(57)【要約】【課題】簡単な部品を用いて、物品を所望の治具等に、精緻な位置決めを伴う固定を実現する、アクチュエータを提供する。【解決手段】バネ性を有する駆動方向変換部を備えるアクチュエータに圧電素子を組み込むことで、正確な変位を対象物に与えた状態で、電圧の供給を止めても所定時間内にその変位を維持することができる。【選択図】図１
2018057083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧源から接続及び切断が可能な圧電素子と、
前記圧電素子を圧入され、前記圧電素子の変位に連れて長手方向に変位する第一駆動体と、
前記第一駆動体の両側面に設けられ、前記第一駆動体の、前記長手方向の変位を、前記長手方向に直交する方向の変位に変換する第二駆動体と、
前記第二駆動体の一辺に固定されて対象物に変位を与える天板と、
前記第二駆動体の他辺に固定されて対象物に変位を与える底板と
を具備するアクチュエータ。
【請求項２】
前記第二駆動体は、
前記第一駆動体の変位を受けると共に前記底板が固定される、前記第一駆動体の前記長手方向の変位に対し直交する方向に形成される規制溝を形成する底板支持部と、
前記底板支持部に切削加工によって形成され、バネ性を有する薄板支持体と、
前記薄板支持体に支持され、前記第一駆動体の変位を受ける、傾斜角を有する駆動溝を形成する押圧部と、
前記底板支持部に切削加工によって形成され、前記押圧部と共に前記第一駆動体の変位を受ける前記駆動溝を形成し、前記底板支持部と共に前記規制溝を形成し、前記天板が固定される天板支持部と、
前記駆動溝に収納され、前記押圧部から発生する駆動力を前記天板支持部に伝達する、駆動方向の変換に寄与する第一駆動球と、
前記駆動溝に収納され、前記第一駆動球と共に前記押圧部から発生する駆動力を前記天板支持部に伝達する、駆動方向の変換に寄与する第二駆動球と、
前記規制溝に収納され、前記天板支持部の駆動を規制する第一規制球と、
前記規制溝に収納され、前記第一規制球と共に前記天板支持部の駆動を規制する第二規制球と
を具備する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第二駆動体は、切削加工によって形成された、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部を有する、
請求項１に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関する。より詳細には、目的となる物品に対し、正確な変位量の変位を与えるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場等の製造現場において、製造対象となる物品を、所定の治具に固定して、ベルトコンベア等の搬送装置で搬送したい場合がある。治具における物品の固定方法は、バネ性を有する部材を用いる、電磁石を用いる等、様々な方法が考えられる。
【０００３】
特許文献１には、本発明に一部関係すると思われる技術として、圧電素子を用いたアクチュエータ及びこれを用いた位置決め装置の技術内容が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０２３２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、半導体ウェハを搬送用治具に固定した上で、平面上の位置を微調整する等、物品を治具に固定させるだけでなく、精緻な位置決めを要求する用途がある。
単に物品を治具に固定させるだけであれば、バネや電磁石等、所望の力を発生する手段を用いればよい。しかし、物品に対し、単純に治具に固定させるだけでなく、精緻な位置決めを伴う場合、前述のバネや電磁石では、位置決めを実現することができない。
【０００６】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、簡単な部品を用いて、物品を所望の治具等に、精緻な位置決めを伴う固定を実現する、アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、電圧源から接続及び切断が可能な圧電素子と、圧電素子を圧入され、圧電素子の変位に連れて長手方向に変位する第一駆動体と、第一駆動体の両側面に設けられ、第一駆動体の、長手方向の変位を、長手方向に直交する方向の変位に変換する第二駆動体と、第二駆動体の一辺に固定されて対象物に変位を与える天板と、第二駆動体の他辺に固定されて対象物に変位を与える底板とを具備する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、簡単な部品を用いて、物品を所望の治具等に、精緻な位置決めを伴う固定を実現する、アクチュエータを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るアクチュエータの外観斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係るアクチュエータの分解斜視図である。
【図３】圧電素子が圧入された第一駆動体の外観斜視図と、第一駆動体を第二駆動体で挟み込んだ状態の外観斜視図である。
【図４】第二駆動体を天板及び底板で挟み込んだ状態の外観斜視図である。
【図５】第一駆動体の上面図と、一部拡大図と、圧電素子によって歪が生じた状態における一部拡大図である。
【図６】第二駆動体の正面図と、第二駆動体の正面図と、中心近傍部分の一部拡大図と、中心近傍部分の、圧電素子によって歪が生じた状態における一部拡大図と、端部近傍部分の一部拡大図と、端部近傍部分の、圧電素子によって歪が生じた状態における一部拡大図である。
【図７】アクチュエータ駆動装置のブロック図である。
【図８】ＰＷＭドライバの回路図である。
【図９】圧電素子単体にＤＣ１００Ｖを印加した後、電圧の印加を止めて、その変位を時間経過と共に観察した表と、その表に基づく折れ線グラフである。
【図１０】本発明の第二の実施形態に係る、アクチュエータに使用する第二駆動体の外観斜視図である。
【図１１】本発明の第二の実施形態に係る第二駆動体の正面図と、一部拡大図と、駆動方向変換部の拡大図と、駆動方向変換部の動作原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第一の実施形態：アクチュエータ１０１の外観と構成］
図１は、本発明の第一の実施形態に係るアクチュエータ１０１の外観斜視図である。
図２は、本発明の第一の実施形態に係るアクチュエータ１０１の分解斜視図である。
図３Ａは、圧電素子が圧入された第一駆動体の外観斜視図である。
図３Ｂは、第一駆動体を第二駆動体で挟み込んだ状態の外観斜視図とである。
図４は、第二駆動体を天板及び底板で挟み込んだ状態の外観斜視図である。
図２、図３Ａ、図３Ｂ及び図４は、アクチュエータ１０１の組立工程を説明する図でもある。
なお、図面の都合上、八角形で描かれている穴は、実際は円形である。
【００１１】
図１に示すように、アクチュエータ１０１は、薄い平板状の形状である。リード線１０２に電圧を印加すると、第二駆動体１０３、１０４が変形する。この第二駆動体１０３、１０４の変形によって、天板１０５が紙面の上方向に、底板１０６が紙面の下方向に僅かに駆動される。
図２に示すように、アクチュエータ１０１は、中心に配置される第一駆動体２０１の両脇に、面対称に形成された第二駆動体１０３、１０４がそれぞれ配置され、第二駆動体１０３、１０４の両側面にそれぞれ天板１０５と底板１０６が配置される。そして、第一駆動体２０１のスロット２０１ａ、２０１ｂに圧入される圧電素子２０２ａ、２０２ｂを除く全てのパーツが、ステンレスで形成されている。なお、アクチュエータ１０１を構成する材料は、剛性と弾性を有することが求められる。したがって、ステンレスの他、クロムモリブデン鋼等が利用可能な材料として考えられる。
【００１２】
図２及び図３Ａに示すように、先ず、圧電素子２０２ａ、２０２ｂは第一駆動体２０１のスロット２０１ａ、２０１ｂに圧入される。
第一駆動体２０１は、電圧を印加された圧電素子２０２ａ、２０２ｂが変形した際に生じる力を、自身の変形として反映させ、第二駆動体１０３、１０４に伝達する。
【００１３】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第一駆動体２０１の脇に設けられる、ネジ穴である中心穴２０１ｃ、第一駆動穴２０１ｄ、第二駆動穴２０１ｅ、第三駆動穴２０１ｆ、第四駆動穴２０１ｇは、それぞれ第二駆動体１０３の中心穴１０３ｃ、第一駆動穴１０３ｄ、第二駆動穴１０３ｅ、第三駆動穴１０３ｆ、第四駆動穴１０３ｇに対応する位置に存在する。
同様に、第一駆動体２０１の、紙面から見えない反対側にも、中心穴２０１ｃ、第一駆動穴２０１ｄ、第二駆動穴２０１ｅ、第三駆動穴２０１ｆ、第四駆動穴２０１ｇと同じ位置にネジ穴が設けられている。
【００１４】
また、第二駆動体１０３と対になっている第二駆動体１０４にも、第二駆動体１０３の中心穴１０３ｃ、第一駆動穴１０３ｄ、第二駆動穴１０３ｅ、第三駆動穴１０３ｆ、第四駆動穴１０３ｇと同じ位置にネジ穴が設けられている。すなわち、第二駆動体１０３、１０４は、第一駆動体２０１に上述のネジ穴を通じて、図示しないネジにてネジ止めされる。
そして、図４に示すように、第二駆動体１０３、１０４の両側面には、天板１０５及び底板１０６が図示しないネジにてネジ止めされる。こうして、第二駆動体１０３、１０４は、第一駆動体２０１の、アクチュエータ１０１の長手方向の変形を、上下方向の変形に変換し、天板１０５及び底板１０６に伝達する。
【００１５】
［第一の実施形態：第一駆動体２０１の構造］
図５Ａは、第一駆動体２０１の上面図である。図５Ｂは、第一駆動体２０１の一部拡大図である。図５Ｃは、第一駆動体２０１の、圧電素子２０２ａ、２０２ｂによって歪が生じた状態における一部拡大図である。なお、実際には図５Ｃに示すような大幅な変位は生じないが、理解を容易にするために大きな変位が生じた状態を示している。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第一駆動体２０１の中心からやや離れた、スロット２０１ａ、２０１ｂに近い位置には、圧電素子２０２ａ、２０２ｂの変形に追従するための、切り込み２０１ｈ、２０１ｉ、２０１ｊ、２０１ｋ、２０１ｌ、２０１ｍが形成されている。これらの切り込み２０１ｈ、２０１ｉ、２０１ｊ、２０１ｋ、２０１ｌ、２０１ｍによって、板バネ２０１ｎ、２０１ｏ、２０１ｐ、２０１ｑが設けられている。
【００１６】
圧電素子２０２ａ、２０２ｂ（図４参照）に電圧が印加されると、圧電素子２０２ａ、２０２ｂは第一駆動体２０１の長手方向に伸びる方向にて変形する。すると、図５Ｂから図５Ｃに示すように、切り込みによって形成された板バネ２０１ｎ、２０１ｏ、２０１ｐ、２０１ｑが弾性変形する。このようにして、第一駆動体２０１の全長は、圧電素子２０２ａ、２０２ｂによって伸びる。
なお、図３Ａに示すように、第一駆動体２０１の側面には、ネジ穴である中心穴２０１ｃ、第一駆動穴２０１ｄ、第二駆動穴２０１ｅ、第三駆動穴２０１ｆ、第四駆動穴２０１ｇの５個のネジ穴が設けられており、同様に、紙面から見えない反対側にも５個のネジ穴が設けられている。そして、これら１０個のネジ穴に、図示しないネジを用いて第二駆動体１０３、１０４が固定されている。これにより、第一駆動体２０１に生じた変形は、ネジを通じて第二駆動体１０３、１０４に伝達される。
【００１７】
［第一の実施形態：第二駆動体１０４の構造］
これより、第二駆動体１０４の構造について説明する。第二駆動体１０３は第二駆動体１０４と構造が同じなので、図６Ａ乃至図６Ｅでは第二駆動体１０４のみ説明する。
図６Ａは、第二駆動体１０４の正面図である。図６Ｂは、第二駆動体１０４の中心近傍部分の一部拡大図である。図６Ｃは、第二駆動体１０４の中心近傍部分の、圧電素子２０２ａ、２０２ｂによって歪が生じた状態を示す一部拡大図である。図６Ｄは、第二駆動体１０４の端部近傍部分の一部拡大図である。図６Ｅは、第二駆動体１０４の端部近傍部分の、圧電素子２０２ａ、２０２ｂによって歪が生じた状態を示す一部拡大図である。なお、実際には図６Ｃ及び図６Ｅに示すような大幅な変位は生じないが、理解を容易にするために大きな変位が生じた状態を示している。
【００１８】
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｄに示すように、第二駆動体１０４には、切削加工によって形成された、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部１０４ｈ、１０４ｉ、１０４ｊ、１０４ｋ、１０４ｌ、１０４ｍ、１０４ｎ、１０４ｏが設けられている。駆動方向変換部１０４ｈ、１０４ｉ、１０４ｊ、１０４ｋ、１０４ｌ、１０４ｍ、１０４ｎ、１０４ｏの両端は、切削加工によって薄肉化され、この薄肉化された箇所で弾性変形が生じる。また、第二駆動体１０３と同様に、第一駆動体２０１の穴に対応する位置に、中心穴１０４ｃ、第一駆動穴１０４ｄ、第二駆動穴１０４ｅ、第三駆動穴１０４ｆ、第四駆動穴１０４ｇが設けられている。
【００１９】
前述の通り、第一駆動体２０１は、第二駆動体１０３、１０４とネジによって固定されている。圧電素子２０２ａ、２０２ｂによって第一駆動体２０１に伸びる変形が生じると、ネジを通じて第二駆動体１０４にも駆動力が伝達する。図６Ｂにおいて、第一駆動体２０１から発生した駆動力は、中心穴１０４ｃが設けられている中心部１０４ｐから、第一駆動穴１０４ｄが設けられている第一駆動部１０４ｑとの間の距離が離れる方向に伝達する。すると、図６Ｂから図６Ｃに示すように、切削加工によって形成された、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部１０４ｈ、１０４ｉが、その両端の薄肉化された箇所で弾性変形する。また図６Ｄから図６Ｅに示すように、切削加工によって形成された、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部１０４ｊ、１０４ｋが、その両端の薄肉化された箇所で弾性変形する。そして、長手方向の変位が上下方向の変位に変換される。
このようにして、第二駆動体１０３、１０４は第一駆動体２０１の駆動力によって、天板支持部１０４ｒと底板支持部１０４ｓが上下方向に広がる。
【００２０】
本発明の第一の実施形態に係るアクチュエータ１０１の最大の特徴は、長手方向に伸縮する圧電素子２０２ａ、２０２ｂの駆動方向を直角方向に変換すると共に、変位量を大幅に増大させる、この第二駆動体１０３、１０４にある。圧電素子２０２ａ、２０２ｂは高電圧を印加することで強力な力を持つ変位をするが、その変位量は極めて小さい。そこで、第二駆動体１０３、１０４に設けられた、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部が、変位方向を直交方向に変換すると共に、変位量を大幅に増大させている。
例えば、第二駆動体１０３、１０４は、圧電素子２０２ａ、２０２ｂの変位量を凡そ１５倍に増大させる。この変換により、逆に駆動力は１／１５倍に減少する。
【００２１】
［第一の実施形態：アクチュエータ１０１の使用方法］
図７は、アクチュエータ駆動装置７０１のブロック図である。アクチュエータ駆動装置７０１は、一般的なパソコンに、簡単な回路を追加することで実現できる。
アクチュエータ駆動装置７０１の一部を構成するパソコンは、バス７０２に接続された、ＣＰＵ７０３、ＲＯＭ７０４、ＲＡＭ７０５、ハードディスク装置やフラッシュメモリ等の不揮発性ストレージ７０６、液晶ディスプレイ等の表示部７０７、キーボードやマウス等の操作部７０８を備える。バス７０２にはこれらの他、シリアルインターフェース７０９（図７中「シリアルＩ／Ｆ」と略記）が接続されており、このシリアルインターフェース７０９から、ＰＷＭドライバ７１０にＰＷＭ＋パルスとＰＷＭ−パルスが供給される。
【００２２】
図８は、ＰＷＭドライバ７１０の回路図である。
ＰＷＭドライバ７１０には、アクチュエータ１０１に組み込まれている圧電素子２０２ａ、２０２ｂと、これに並列接続される平滑コンデンサＣ８０４が、コネクタ８０５とケーブル８０６を通じて接続されている。
シリアルインターフェース７０９から出力されるＰＷＭ＋パルスは、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ８０１（以下「ＰＭＯＳＦＥＴ」と略）のゲートに印加される。ソースがスイッチング電源７１１に接続されるＰＭＯＳＦＥＴ８０１は、スイッチング電源７１１に対するハイサイドスイッチとして機能する。
シリアルインターフェース７０９から出力されるＰＷＭ−パルスは、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ８０２（以下「ＮＭＯＳＦＥＴ」と略）のゲートに印加される。ＮＭＯＳＦＥＴ８０２のドレインは、電流制限抵抗Ｒ８０３に接続されている。電流制限抵抗Ｒ８０３の他方の端子は、ＰＭＯＳＦＥＴ８０１のドレインに接続されている。ＮＭＯＳＦＥＴ８０２は、平滑コンデンサＣ８０４及び圧電素子２０２ａ、２０２ｂに対するローサイドスイッチとして機能する。
【００２３】
なお、ＰＷＭドライバ７１０におけるＮＭＯＳＦＥＴ８０２及びＰＭＯＳＦＥＴ８０１は一般的な使用例であるが、必ずしもこれに限られない。例えば、ＰＭＯＳＦＥＴ８０１の代わりにＮＭＯＳＦＥＴにスイッチング電源７１１が出力する電圧より高いゲート電圧を印加することで、スイッチング電源７１１のオン・オフを制御させてもよい。
【００２４】
ＰＷＭドライバ７１０に印加するＰＷＭ＋パルスのデューティ比とＰＷＭ＋パルスの出力時間を制御することで、圧電素子２０２ａ、２０２ｂに印加される電圧を上下させることが可能になる。周知のように、圧電素子２０２ａ、２０２ｂは印加される電圧に概ね比例した変位量を示す。圧電素子２０２ａ、２０２ｂに印加される電圧を調節できる、ということは、アクチュエータ１０１の変位量を調節できることを意味する。
ＰＷＭドライバ７１０には、アクチュエータ１０１の変位量と、ＰＷＭ＋パルスのデューティ比と出力時間を記した図示しないテーブルが、アクチュエータ駆動装置７０１の不揮発性ストレージ７０６に格納されている。アクチュエータ駆動装置７０１は、操作部７０８からユーザの操作を受けて、テーブルから所望のＰＷＭ＋パルスのデューティ比と出力時間を選択し、適切に調整されたＰＷＭ＋パルスをＰＷＭドライバ７１０に供給する。
【００２５】
一旦、アクチュエータ駆動装置７０１によってＰＷＭ＋パルスをＰＷＭドライバ７１０に供給し、アクチュエータ１０１に所望の変位を起こしたら、次にケーブル８０６をコネクタ８０５から抜いて、アクチュエータ駆動装置７０１とアクチュエータ１０１との電気的接続を切断する。圧電素子２０２ａ、２０２ｂは容量性負荷であり、内部抵抗が極めて大きい。圧電素子２０２ａ、２０２ｂは、数μＦのコンデンサと概ね等価である。このため、一旦、圧電素子２０２ａ、２０２ｂに電圧をかけて変位させて、電圧の印加を止めても、圧電素子２０２ａ、２０２ｂは暫くその変位を維持する。
アクチュエータ１０１は、電圧の印加を止めても変位を維持できるので、そのまま精緻な変位を加えた物品を自由に移動させたり、姿勢を変化させたり、回転させたり等、様々な取り扱いが可能になる。
【００２６】
圧電素子２０２ａ、２０２ｂの変位を解除する場合は、再びケーブル８０６をコネクタ８０５に接続して、アクチュエータ駆動装置７０１とアクチュエータ１０１と電気的接続を再開する。そして、アクチュエータ駆動装置７０１によってＰＷＭ−パルスをＰＷＭドライバ７１０に供給する。すると、ＮＭＯＳＦＥＴ８０２と電流制限抵抗Ｒ８０３を通じて、圧電素子２０２ａ、２０２ｂと平滑コンデンサＣ８０４に蓄積されている電荷が放電されることで、アクチュエータ１０１の変位が元に戻る。
【００２７】
［第一の実施形態：圧電素子の変位保持特性］
以下に、圧電素子が電圧の印加を止めても変位を維持する様子を実験した結果を記す。
図９Ａは、圧電素子単体にＤＣ１００Ｖを印加した後、電圧の印加を止めて、その変位を時間経過と共に観察した表である。圧電素子の変位はレーザ変位計を用いて計測した。数値の単位はμｍである。表の一方「０」は圧電素子単体であり、表の他方「４．７μ×３」は、圧電素子に４．７μＦの高耐圧型電解コンデンサを３個並列に接続したものである。
図９Ｂは、図９Ａの表に基づく折れ線グラフである。縦軸は変位量であり、横軸は時間である。図９Ｂ中、実線は圧電素子単体であり、破線は電解コンデンサを並列接続したものである。
図９Ａ及び図９Ｂ電圧の印加を止めた後、３０秒での変化は、最大変位量の約４％程度であることが判った。
そして、この変位量の低下は、電荷をバックアップするコンデンサを並列に接続する事によって、約２％の変化に抑える事ができることも判った。
【００２８】
以上の結果から、圧電素子の変位は、適用されるアプリケーションにおいて許容される変位の減少量あるいは減少率や、並列接続するコンデンサの容量により、数十秒から数分程度保持することが可能である。
図９Ｂのグラフを見て判るように、適用されるアプリケーションにおいて許容される変位の減少量あるいは減少率次第では、ごく短い時間であれば、圧電素子２０２ａ、２０２ｂにコンデンサを並列接続しなくてもよい。すなわち、平滑コンデンサＣ８０４は必須ではない。
【００２９】
［第二の実施形態：第二駆動体１００４の構造］
図１０は、本発明の第二の実施形態に係る、アクチュエータ１０１に使用する第二駆動体１００４の外観斜視図である。
前述の通り、本発明の第一の実施形態に係るアクチュエータ１０１の最大の特徴は、長手方向に伸縮する圧電素子２０２ａ、２０２ｂの駆動方向を直角方向に変換すると共に、変位量を大幅に増大させる第二駆動体１０３、１０４にある。駆動方向の変換と変位量の増大は、第二駆動体１０３、１０４に設けられた、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部により実現する。
駆動方向の変換と変位量の増大は、パンタグラフ形状に限られない。図１０に示す第二の実施形態では、第一の実施形態とは異なる第二駆動体１０３、１０４の別の形態を説明する。  
【００３０】
図１１Ａは、本発明の第二の実施形態に係る第二駆動体１００４の正面図である。図１１Ｂは、第二駆動体１００４の一部拡大図である。図１１Ｃは、第二駆動体１００４の、駆動方向変換部の拡大図である。図１１Ｄは、第二駆動体１００４の、駆動方向変換部の動作原理図である。
第一の実施形態の第二駆動体１０３に対応する、本発明の第二の実施形態に係る第二駆動体は、第一の実施形態と同様に、第二駆動体１００４と面対称であるので、説明を省略する。
【００３１】
図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示す第二駆動体１００４の、第一の実施形態の第二駆動体１０４との相違点は、駆動方向変換部が鋼球を用いたボールベアリングで構成されている点である。
第一駆動体２０１が圧電素子２０２ａ、２０２ｂによって伸びる変形が生じると、ネジを通じて第二駆動体１００４にも駆動力が伝達する。
図１１Ａに示す、中心穴１００４ａと第一駆動穴１００４ｂは、第一の実施形態と同様に、第一駆動体２０１によって広がる方向に駆動力が加わる。第一駆動体２０１から発生した駆動力は、中心穴１００４ａが設けられている底板支持部１００４ｄから、第一駆動穴１００４ｂが設けられている第一押圧部１００４ｅとの間の距離が離れる方向に伝達する。
【００３２】
第一押圧部１００４ｅと底板支持部１００４ｄとの間には、切削加工によって形成された薄板支持体１００４ｉが形成されている。第一駆動体２０１から発生した駆動力は、薄板支持体１００４ｉを弾性変形させ、第一押圧部１００４ｅは底板支持部１００４ｄから離れる方向（図１１Ｂの左側）に移動する。
なお、第二駆動穴１００４ｃが設けられている第二押圧部１００４ｆにおいても、第一押圧部１００４ｅと同様の機械的変化が生じる。これ以降は第一押圧部１００４ｅ及び第一天板支持部１００４ｇについて詳述し、第二天板支持部１００４ｈの説明を省略する。
【００３３】
図１１Ｃに示すように、第一押圧部１００４ｅと第一天板支持部１００４ｇとの間には、第一駆動球１００５と第二駆動球１００６が収納される駆動溝１００４ｊが設けられている。底板支持部１００４ｄと第一天板支持部１００４ｇとの間には、第一規制球１００７と第二規制球１００８が収納される規制溝１００４ｋが設けられている。駆動溝１００４ｊは、中心穴１００４ａと第一駆動穴１００４ｂの中心を通過する直線に対し垂直の方向から、図１１Ｃにおいて右側に４°、傾斜している一方、規制溝１００４ｋは、中心穴１００４ａと第一駆動穴１００４ｂの中心を通過する直線に対し垂直に形成されており、駆動溝１００４ｊのような傾斜はない。
第一押圧部１００４ｅが図１１Ｂの左側へ変位すると、駆動溝１００４ｊに収納され、第一押圧部１００４ｅの先端に押さえつけられている第一駆動球１００５と第二駆動球１００６が、第一天板支持部１００４ｇを紙面の上方向へ変位させる。
【００３４】
図１１Ｄは、図１１Ｃをより単純化した、動作原理の説明図である。
第一駆動球１００５と第二駆動球１００６に密着している駆動溝１００４ｊの、第一天板支持部１００４ｇの接触部分には、垂直方向に対して４°の傾斜が設けられている。
第一規制球１００７と第二規制球１００８に密着している、規制溝１００４ｋの、第一天板支持部１００４ｇの接触部分は、垂直方向と平行であり、傾斜は設けられていない。
【００３５】
今、第一押圧部１００４ｅが紙面右側から左方向へ変位すると、第一天板支持部１００４ｇには、第一駆動球１００５と第二駆動球１００６から力が加わると共に、第一規制球１００７と第二規制球１００８によって横方向への移動が制限される。このため、第一天板支持部１００４ｇは、第一駆動球１００５と第二駆動球１００６と、第一規制球１００７と第二規制球１００８によって絞り出されるように、図１１Ｄの上方向に移動する。
このようにして、第二駆動体１００４は第一駆動体２０１の駆動力によって上下方向に広がる。
【００３６】
もし、第一駆動球１００５と第二駆動球１００６のうち片方がないと、第一天板支持部１００４ｇには回転力が発生してしまい、正しく垂直に駆動されない。第一規制球１００７と第二規制球１００８のうち片方がない場合でも同様である。
第二の実施形態に係る第二駆動体１００４における駆動方向変換部は、図１１Ｃ及び図１１Ｄに示す、底板支持部１００４ｄ、第一押圧部１００４ｅ、第一天板支持部１００４ｇ、第一駆動球１００５と第二駆動球１００６、第一規制球１００７と第二規制球１００８よりなる。
【００３７】
第一の実施形態に係る第二駆動体１０４の駆動方向変換部は、パンタグラフ形状による駆動方向の変換機能と、力の印加がなくなった際に元の状態に戻る弾性変形機能が一体化している。構造が単純で実現し易いが、可動部分にせん断応力による破断を考慮した設計が必要になる。
これに対し、第二の実施形態に係る第二駆動体１００４の駆動方向変換部は、ボールベアリングによる駆動方向の変換機能のみ有し、力の印加がなくなった際に元の状態に戻る弾性変形機能は薄板支持体１００４ｉによって完全に分けられている。第二の実施形態に係る第二駆動体１００４は、部品点数が第一の実施形態に係る第二駆動体１０４より増える一方、せん断応力を考慮する必要がないので、第一の実施形態より堅牢であり、設計も容易である。
第二の実施形態に係る第二駆動体１００４も、第一の実施形態に係る第二駆動体１０３、１０４と同様に、圧電素子２０２ａ、２０２ｂの変位量を凡そ１５倍に増大させる。この変換により、逆に駆動力は１／１５倍に減少する。
【００３８】
本発明の実施形態では、アクチュエータを開示した。
圧電素子は印加する電圧に対し、極めて微小ではあるが、概ね電圧に比例した変位をする。そして、その変位力は強力であり、また容量性負荷であるが故に電圧の印加を止めても暫く変位を維持することが判った。そこで、バネ性を有する駆動方向変換部を備えるアクチュエータに圧電素子を組み込むことで、正確な変位を対象物に与えた状態で、電圧の供給を止めても所定時間内にその変位を維持することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
【符号の説明】
【００４０】
１０１…アクチュエータ、１０２…リード線、１０３、１０４…第二駆動体、１０４ｈ、１０４ｊ…駆動方向変換部、１０４ｐ…中心部、１０４ｑ…第一駆動部、１０４ｒ…天板支持部、１０４ｓ…底板支持部、１０５…天板、１０６…底板、２０１…第一駆動体、２０１ａ…スロット、２０１ｎ…板バネ、２０２ａ、２０２ｂ…圧電素子、７０１…アクチュエータ駆動装置、７０２…バス、７０３…ＣＰＵ、７０４…ＲＯＭ、７０５…ＲＡＭ、７０６…不揮発性ストレージ、７０７…表示部、７０８…操作部、７０９…シリアルインターフェース、７１０…ＰＷＭドライバ、７１１…スイッチング電源、８０１…ＰＭＯＳＦＥＴ、８０２…ＮＭＯＳＦＥＴ、Ｒ８０３…電流制限抵抗、Ｃ８０４…平滑コンデンサ、８０５…コネクタ、８０６…ケーブル、１００４…第二駆動体、１００４ｄ…底板支持部、１００４ｅ…第一押圧部、１００４ｆ…第二押圧部、１００４ｇ…第一天板支持部、１００４ｈ…第二天板支持部、１００４ｉ…薄板支持体、１００４ｊ…駆動溝、１００４ｋ…規制溝、１００５…第一駆動球、１００６…第二駆動球、１００７…第一規制球、１００８…第二規制球
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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