチュエータとしては、特開２００９−２１２５１９号公報に開示されたものがある。【０００３】
この圧電アクチュエータでは、円筒状の圧電素子の外周面に、外部表面電極が周方向に４つに分割されてそれぞれ長手方向（円筒の中心軸方向）に延設されている。これにより４つに分極された外部表面電極が形成されている。さらに、円筒状の圧電素子の中央に設けられた貫通穴の内周面には、ＧＮＤとなる内部表面電極を設けて構成されている。【０００４】
圧電アクチュエータの分極時には、外部表面電極とＧＮＤ間に直流電圧が印加されることで分極が形成される。圧電アクチュエータの動作時には、Ｘ方向の２つ１組の外部表面電極とＧＮＤ間に交番電圧が印加されることで圧電素子の一つがが伸び領域、別の一つが縮み領域となり逆の歪が発生する。これにより、圧電素子はＸ方向の屈曲共振振動を行なう。同様に、Ｙ方向の２つ１組の外部表面電極とＧＮＤ間に交番電圧が印加されることで圧電素子はＹ方向の屈曲共振振動を行なう。その結果、光ファイバをＸ方向とＹ方向とに屈曲振動させ、Ｘ方向とＹ方向とに光走査を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１２５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特開２００９−２１２５１９号公報で開示された圧電アクチュエータは、円筒状の圧電素子の外径が例えば１ｍｍ以下程度の小径の円筒体が使用される。しかしながら、小径の円筒体の外周面に外部表面電極を周方向に４つに分割して形成する成形加工が難しく、その作業に大きな手間がかかっている。また、円筒状の圧電素子の内径は、例えば５０μｍ〜５００μｍ程度である。そのため、円筒状の圧電素子の貫通穴の内周面に内部表面電極を設ける加工時には、小径な円筒体の筒内にメッキ液を流入させることが難しいので、小径な円筒体の筒内にメッキにより内部表面電極を設ける成形加工が難しく、その作業にも同様に大きな手間がかかっている。【０００７】
本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的は、圧電素子の外部表面電極を比較的簡単に設けることを可能にし、また内部表面電極を必要としない圧電アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一局面の態様は圧電アクチュエータであり、この圧電アクチュエータは、複数の側面を有する角柱状の圧電素子本体と、前記圧電素子本体の前記複数の側面の少なくとも３つに設けられた複数の外部表面電極を備えている。【０００９】
本発明の別の態様は、この圧電アクチュエータの駆動方法であり、駆動方法は、前記複数の外部表面電極の２つから構成される１組の間に直流電圧を印加して前記圧電素子本体を分極させる分極工程と、前記複数の外部表面電極の２つから構成される別の１組の間に交番電圧を印加して前記圧電素子本体を湾曲振動させる動作工程を有している。【００１０】
本発明のまた別の態様は圧電アクチュエータであり、この圧電アクチュエータは、複数の側面を有する角柱状の圧電素子本体と、前記圧電素子本体の前記複数の側面の少なくとも１つに設けられた、２つの櫛歯状の電極から構成されている交差指電極を備えている。【００１１】
本発明のまたさらに別の態様は、この圧電アクチュエータの駆動方法であり、この駆動方法は、前記交差指電極の櫛歯状の電極の間に直流電圧を印加して前記圧電素子本体を分極させる分極工程と、前記交差指電極の櫛歯状の電極の間に交番電圧を印加して前記圧電素子本体を湾曲振動させる動作工程を有している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧電素子の外部表面電極を比較的簡単に設けることを可能にし、また内部表面電極を必要としない圧電アクチュエータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１の実施の形態の圧電アクチュエータの全体の概略構成を示す側面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第１の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の側面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態の圧電アクチュエータの電気回路を示す概略構成図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態の圧電アクチュエータの動作状態を説明するための概略構成図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１の実施の形態の圧電アクチュエータの外部表面電極α−β間に交番電圧Ｖ１を印加する場合に圧電素子本体に作用する電場（電気力線）Ｅと分極の成分との関係を説明する説明図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第１の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の伸び領域ｍと縮み領域ｎとを説明する説明図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第１の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の第１の屈曲振動を説明する説明図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第１の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の第１の屈曲振動を説明する説明図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１の実施の形態の圧電アクチュエータによる光ファイバの動作状態を示し、圧電素子本体の片端固定の１次共振モードの場合のＡ方向の共振振動を示す側面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１の実施の形態の圧電アクチュエータによる光ファイバの動作状態を示し、圧電素子本体の片端固定の１次共振モードの場合のＢ方向の共振振動を示す側面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、第１の実施の形態の圧電アクチュエータによる光ファイバのスパイラル軌道を示す特性図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第２の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第２の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の側面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第３の実施の形態の圧電アクチュエータの全体の概略構成を示す側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第３の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の平面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、第３の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の側面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第４の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第４の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、第４の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の図１０ＢのＸＣ−ＸＣ線断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、第４の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の第１の屈曲振動および第２の屈曲振動を説明する圧電素子本体の平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、第４の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の側面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、第４の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の図１１ＢのＸＩＣ−ＸＩＣ線断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第５の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第５の実施の形態の圧電アクチュエータの圧電素子本体の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施の形態］  
（構成）  
図１，２Ａ，２Ｂ，３，４，５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，７Ｃは、第１の実施の形態を示す。図１は、例えば内視鏡のような小径の観察装置において、可撓性と光導特性を有する光伝送用ファイバを用いた光走査を行うのに適した本実施の形態の圧電アクチュエータ１の全体の概略構成を示す側面図である。
【００１５】
本実施の形態の圧電アクチュエータ１は、角柱状の圧電素子本体２を有する。圧電素子本体２の基材は、チタン酸ジルコン酸鉛（以降ＰＺＴと称す）セラミックである。図２Ｂに示すように本実施の形態の圧電素子本体２の長さはＬである。図２Ａに示すように圧電素子本体２の横断面形状は、縦の長さがａ、横の長さがａの正方形で、圧電素子本体２の中央（軸心部）には、圧電素子本体２の長手方向に延びる貫通穴３が設けられている。
【００１６】
圧電素子本体２の４側面には、それぞれ銀電極により外部表面電極α，β，γ，δが設けられる。ここで、圧電素子本体２の一側面には外部表面電極α、反対側の他側面には外部表面電極βがそれぞれ配置され、残りの一側面には外部表面電極γ、反対側の他側面には外部表面電極δがそれぞれ配置されている。
【００１７】
外部表面電極α，β，γ，δの銀電極は、通常のマスクを用いた印刷方式により設けられる。圧電素子本体２の各側面の上端部および下端部には、沿面放電防止のためにわずかの長さｈ１の絶縁部４ａを設けている。同様に、圧電素子本体２の各側面の両側部には、沿面放電防止のためにわずかの長さｈ２の絶縁部４ｂを設けている。なお、ｈ１＝ｈ２でもよく、ｈ１とｈ２が異なっていてもよい。
【００１８】
貫通穴３の内部には光ファイバ５が装着されている。光ファイバ５は、図１中で上端部が圧電素子本体２の上端面から適宜の長さｄだけ上側に突出された状態で、圧電素子本体２に接着により固定されている。なお、圧電素子本体２の貫通穴３の内部には電極は設けない。
【００１９】
次に、圧電アクチュエータ１の分極について図３を参照して説明する。図３中で、直流電源６の正極には、外部表面電極αとβが接続され、直流電源６の負極には、外部表面電極γとδが接続されている。外部表面電極αとβに正極、外部表面電極γとδに負極の高直流電圧Ｖ０を印加する。その結果、図３中にＰで示したように外部表面電極αから隣り合う外部表面電極γおよびδに向かうベクトルの分極が生じる。同様に、外部表面電極βから隣り合う外部表面電極γおよびδに向かうベクトルの分極が生じる。
【００２０】
（作用）  
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の圧電アクチュエータ１を駆動する場合、図４に示すように外部表面電極α−β間に交番電圧Ｖ１、および／またはγ−δ間に交番電圧Ｖ２を印加する。
【００２１】
例えば、圧電素子本体２の外部表面電極α−β間に交番電圧Ｖ１を印加する場合を説明する。この場合は、図５Ａに示すように、圧電素子本体２の外部表面電極α−β間に作用する電場（電気力線）Ｅに対して、それと平行な分極の成分（破線矢印で示す）がきいてきて、図５Ｂに示すように長さ方向（Ｌ方向）を含む圧電素子本体２の半分は伸び領域ｍ、別の半分は縮み領域ｎとなる。なお、説明を分かり易くするために、図５Ａ，５Ｂでは中央の貫通穴３を省略している。このとき、圧電素子本体２に歪が生じ、圧電素子本体２は、図６Ａ中で、例えば想像線で示すように下端部を固定端として上側が中心線に対して左側方向に湾曲する状態に変形する。なお、図６Ａは、図５Ａ中で、外部表面電極γ側から見た圧電素子本体２の変位状態を示す。
【００２２】
ここで、外部表面電極α−β間に印加される電圧は交番電圧であるから、残りの半周期では圧電素子本体２に全く逆の歪が生じ、反対方向に屈曲する。これにより、図６Ａ中で、例えば実線で示すように下端部を固定端として上側が中心線に対して右側方向に湾曲する状態に変形する。
【００２３】
その結果、圧電素子本体２は、図６Ａに示すように、図６Ａ中で、下端部を固定端として上側が矢印Ａに示す通り左右方向に屈曲振動する（圧電素子本体２の第１の屈曲振動）。
【００２４】
外部表面電極γ−δ間に交番電圧Ｖ２を印加する場合も同様である。図６Ｂは、図５Ａ中で、外部表面電極β側から見た圧電素子本体２の変位状態を示す。これにより、結果として、図６Ｂに示すように図６Ｂ中で、下端部を固定端として上側が矢印Ｂに示す通り左右方向に屈曲振動する（圧電素子本体２の第２の屈曲振動）。
【００２５】
次に、図７Ａ，７Ｂ，７Ｃを参照して光ファイバ５の動作について説明する。圧電アクチュエータ１が上述したとおり図６Ａ，６Ｂに示した動作（圧電素子本体２の第１の屈曲振動および第２の屈曲振動）をすると、光ファイバ５は図７Ａに示すＡ方向の屈曲共振振動、または図７Ｂに示すＢ方向の屈曲共振振動を行なう。
【００２６】
これらの光ファイバ５の共振周波数近傍の周波数を有する交番電圧を圧電アクチュエータ１に印加する。これらの振動は図１に示すように光ファイバ５の上端部が圧電素子本体２の上端面から上側に突出された長さｄの片端固定の２つの共振振動である。
【００２７】
なお、図７Ａ，７Ｂには光ファイバ５の上端部が圧電素子本体２の上端面に片端固定された状態の１次共振モードの場合を示しているが、片端固定の２次共振モード、またはさらに高次のモードであっても良い。さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ１自身は非共振の単純な屈曲動作で説明しているが、１次屈曲共振モード等の共振モードを利用しても良い。
【００２８】
この２つの光ファイバ５の振動の位相を９０°ずらして、少しずつ振幅を変化させることにより図７Ｃで示したようなスパイラル軌道が可能となる。これにより、光ファイバ５の走査パターンとして、螺旋状のスパイラル軌道の走査パターンを制御することができる。さらに、走査パターンは螺旋状のスパイラル軌道に限らず、種々の回転軌跡となるように制御することができる。
【００２９】
（効果）  
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の圧電アクチュエータ１では、圧電素子本体２の形状が角柱形状であるので、圧電素子本体２の４側面に外部表面電極α，β，γ，δを形成する作業を普通の印刷技術で容易に行なうことができる。また、圧電素子本体２の４側面の外部表面電極α，β，γ，δを使用して圧電素子本体を分極させる際に隣り合う外部表面電極間に直流電圧を印加して分極したことにより、圧電素子本体２の貫通穴３の内部の内部表面電極が不要となる。その結果、圧電素子本体２の全体の構成を簡素化することができ、その製造を容易化することができる圧電アクチュエータ１を提供することができる。
【００３０】
なお、上記実施の形態の圧電アクチュエータ１では、光ファイバ５の走査パターンとして、螺旋状のスパイラル軌道の走査パターンの例を示したが、これに限定されるものではなく、制御信号のシーケンスや、信号強度を変化させることにより、走査領域の一部または全域について繰り返し走査したり、走査速度を増減させたりすることができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、圧電アクチュエータ１自身は非共振の単純な屈曲動作で説明しているが、１次屈曲共振モード等の共振モードを利用しても良い。
【００３２】
［第２の実施の形態］  
（構成）  
図８Ａ，８Ｂは、第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１，２Ａ，２Ｂ，３，４，５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ参照）の圧電アクチュエータ１の構成を次の通り変更した圧電アクチュエータ１１を設けた変形例である。
【００３３】
本実施の形態の圧電アクチュエータ１１は、図８Ａに示すように８角柱の形状の圧電素子本体１２を有する。圧電素子本体１２の中央（軸心部）には、圧電素子本体１２の長手方向に延びる貫通穴１３が設けられている。貫通穴１３の内部には光ファイバ１４が装着されている。
【００３４】
圧電素子本体１２の８側面１２ａ〜１２ｈには、１面おきに外部表面電極α，β，γ，δが設けられている。４つの外部表面電極α，β，γ，δと直流電源６（図３参照）との接続状態は、第１の実施の形態と同じである。
【００３５】
（効果）  
上記構成の本実施の形態の圧電アクチュエータ１１でも圧電素子本体１２の形状が８角柱の形状であるので、圧電素子本体１２の８側面１２ａ〜１２ｈの１面おきに外部表面電極α，β，γ，δを形成する作業を普通の印刷技術で容易に行なうことができる。また、圧電素子本体１２の外部表面電極α，β，γ，δを使用して圧電素子本体を分極させる際に１面おきの外部表面電極間に直流電圧を印加して分極したことにより、圧電素子本体１２の貫通穴１３の内部の内部表面電極が不要となる。その結果、圧電素子本体１２の全体の構成を簡素化することができ、その製造を容易化することができる圧電アクチュエータ１１を提供することができる。
【００３６】
［第３の実施の形態］  
（構成）  
図９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、第３の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１，２Ａ，２Ｂ，３，４，５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ参照）の圧電アクチュエータ１の構成を次の通り変更した圧電アクチュエータ２１を設けた変形例である。
【００３７】
本実施の形態の圧電アクチュエータ２１は、圧電素子本体２２に貫通穴を設けずに、圧電素子本体２２の側面に光ファイバ２３を接着させて装着させたものである。圧電素子本体２２の４側面には、第１の実施の形態と同様に外部表面電極α，β，γ，δが形成されている。４つの外部表面電極α，β，γ，δと直流電源６（図３参照）との接続状態は、第１の実施の形態と同じである。
【００３８】
（効果）  
上記構成の本実施の形態の圧電アクチュエータ２１でも圧電素子本体２２の形状が４角柱の形状であるので、圧電素子本体２２の４側面に外部表面電極α，β，γ，δを形成する作業を普通の印刷技術で容易に行なうことができる。また、圧電素子本体２２の外部表面電極α，β，γ，δを使用して圧電素子本体を分極させる際に隣り合う外部表面電極間に直流電圧を印加して分極したことにより、圧電素子本体２２の内部の内部表面電極が不要となる。その結果、第１の実施の形態と同様に圧電素子本体２２の全体の構成を簡素化することができ、その製造を容易化することができる圧電アクチュエータ２１を提供することができる。
【００３９】
［第４の実施の形態］  
（構成）  
図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃおよび図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、第４の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１，２Ａ，２Ｂ，３，４，５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ参照）の圧電アクチュエータ１の構成を次の通り変更した圧電アクチュエータ３１を設けた変形例である。
【００４０】
すなわち、本実施の形態の圧電アクチュエータ３１は、第１の実施の形態と同様にＰＺＴ材からなる角柱状の圧電素子本体３２を有する。この圧電素子本体３２の４側面には、交差指電極α２，β２，γ２，δ２がそれぞれ設けられている。これらの交差指電極α２，β２，γ２，δ２は、それぞれ櫛歯状の交差指右側電極α２ａ，β２ａ，γ２ａ，δ２ａと櫛歯状の交差指左側電極α２ｂ，β２ｂ，γ２ｂ，δ２ｂよりなる（図１０Ｂ中には交差指電極α２の交差指右側電極α２ａと交差指左側電極α２ｂのみを示す）。ここで、交差指右側電極α２ａは、圧電素子本体３２の一側面に圧電素子本体３２の中心線方向に延設された１つの縦電極部α２ａ１と、この縦電極部α２ａ１と直交する左向き方向に延設された複数の横電極部α２ａ２とを有し、全体が左向きの櫛歯状に形成されている。同様に、交差指左側電極α２ｂは、圧電素子本体３２の一側面に圧電素子本体３２の中心線方向に延設された１つの縦電極部α２ｂ１と、この縦電極部α２ｂ１と直交する右向き方向に延設された複数の横電極部α２ｂ２とを有し、全体が右向きの櫛歯状に形成されている。交差指右側電極α２ａの各横電極部α２ａ２と、交差指左側電極α２ｂの各横電極部α２ｂ２とはそれぞれ隙間を存して交互に配置される状態で並設されている。なお、他の交差指電極β２，γ２，δ２も、交差指電極α２と同様に構成されている。これにより、圧電素子本体３２の４側面の交差指電極α２，β２，γ２，δ２は、同一の電極形状に形成されている。
【００４１】
また、図１０Ｂに示すようにＰＺＴの圧電素子本体３２の表面近傍に分極を持たせるため、交差指右側電極α２ａと交差指左側電極α２ｂとの間に高直流電圧Ｖ０を印加する。すると、圧電素子本体３２の表面近傍の交差指右側電極α２ａの各横電極部α２ａ２と、交差指左側電極α２ｂの各横電極部α２ｂ２との間に図１０Ｃ中に矢印Ｐで示す分極が生じる。なお、図１０Ｃは、図１０ＢのＸＣ−ＸＣ線断面図である。
【００４２】
さらに、圧電素子本体３２の中央（軸心部）には、図１０Ａに示すように、圧電素子本体３２の長手方向に延びる貫通穴３３が設けられている。この貫通穴３３の内部には光ファイバ３４が接着により装着されている。
【００４３】
（作用）  
次に、上記構成の本実施の形態の圧電アクチュエータ３１の作用について図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを参照して説明する。例えば、図１１Ａ中で上下方向の矢印Ａに示す第１の屈曲振動を発生させるためには、交差指電極α２とβ２とを使用する。交差指電極αに交番電圧Ｖ１を印加し、同時に、交差指電極β２に交番電圧Ｖ２を印加する。このとき、交差指電極αと交差指電極βの交番電圧の位相差を１８０度とする。
【００４４】
ここで、図１１Ｂに示すように例えば、交差指電極α２に交番電圧Ｖ１を印加すると、ある瞬間に図１１Ｃに示すように交差指電極α２の近傍部位ｍを伸ばし、同時に、交差指電極β２に交番電圧Ｖ２を印加することで、交差指電極β２の近傍部位ｎを縮ませることができる。なお、図１１Ｃは、図１１ＢのＸＩＣ−ＸＩＣ線断面図である。
【００４５】
このように、交差指電極α２と交差指電極β２の交番電圧の位相差を１８０度とすることにより、図６Ａに示したような矢印Ａ方向の屈曲振動を発生させることが出来る。同様に、交差指電極γ２とδ２とを用いて交番電圧の位相差を１８０度とすることにより、図６Ｂに示した矢印Ｂ方向の屈曲振動を起こすことが出来る。
【００４６】
圧電アクチュエータ３１がこのような動作をすると、光ファイバ３４は第１の実施の形態で示したような、Ａ方向の屈曲共振振動またはＢ方向の屈曲共振振動を行なう。これらの振動は共振振動であるので、非常に大きな振動となっている。この２つの振動の位相を９０°ずらして、少しずつ振幅を変化させることにより図７Ｃで示したようなスパイラル軌道が可能となる。
【００４７】
（効果）  
そこで、本実施の形態の圧電アクチュエータ３１は、角柱状の圧電素子本体３２を有するので、圧電素子本体３２の４側面に交差指電極α２，β２，γ２，δ２を普通の印刷技術で容易に形成できる。また、圧電素子本体３２の４側面の交差指電極α２，β２，γ２，δ２を使用して圧電素子本体を分極させる際に交差指電極の櫛歯状の電極の間に直流電圧を印加して分極したことにより、圧電素子本体２の貫通穴３の内部の内部表面電極が不要となる。その結果、第１の実施形態と同様に、圧電素子本体３２の全体の構成を簡素化することができ、その製造を容易化することができる圧電アクチュエータ３１を提供することができる。
【００４８】
［第５の実施の形態］  
（構成）  
図１２Ａ，１２Ｂは、第５の実施の形態を示す。本実施の形態は、第４の実施の形態（図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃおよび図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ参照）の圧電アクチュエータ３１の構成を次の通り変更した圧電アクチュエータ４１を設けた変形例である。
【００４９】
本実施の形態の圧電アクチュエータ４１は、図１２Ａに示したように、圧電素子本体３２の４側面のうちの隣接する２面にのみ交差指電極α２，γ２を設けたものである。この場合には、交差指電極α２のみで、Ａ方向の屈曲共振振動を発生させ、交差指電極γ２のみで、Ｂ方向の屈曲共振振動を発生させることができる。
【００５０】
（効果）  
そこで、本実施の形態の圧電アクチュエータ４１でも、第４の実施の形態と同様の効果が得られる他、第４の実施の形態の圧電アクチュエータ３１よりも一層、構成を簡素化することができ、その製造を容易化することができる効果がある。
【００５１】
さらに、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、光ファイバを屈曲振動させる圧電アクチュエータを使用する技術分野や、これを製造する技術分野に有効である。
【符号の説明】
【００５３】
１…圧電アクチュエータ、２…圧電素子本体、３…貫通穴、４ａ…絶縁部、４ｂ…絶縁部、５…光ファイバ、６…直流電源、１１…圧電アクチュエータ、１２…圧電素子本体、１２ａ〜１２ｈ…側面、１３…貫通穴、１４…光ファイバ、２１…圧電アクチュエータ、２２…圧電素子本体、２３…光ファイバ、３１…圧電アクチュエータ、３２…圧電素子本体、３３…貫通穴、３４…光ファイバ、４１…圧電アクチュエータ、Ｖ０…高電圧、Ｖ１，Ｖ２…交番電圧、α，β，γ，δ…外部表面電極、α２，β２，γ２，δ２…交差指電極、α２ａ，β２ａ，γ２ａ，δ２ａ…交差指右側電極、α２ｂ，β２ｂ，γ２ｂ，δ２ｂ…交差指左側電極、α２ａ１，α２ｂ１…縦電極部、α２ａ２，α２ｂ２…横電極部。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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