(57)【要約】【課題】円運動の角速度を向上できる首振型アクチュエータ用弾性体を提供する。【解決手段】交流電圧の印加により面方向に伸縮する板状電気機械変換素子２を２組以上対向させて柱状弾性体１の側面に固定し、かつ各々の板状電気機械変換素子に位相の異なる交流電圧を印加して伸縮させることにより円運動し、アクチュエータ自身又は接触させた非振動体を駆動させる。前記弾性体１は、結晶性樹脂（特にポリフェニレンスルフィド樹脂）などの樹脂を含む。前記弾性体１は、断面正方形状の柱状本体部１ａと、この柱状本体部１ａの一方の端部に形成され、かつ前記棒状本体部よりも径大な円板状頭部１ｂとで構成されるとともに、他方の端部が固定され、前記円板状端部が円運動してもよい。前記弾性体１は、軸芯に沿って貫通孔１ｃが形成されていてもよい。【選択図】図１
2015198522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧の印加により面方向に伸縮する板状電気機械変換素子を２組以上対向させて柱状の弾性体の側面に固定し、かつ各々の板状電気機械変換素子に位相の異なる交流電圧を印加して伸縮させることにより円運動し、アクチュエータ自身又は接触させた非振動体を駆動させるためのアクチュエータに用いられる前記柱状の弾性体であって、樹脂を含む弾性体。
【請求項２】
樹脂が熱可塑性樹脂である請求項１記載の弾性体。
【請求項３】
樹脂が結晶性樹脂である請求項１又は２記載の弾性体。
【請求項４】
樹脂がポリフェニレンスルフィド樹脂である請求項１〜３のいずれかに記載の弾性体。
【請求項５】
さらに充填材を含む請求項１〜４のいずれかに記載の弾性体。
【請求項６】
２組以上の対向する平面を有する形状であり、前記平面に板状電気機械変換素子を固定する請求項１〜５のいずれかに記載の弾性体。
【請求項７】
板状電気機械変換素子の固定部において、長手方向に垂直な断面形状が、４以上の偶数角を有する多角形状である請求項１〜６のいずれかに記載の弾性体。
【請求項８】
一方の端部が固定され、かつ固定された端部側の側面に板状電気機械変換素子が固定されている請求項１〜７のいずれかに記載の弾性体。
【請求項９】
長手方向に垂直な断面形状が４〜８の偶数角を有する正多角形状である多角柱状本体部と、この多角柱状本体部の一方の端部に形成された円板状頭部とで構成されるとともに、他方の端部が固定され、前記円板状端部が円運動する請求項１〜８のいずれかに記載の弾性体。
【請求項１０】
軸芯に沿って貫通孔が形成されている請求項１〜９のいずれかに記載の弾性体。
【請求項１１】
板状電気機械変換素子が圧電素子である請求項１〜１０のいずれかに記載の弾性体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の弾性体と、この弾性体の側面に２組以上対向させて固定した板状電気機械変換素子とを備えたアクチュエータであって、位相の異なる交流電圧を各々の板状電気機械変換素子に印加して伸縮させ、前記弾性体を円運動させることによりアクチュエータ自身又は接触させた非振動体を駆動させるアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子などの電気機械変換素子による弾性振動を利用したアクチュエータ用弾性体及びこの弾性体を備えたアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電素子や電歪素子（又は磁歪素子）などの電気機械変換素子は、各種のアクチュエータとして利用されているが、例えば、圧電素子を利用した圧電アクチュエータとして超音波モータが知られている。超音波モータは、電気機械変動素子である圧電素子を超音波振動体として利用したモータである。超音波モータは、電磁モータに比べて、巻き線が不要で構造が簡単である上に、低速高トルクで応答性及び制御性に優れ、微小で精密な駆動が可能であるため、カメラやＤＶＤなどの光学機器装置などに汎用されている。超音波モータには、リニア型やロータ型が広く知られており、振動体からの超音波振動を直線運動や回転運動に変換している。また、振動の変位を拡大する超音波モータとしては、弾性体の対向面に１組の圧電素子を貼り合わせ、それぞれの圧電素子に逆方向（位相差１８０°）の振動を発生させて、伸縮運動を拡大させるバイモルフ型超音波モータが知られている。さらに、断面四角形状の弾性体の対向する面に２組の圧電素子を貼り合わせた圧電アクチュエータも提案されている。
【０００３】
特開２００９−３３８７７号公報（特許文献１）には、金属で形成され、かつ連通孔又は有底孔を有する多角柱部材を弾性体として用い、この弾性体の対向する側面に２組の圧電素子を貼付し、これらの圧電素子の位相差を変えて振動させることにより、前記連通孔又は有底孔を覆うように接触させた球面体又は部分球面体（回転部材）を回転させるアクチュエータが開示されている。
【０００４】
また、特開２０１３−１８３５６３号公報（特許文献２）には、多孔質金属で形成され、かつ貫通孔を有する六面体を弾性体（ステータ）として用い、この弾性体の対向する側面に２組の圧電素子を貼付し、これらの圧電素子の位相差を変えて振動させることにより、前記貫通孔に貫挿させた柱状の作動子を回転及び／又は直動させる超音波アクチュエータが開示されている。
【０００５】
さらに、柱状（棒状）弾性体の一方の端部を固定し、かつ他方の端部を遊動可能な状態としてカンチレバー構造を形成し、前記柱状弾性体の側面に２組以上の圧電素子を対向して固定し、これらの圧電素子の位相差を変えて振動させることにより、他方の端部を円運動（回転運動）させる首振型（又はカンチレバー型）超音波モータも提案されている。
【０００６】
図１は、首振型超音波モータの一例を示す概略斜視図であり、図２は、首振型超音波モータの円運動（駆動機構又は変位機構）を説明するための概略斜視図である。
【０００７】
この首振型超音波モータ１は、柱状弾性体２と、この柱状弾性体の長手方向に延びる側面に対向させて固定した２組の圧電素子３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）とを備えている。詳しくは、前記柱状弾性体２は、断面正方形状の柱状（長尺状）本体部２ａと、この本体部２ａの一方の端部に形成され、かつ前記本体部２ａよりも径大な円板状頭部２ｂとで構成されている。また、他方の端部（底部）が固定される一方で、前記円板状頭部２ｂが形成された一方の端部は遊動可能な状態で配設されている。すなわち、円板状頭部２ｂは、本体部２ａの底部側近傍の側面に対向して固定（貼付又は接着）された２組の圧電素子３の伸縮運動により変位可能な状態で配設されている。この首振型超音波モータ１では、円板状頭部２ｂは圧電素子３の伸縮運動により円運動（回転運動）するが、その機構は以下の通りである。
【０００８】
すなわち、圧電素子３を構成する各素子（圧電素子）３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、それぞれ、平面形状が長方形の板状であって、いずれも同形状であり、長手方向を本体部２ａの長手方向に平行にして本体部２ａの底部側近傍の側面に固定されている。この圧電素子３は、電圧が印加されると歪みを生じる圧電セラミックスで形成されており、交流電圧（周波電圧）が印加されると、面方向において、規則的に歪みと回復（伸縮運動）を繰り返す。このような超音波モータ１では、印加する交流電圧に位相差を設けた４個の圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの伸縮運動により、弾性体の頭部側が回転運動し、円板状端部２ｂを駆動体と接触させた場合は、回転運動を非振動体（駆動体）に伝達する。
【０００９】
詳しくは、圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、それぞれ本体部２ａの側面において、本体部２ａの底部側近傍であり、かつ幅方向の略中央部に固定されており、圧電素子３ａと圧電素子３ｂとが互いに対向し、圧電素子３ｃと圧電素子３ｄとが互いに対向する関係となっている。これらの隣接する圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄには位相をずらして交流電圧が印加され、特に、互いに対向する圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂには、それぞれ１８０°の位相差を設けた（位相を１８０°ずらした）交流電圧が印加され、両者の伸縮方向が逆方向になる。互いに対向する圧電素子３ｃ及び圧電素子３ｄも同様の関係である。そのため、この超音波モータでは、位相をずらした圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの伸縮運動により、柱状本体部２ａが左右上下に規則的かつ連続的に伸縮運動することにより円板状端部２ｂが円運動（回転運動）する。
【００１０】
図２は、交流電圧の印加による変位の機構を説明するための概略図であるが、図２（ａ）の状態は交流電圧を負荷されていない状態を示す図であり、この図では、電圧が負荷されておらず、弾性体１は変位していないため、円板状頭部２ｂは、図中の破線で示されている円運動（回転運動）の回転軌道４の中央部に位置している。
【００１１】
図２（ｂ）の状態は、圧電素子３ｃと圧電素子３ｄとが互いに逆方向で最大の交流電圧が負荷された状態を示し、圧電素子３ｃは最大限に収縮し、圧電素子３ｄ（図示せず）は最大限に伸長している。これに対して、圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂ（図示せず）では交流電圧が負荷されない周期であり、いずれも収縮も伸長もしない状態である。そのため、円板状頭部２ｂは、回転軌道４の向かって右側に位置している。
【００１２】
図２（ｃ）の状態は、圧電素子３ａと圧電素子３ｂとが互いに逆方向で最大の交流電圧が負荷された状態を示し、圧電素子３ａは最大限に伸長し、圧電素子３ｂ（図示せず）は最大限に収縮している。これに対して、圧電素子３ｃ及び圧電素子３ｄ（図示せず）では交流電圧が負荷されない周期であり、いずれも収縮も伸長もしない状態である。そのため、円板状頭部２ｂは、回転軌道４の下側に位置している。
【００１３】
このように、弾性体２は、それぞれ位相をずらして伸縮運動する４個の圧電素子３の作用によって、上下左右に規則的かつ連続的に屈曲することにより、円板状頭部２ｂが回転軌道４に沿って円運動して駆動し、この円板状頭部に非振動体（図示せず）を接触させた場合は、非振動体に動力を伝達できる。図２では、変位機構の理解のために、円板状頭部２ｂの変位を拡大して記載している。なお、前記弾性体２には、円板状頭部２ｂの変位を大きくするために、軸芯に沿って断面円形状の貫通孔２ｃが形成されている。
【００１４】
従来の圧電アクチュエータでは、特許文献１及び２のように、弾性体として、圧電素子の伸縮を吸収することなく（又は伸縮により撓むことなく）、変位できる点から、金属材料が使用されていた。首振型超音波モータ用弾性体についても、同様に弾性体として金属材料が使用されていた。しかし、金属で形成された弾性体は、比重が重く、硬質であるため、自身の振動性が低い点、成形性が低く、小型化が困難であり、円板状頭部などを有する複雑な形状では生産性が低下する点、錆により劣化する点、添加剤の配合などによる特性の改良が困難である点、絶縁性が確保できない点などの欠点も有している。なお、金属以外の弾性体として、金属とは異なり、粘性を有するため、振動を吸収することにより振動子として不適なためか、実用化はされていないものの、プラスチックで形成された弾性体も提案されている。
【００１５】
特開２００６−３１１７９４号公報（特許文献３）には、電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、移動体を摺動可能なように支持し、前記電気機械変換素子に結合して前記電気機械変換素子と共に変位する移動体支持部材とを備え、前記電気機械変換素子の伸縮によって前記移動体を前記移動体支持部材に沿って移動させる駆動装置であって、前記移動体支持部材の材質が繊維強化樹脂複合体であり、前記繊維強化樹脂複合体を構成する合成樹脂材料が液晶ポリマー又はポリフェニレンスルフィドである駆動装置が開示されている。詳しくは、弾性体に相当する移動支持部材（駆動軸）は棒状であって、その一端と棒状の圧電素子の端部とが接着固定されており、圧電素子の伸縮によって移動支持部材が長さ方向に沿って変位することにより、所定の摩擦力で移動支持部材に支持された移動体を移動させている。すなわち、移動体が変位する機構は、急激な立ち上がり部分と緩やかな立ち下がり部分とからなる鋸歯状波形のパルス電圧を印加して、前記駆動軸の長さ方向の往復運動に強弱をつけ、慣性の法則により移動体を移動させている。
【００１６】
しかし、この文献の駆動装置では、圧電素子と駆動軸とは面接触することなく、駆動軸は、鋸歯状のパルスを利用した長さ方向の往復運動での摩擦により移動体を移動させて直進駆動しており、駆動軸自体は変形しない。そのため、駆動軸を構成する材料には、圧電素子の振動を正確に伝達するための剛性が主に要求され、剛性保持のために繊維が配合されていると推測できる。そのため、この文献の駆動軸には柔軟性などが必要とされず、弾性体自身が屈曲変動する首振型圧電アクチュエータ用弾性体とは、要求される特性が大きく異なる。
【００１７】
特開２０１３−１３５５９２号公報（特許文献４）には、圧電素子の超音波振動を駆動体に伝達するための超音波モータ用弾性体をガラス転移温度が９０℃以上である特定の熱可塑性樹脂で形成することが開示されている。この文献には、超音波モータとして、リニア型又はロータ型超音波モータが開示されている。また、熱可塑性樹脂としてポリアリールケトン樹脂（特にポリエーテルエーテルケトン系樹脂）が好ましいと記載され、比較例では、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリカーボネート、アクリル樹脂などが使用されている。
【００１８】
しかし、この文献にも首振型圧電アクチュエータは記載されていない。なお、超音波モータの弾性体には、弾性体自身の機械的特性（剛性や柔軟性など）、熱的特性（耐熱性など）、非振動体との摩擦特性などの特性が要求されるが、これらの特性は各々の超音波モータ毎に複雑に絡み合っている。そのため、当業者であっても、アクチュエータの駆動機構が異なれば、弾性体による挙動を容易に予測できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００９−３３８７７号公報（特許請求の範囲、段落［００２０］、図１〜３）
【特許文献２】特開２０１３−１８３５６３号公報（特許請求の範囲、段落［００２４］、図１）
【特許文献３】特開２００６−３１１７９４号公報（請求項１、段落［０００４］〜［０００６］［００２１］［００２２］）
【特許文献４】特開２０１３−１３５５９２号公報（特許請求の範囲、段落［００３２］［００４６］、実施例）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従って、本発明の目的は、円運動（回転運動）の角速度を向上できる首振型アクチュエータ用弾性体及びこの弾性体を備えた首振型アクチュエータを提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、トルクが高くても、駆動できる首振型アクチュエータ用弾性体及びこの弾性体を備えた首振型アクチュエータを提供することにある。
【００２２】
本発明のさらに他の目的は、成形性や軽量性に優れ、小型化や複雑な形状への加工性に優れる首振型アクチュエータ用弾性体及びこの弾性体を備えた首振型アクチュエータを提供することにある。
【００２３】
本発明の別の目的は、電気絶縁性及び耐蝕性に優れる首振型アクチュエータ用弾性体及びこの弾性体を備えた首振型アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、前述の首振型アクチュエータの弾性体を樹脂で形成することにより、円運動の角速度を向上できることを見いだし、本発明を完成した。
【００２５】
すなわち、本発明の弾性体は、交流電圧の印加により面方向に伸縮する板状電気機械変換素子を２組以上対向させて柱状の弾性体の側面に固定し、かつ各々の板状電気機械変換素子に位相の異なる交流電圧を印加して伸縮させることにより円運動し、アクチュエータ自身又は接触させた非振動体を駆動させるためのアクチュエータに用いられる前記柱状の弾性体であって、樹脂を含む。前記樹脂は、例えば、熱可塑性樹脂であってもよく、好ましくは結晶性樹脂（特にポリフェニレンスルフィド樹脂）であってもよい。本発明の弾性体は、さらに充填材を含んでいてもよい。本発明の弾性体は、２組以上の対向する平面を有する形状であり、前記平面に板状電気機械変換素子を固定してもよい。このような形状は、板状電気機械変換素子の固定部において、長手方向に垂直な断面形状が４以上の偶数角を有する多角形状（特に正方形状）である形状であってもよい。また、本発明の弾性体は、一方の端部が固定され、かつ固定された端部側の側面に板状電気機械変換素子が固定されていてもよい。さらに、本発明の弾性体は、長手方向に垂直な断面形状が４〜８程度の偶数角を有する正多角形状である多角柱状本体部と、この多角柱状本体部の一方の端部に形成された円板状頭部とで構成されるとともに、他方の端部が固定され、前記円板状端部が円運動してもよい。また、軸芯に沿って貫通孔が形成されていてもよい。前記板状電気機械変換素子は圧電素子であってもよい。
【００２６】
本発明には、前記弾性体と、この弾性体の側面に２組以上対向させて固定した板状電気機械変換素子とを備えたアクチュエータであって、位相の異なる交流電圧を各々の板状電気機械変換素子に印加して伸縮させ、前記弾性体を円運動させることによりアクチュエータ自身又は接触させた非振動体を駆動させるアクチュエータも含まれる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明では、首振型アクチュエータの弾性体が樹脂で形成されているため、円運動（回転運動）の角速度を向上できる。また、樹脂の中でも、結晶性樹脂（特にポリフェニレンスルフィド系樹脂）を用いると、トルクが高くても、駆動（低速で回転）できる。また、熱可塑性樹脂を用いると、成形性や軽量性に優れ、小型化や複雑な形状への加工性も向上できる。さらに、電気絶縁性及び耐蝕性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、首振型超音波モータの一例を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、首振型超音波モータの円運動（駆動機構又は変位機構）を説明するための概略斜視図である。
【図３】図３は、実施例で作製した首振型超音波モータの角速度を測定するための装置の概略斜視図である。
【図４】図４は、実施例で作製した首振型超音波モータの角速度の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［アクチュエータ用弾性体］
本発明のアクチュエータ用弾性体は、交流電圧の印加により面方向に伸縮する板状電気機械変換素子を２組以上対向させて側面（長手方向に延びる側面）に固定し、かつ各々の板状電気機械変換素子に位相の異なる交流電圧を印加して伸縮させることにより円運動し、アクチュエータ自身又は接触させた非振動体を駆動させる。前記弾性体は、樹脂を含むため、円運動の角速度を向上できる。
【００３０】
（樹脂）
樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよいが、板状電気機械変換素子の伸縮による屈曲振動伝達性や円運動の角速度などの点から、所定の機械的特性を有する樹脂が好ましい。
【００３１】
樹脂（充填材を含まない樹脂単体）の密度（比重）は、例えば、３ｇ／ｃｍ３以下であってもよく、好ましくは０．８〜２．５ｇ／ｃｍ３、さらに好ましくは０．９〜２ｇ／ｃｍ３（特に１〜１．５ｇ／ｃｍ３）程度であってもよい。密度が大きすぎると、振動性が低下するため、非振動体への駆動伝達性が低下する。密度の測定方法としては、ＩＳＯ  １１８３に準拠した方法で測定できる。
【００３２】
樹脂の引張弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ７１６２に準拠して、例えば、１〜１０ＧＰａ、好ましくは２〜５ＧＰａ、さらに好ましくは３〜４ＧＰａ程度であってもよい。引張弾性率が大きすぎると、波長が長くなるため、超音波モータの小型化に不利となり易く、小さすぎると、剛性が低下するため、円運動の角速度が低下し易い。
【００３３】
樹脂のポアソン比は、例えば、０．２〜０．４５、好ましくは０．２５〜０．４、さらに好ましくは０．３〜０．４（特に０．３２〜０．３８）程度であってもよい。
【００３４】
樹脂の線膨脹係数（１０−５／℃）は、ＡＳＴＭ  Ｄ６９６に準拠して、例えば、２０以下であってもよく、例えば、０．１〜１５、好ましくは０．５〜１０、さらに好ましくは１〜５（特に２〜４）程度であってもよい。線膨脹係数が大きすぎると、耐熱性が低下し易い。
【００３５】
樹脂の中でも、円運動の角速度を向上できる適度な柔軟性を有し、成形などにも優れる点から、熱可塑性樹脂が好ましく、耐熱性や耐摩耗性に優れる点から、硬質樹脂が特に好ましい。硬質樹脂としては、例えば、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、ポリアリールケトン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリオキシベンゾイルエステル系樹脂、ポリベンズイミダゾール系樹脂、液晶ポリマー、フッ素樹脂などが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの熱可塑性樹脂のうち、板状電気機械変換素子の振動伝達性に優れる点から結晶性樹脂が特に好ましい。
【００３６】
結晶性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は３０℃以上であり、成形性などの点から、例えば、５０〜４５０℃、好ましくは７０〜３５０℃、さらに好ましくは７５〜３００℃（特に８０〜２００℃）程度であってもよい。首振型アクチュエータを作動させると、振動による発熱、雰囲気温度の上昇、摩擦による蓄熱などにより、弾性体の温度が上昇し、振動性が低下する。さらに、弾性体の摩擦係数も低下し、非振動体への振動伝達性が低下するが、ガラス転移温度が低すぎると、このような振動伝達性の低下が顕著となる。さらに、ガラス転移温度が低すぎると、高温での耐摩耗性も低下し、摩擦熱による高温の状態において摩耗や破損が発生し易い。一方、ガラス転移温度が高すぎると、成形温度が高くなり、分解温度に近づくため、加工が困難となる。本発明で使用する結晶性樹脂は、適度な弾性率を有することにより、弾性体の振動にも優れ、非振動体と接触する端部における振動性が大きくなるため、駆動力を向上できる。
【００３７】
なお、本明細書では、ガラス転移温度は、ＡＳＴＭ  ３４１８のＤＳＣ法に準拠して測定できる。
【００３８】
結晶性樹脂としては、結晶性の熱可塑性樹脂（合成樹脂）であれば、特に限定されず、例えば、オレフィン系樹脂（エチレン−ノルボルネン共重合体などの環状オレフィン系樹脂など）、スチレン系樹脂（シンジオタクチックポリスチレンなど）、ポリアセタール系樹脂（ポリオキシメチレンなど）、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリアルキレンアリレート、ポリグリコール酸系樹脂、液晶ポリエステルなど）、ポリアミド系樹脂（脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミドなど）、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリアリールケトン系樹脂、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレンなど）などが挙げられる。これらの結晶性樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００３９】
これらの結晶性樹脂のうち、振動エネルギーの減衰及び損失を抑制でき、耐熱性や耐摩耗性に優れる点から、エンジニアリングプラスチックを好ましく利用でき、例えば、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、ナイロンＭＸＤ６などの芳香族ポリアミド系樹脂、ポリアリールケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリグリコール酸系樹脂、液晶ポリエステルなどが汎用される。
【００４０】
さらに、これらの結晶性樹脂のうち、振動伝達性が高い点から、ポリアリールケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリベンズイミダゾール系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂が好ましい。特に、これらの結晶性樹脂は、金属と比較して軽量化でき板状電気機械変換素子との密着性に優れ、熱硬化性樹脂と異なり未反応の硬化性モノマーを含有せずエネルギー損失を低減でき、非結晶樹脂と比較して分子構造が変形しにくく、機械的損失（ｔａｎδ）が小さくエネルギー損失を低減できる。
【００４１】
（１）ポリアリールケトン樹脂
ポリアリールケトン樹脂は、アリール骨格がエーテル結合及びケトン結合で結合された芳香族ポリエーテルケトンであり、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルケトンケトン系樹脂に分類される。アリール骨格は、通常、フェニレン基であるが、他のアリーレン基、例えば、置換フェニレン基（例えば、Ｃ１−５アルキル基などの置換基を有するアルキルフェニレン基や、フェニル基などの置換基を有するアリールフェニレン基）や、式−Ａｒ−Ｘ−Ａｒ−（式中、Ａｒはフェニレン基を示し、ＸはＳ、ＳＯ２又は直接結合を示す）で表される基などであってもよい。ポリアリールケトン樹脂のアリール骨格中において、他のアリーレン基の割合は、例えば、５０モル％以下（特に３０モル％以下）であってもよい。これらのポリアリールケトン樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらのポリアリールケトン樹脂のうち、耐衝撃性などの機械的特性に優れる点から、エーテル結合の割合が多いポリエーテルエーテルケトン系樹脂が好ましい。
【００４２】
ポリエーテルエーテルケトン系樹脂は、ジハロゲノベンゾフェノンとヒドロキノンとの重縮合により得られるポリエーテルエーテルケトンが、ＶＩＣＴＲＥＸ社製の商品名「ＰＥＥＫ」シリーズ、ＥＶＯＮＩＫ社製の「ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ」シリーズとして市販されているが、フェニレン基が置換基（例えば、Ｃ１−３アルキル基など）を有するポリエーテルエーテルケトンや、フェニレン基がナフチレン基などの他のアリール骨格であるポリエーテルエーテルケトンなどであってもよい。
【００４３】
ポリアリールケトン樹脂（特にポリエーテルエーテルケトン系樹脂）の重量平均分子量は、ＧＰＣ（ポリスチレン換算）において、例えば、５０００〜３００００、好ましくは６０００〜２５０００、さらに好ましくは８０００〜２００００程度である。
【００４４】
ポリアリールケトン樹脂（特にポリエーテルエーテルケトン系樹脂）の体積フローレート（ＭＶＲ）は、ＩＳＯ  １１３３に準拠して（３８０℃／５ｋｇ）、例えば、１０〜２００ｃｍ３／１０分、好ましくは３０〜１５０ｃｍ３／１０分、さらに好ましくは５０〜１００ｃｍ３／１０分程度であってもよい。
【００４５】
（２）ポリフェニレンスルフィド系樹脂
ポリフェニレンスルフィド系樹脂（ポリフェニレンチオエーテル系樹脂）としては、ポリフェニレンスルフィド骨格−(Ａｒ−Ｓ)−［式中、Ａｒはフェニレン基を示す］を有する単独重合体及び共重合体が含まれる。共重合体は、フェニレン基（−Ａｒ−）に加えて、例えば、置換フェニレン基（例えば、Ｃ１−５アルキル基などの置換基を有するアルキルフェニレン基や、フェニル基などの置換基を有するアリールフェニル基）や、式−Ａｒ−Ｘ−Ａｒ−（式中、Ａｒはフェニレン基を示し、ＸはＯ、ＳＯ２、ＣＯ、又は直接結合を示す）で表される基などを含んでいてもよい。ポリフェニレンスルフィド系樹脂は、このようなフェニレン基で構成されるフェニレンスルフィド基のうち、同一の繰返し単位を用いたホモポリマーであってもよく、組成物の加工性の点から、異種の繰返し単位を含むコポリマーであってもよい。
【００４６】
ホモポリマーとしては、ｐ−フェニレンスルフィド基を繰返し単位とする実質上線状のものが好ましく用いられる。コポリマーは、前記フェニレンスルフィド基のうち、異なる２種以上の組み合わせであってもよい。これらのうち、コポリマーとしては、ｐ−フェニレンスルフィド基を主繰返し単位とし、ｍ−フェニレンスルフィド基を含む組み合わせが好ましく、耐熱性、成形性、機械的特性等の物性上の点から、ｐ−フェニレンスルフィド基を６０モル％（好ましくは７０モル％）以上含む実質上線状のコポリマーが特に好ましい。
【００４７】
ポリフェニレンスルフィド樹脂は、比較的低分子量の線状ポリマーを酸化架橋又は熱架橋により溶融粘度を上昇させ、成形加工性を改良したポリマーであってもよく、２官能性モノマーを主体とするモノマーから縮重合によって得られる実質的に線状構造の高分子量ポリマーであってもよい。得られる成形物の物性の点からは、縮重合によって得られる実質的に線状構造ポリマーの方が好ましい。又、ポリフェニレンスルフィド樹脂としては、前記のポリマーの他に、３個以上の官能基を有するモノマーを組み合わせて重合した分岐又は架橋ポリフェニレンスルフィド樹脂や、この樹脂を前記の線状ポリマーにブレンドした樹脂組成物も用いることができる。
【００４８】
ポリフェニレンスルフィド樹脂としては、ポリフェニレンスルフィド（ポリ−１，４−フェニレンスルフィドなど）やポリビフェニレンスルフィド（ＰＢＰＳ）の他、ポリフェニレンスルフィドケトン（ＰＰＳＫ）、ポリフェニレンスルフィドスルホン（ＰＰＳＳ）なども使用できる。ポリフェニレンスルフィド樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００４９】
ポリフェニレンスルフィド樹脂の数平均分子量は、ＧＰＣ（ポリスチレン換算）において、例えば、５００〜１０００００、好ましくは７００〜５００００、さらに好ましくは１０００〜３００００程度である。
【００５０】
ポリフェニレンスルフィド樹脂（充填材を含まない樹脂単体）のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、ＪＩＳ  Ｋ７３１５−１に準拠して（３１５℃、荷重５ｋｇ）、例えば、１〜１００００ｇ／１０分、好ましくは５〜５０００ｇ／１０分、さらに好ましくは１０〜３０００ｇ／１０分（特に２０〜２０００ｇ／１０分）程度であってもよい。
【００５１】
（３）ポリベンズイミダゾール系樹脂
ポリベンズイミダゾール系樹脂は、ポリベンズイミダゾールの他、ベンゼン骨格の一部又は全部が、他の芳香族環（例えば、ビフェニル環、ナフタレン環など）で置換されていてもよく、ベンズイミダゾール骨格の他に、フェニレンなどのアリーレン基などの共重合単位を含んでいてもよい。これらのポリベンズイミダゾール系樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらのポリベンズイミダゾール系樹脂のうち、ポリベンズイミダゾールが汎用される。
【００５２】
（４）ポリアミドイミド樹脂
ポリアミドイミド樹脂は、主鎖にイミド結合及びアミド結合を有するポリマーであり、トリカルボン酸無水物と多価イソシアネートとを反応させたポリアミドイミドや、トリカルボン酸無水物と多価アミンとを反応させてイミド結合を形成した後、多価イソシアネートを反応させてアミド化したポリアミドイミドなどであってもよい。トリカルボン酸無水物としては、通常、トリメリット酸無水物が使用される。多価アミンや多価イソシアネートとしては、芳香族アミン（フェニレンジアミン、ナフタレンジアミン、２，２−ビス（アミノフェニル）プロパン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテルなど）を含む多価アミン、芳香族イソシアネート（フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネートなど）を含む多価イソシアネートが好ましい。ポリアミドイミドとしては、例えば、特開昭５９−１３５１２６号公報に記載のポリアミドイミドなどであってもよい。
【００５３】
（５）芳香族ポリアミド樹脂
芳香族ポリアミド樹脂としては、芳香環を含むポリアミド樹脂であればよく、例えば、脂肪族ジアミンと芳香族ジカルボン酸とを重合したポリアミド、芳香族ジアミンと脂肪族ジカルボン酸とを重合したポリアミドなどが挙げられる。脂肪族ジアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミンなどのアルキレンジアミンなどが挙げられる。芳香族ジアミンとしては、例えば、フェニレンジアミン、メタキシリレンジアミン、ナフタレンジアミンなどが挙げられる。脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸などが挙げられる。芳香族ジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸などが挙げられる。これらの芳香族ポリアミド樹脂のうち、ヘキサメチレンジアミンやノナメチレンジアミンなどのＣ６−１２アルキレンジアミンと、テレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸とを重合したポリアミドが好ましい。
【００５４】
なかでも、耐熱性、耐摩耗性、電気絶縁性に優れる点から、ポリアリールケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂が好ましく、トルクが高くても、円運動の角速度を向上できる点から、ポリフェニレンスルフィド樹脂が特に好ましい。
【００５５】
本発明のアクチュエータ用弾性体は、樹脂を主成分として含み、樹脂の割合は、弾性体全体に対して、通常５０重量％以上（例えば、５０〜１００重量％）、好ましくは６０重量％以上（例えば、６０〜９９重量％）、さらに好ましくは７０重量％以上（例えば、７０〜９５重量％）である。
【００５６】
（充填材）
本発明の弾性体は、用途に応じて、前記樹脂に加えて充填材を含んでいてもよい。樹脂と充填材とを組み合わせると、耐衝撃性、寸法安定性、剛性などの機械的特性を向上できるため、押圧に対する変形を抑制でき、耐久性を向上できるとともに、熱による変形も小さくなり、耐熱性を向上できる。さらに、薄肉化できるため、軽量性も向上できる。一方、充填材は前記特性を向上できる反面、円運動の角速度を低下させる場合がある。そのため、高い角速度が要求される用途では、充填材を実質的に含まないのが好ましい。
【００５７】
充填材は、有機系充填材であってもよく、無機系充填材であってもよい。充填材の形状も、特に限定されず、繊維状充填材であってもよく、粒状又は板状充填材であってもよい。
【００５８】
繊維状充填材には、無機系繊維状充填材、有機系繊維状充填材が含まれる。無機系繊維状充填材としては、例えば、セラミックス繊維（例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アスベスト繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、チタン酸カリウム繊維など）、金属繊維（例えば、ステンレス繊維、アルミニウム繊維、チタン繊維、銅繊維、真鍮繊維など）などが挙げられる。有機系繊維状充填材としては、例えば、アラミド繊維、フッ素樹脂繊維、アクリル繊維などの高融点有機繊維などが挙げられる。これらの繊維状充填材は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００５９】
粒状又は板状充填材としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、炭化ケイ素、シリカ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、石英粉末、ハイドロタルサイト、ガラス類（ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラス粉、ミルドガラスファイバーなど）、炭酸塩（炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなど）、ケイ酸塩（ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、タルク、マイカ、カオリン、クレー、ケイ藻土、ウォラストナイトなど）、金属酸化物（酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナなど）、硫酸塩（硫酸カルシウム、硫酸バリウムなど）、各種金属粉や金属箔などが挙げられる。これらの粒状又は板状充填材は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００６０】
これらの充填材（特に無機系繊維）は、必要に応じて、収束剤又は表面処理剤（例えば、エポキシ系化合物、イソシアネート系化合物、シラン系化合物、チタネート系化合物などの官能性化合物）で表面処理してもよい。充填材の処理は、充填材の添加と同時に行ってもよく、添加前に予め行ってもよい。収束剤又は表面処理剤の使用量は、充填材に対して５重量％以下、好ましくは０．０５〜２重量％程度である。
【００６１】
これらの充填材のうち、配向状態を調整して剛性を制御できる点から、繊維状充填材が好ましく、なかでもガラス繊維や炭素繊維などの無機系繊維、アラミド繊維などの有機系繊維が汎用され、耐熱性が高く、機械的特性を向上できる点から、無機系繊維が好ましく、軽量性及び柔軟性にも優れる点から、炭素繊維が特に好ましい。繊維状充填材は、弾性体中で少なくとも一部が配向していればよく、長繊維だけでなく、ウイスカーなどの短繊維も含む。
【００６２】
繊維状充填材の平均繊維径は、例えば、０．１〜５０μｍ、好ましくは１〜３０μｍ、さらに好ましくは２〜２０μｍ程度である。繊維径が小さすぎると、機械的特性を向上するのが困難となる。一方、繊維径が大きすぎても、機械的特性を向上するのが困難となる。
【００６３】
繊維状充填材の平均繊維長は、例えば、１μｍ〜２ｍｍ、好ましくは１０μｍ〜１．５ｍｍ、さらに好ましくは１００μｍ〜１ｍｍ程度である。繊維長が小さすぎると、機械的特性を向上するのが困難となる。一方、繊維長が大きすぎると、繊維状充填材を配向させるのが困難となる。
【００６４】
繊維状充填材の平均アスペクト比は、例えば、３〜５００、好ましくは５〜１００、さらに好ましくは１０〜５０程度である。アスペクト比が小さすぎると、機械的特性を向上するのが困難となる。一方、アスペクト比が大きすぎると、繊維状充填材を配向させるのが困難となる。
【００６５】
本明細書では、繊維状充填材の平均繊維径は、目視や、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの各種観察装置で計測できるが、光学顕微鏡を用いて任意の１０カ所以上の平均値として求めるのが好適である。
【００６６】
平均繊維長は、弾性体の任意の位置から無作為に約５ｇの試料を切出し、６５０℃で灰化して繊維を取り出した繊維の一部（約５００本）から前記観察装置を用いて求めた。
【００６７】
本発明では、繊維状充填材は、機械的特性を向上させる点から、弾性体中において、一定の方向に配向されているのが好ましく、板状電気機械変換素子と弾性体との接触面の面方向に対して平行に配向されているのが特に好ましい。本発明の弾性体は、複数の層を積層してもよいが、各層の繊維状充填材の配向方向は同一の方向であるのが好ましく、通常、単層の弾性体中で繊維状充填材が一定の方向に配向されている。
【００６８】
板状電気機械変換素子の伸縮方向（振動方向）は、板状電気機械変換素子と柱状弾性体との接触面の面方向であり、かつ柱状弾性体の長手方向である。繊維状充填材が板状電気機械変換素子の伸縮方向に対して平行であれば、屈曲振動の伝達性が向上する理由は明らかではないが、伸縮方向に対して繊維状充填材が平行に配向している場合、繊維状充填材に対して曲げ方向の応力が働くことになる。そのため、繊維状充填材の効果によりｔａｎδ（損失係数）が小さくなり、特性が向上すると考えられる。これに対して、繊維状充填材の配向方向が振動方向に対して平行で無い場合、伸縮振動（駆動子の屈曲振動）駆動子の屈曲振動での繊維状充填材の変形の割合は小さく、繊維状充填材間の距離の変動によって変形する割合が増加する。そのため、繊維状充填材によるｔａｎδ減少の効果は少なくなると推定される。
【００６９】
本発明では、板状電気機械変換素子に印加する交流の周波数と、板状電気機械変換素子を固定した弾性体における繊維状充填材の配向方向の共振周波数とが同一であるのが好ましく、ｔａｎδが小さい。共振周波数を外れると、弾性体に投入されたエネルギーは、熱エネルギーに変換される割合が大きくなり、非振動体に伝達される振動エネルギーが著しく減少する。
【００７０】
充填材（特に繊維状充填材）の割合は、樹脂１００重量部に対して、例えば、５〜１００重量部、好ましくは１０〜６０重量部、さらに好ましくは１５〜５０重量部（特に２０〜４０重量部）程度である。充填材の割合が多すぎると、耐衝撃性や耐久性が低下する。
【００７１】
なお、本発明のアクチュエータ用弾性体は、実質的に樹脂単独、又は樹脂と充填材との組み合わせで形成されており、樹脂及び充填材の総量は、弾性体全体に対して、通常８０重量％以上（例えば、８０〜１００重量％）、好ましくは９０重量％以上（例えば、９０〜９９重量％）、さらに好ましくは９５重量％以上（特に９９重量％以上）であり、樹脂及び充填材のみで形成されていてもよい。
【００７２】
（他の添加剤）
本発明の弾性体は、樹脂で形成されているため、慣用の樹脂用添加剤を配合して、機械的特性や意匠性などを容易に改良できる。樹脂用添加剤としては、例えば、着色剤（染顔料）、滑剤、安定剤（酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、耐光安定剤など）、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、アンチブロッキング剤、可塑剤、防腐剤などが挙げられる。これらの添加剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００７３】
（弾性体の形状及び特性）
弾性体の形状は、図１に示される形状に限定されず、自身の端部が円運動（回転運動）し易い形状である柱状（棒状又は長尺状）である。弾性体の形状は、柱状であれば特に限定されず、側面が曲面で形成された形状（円柱状など）であってもよいが、板状電気変換素子を容易に固定できる点から、２組以上の板状電気機械変換素子を容易に側面に対向して固定できる形状、例えば、２組以上の対向する平面（板状電気機械変換素子を固定するための平面）を有する形状が好ましい。
【００７４】
このような形状としては、例えば、少なくとも板状電気機械変換素子の固定部における断面形状（柱状弾性体の長手方向に垂直な断面形状）が対向する２組以上の辺を有する略多角形状（例えば、４〜１００角程度の略多角形状など）である形状などが挙げられる。このような断面形状のうち、加工が容易であり、かつ弾性体の円運動の円滑性を高め、角速度も向上できる点から、４以上の偶数角を有する正多角形状（例えば、正方形状、正六角形状、正八角形状、正十二角形状、正二十四角形状などの４〜３６程度の偶数角を有する正多角形状など）が好ましい。これらのうち、４〜１０（特に４〜８）程度の偶数角を有する正多角形状、例えば、正方形状又は正六角形状（特に正方形状）が好ましい。また、円運動の角速度を向上でき、大型のアクチュエータの生産性を向上できる点からは、１０を超える偶数角を有する正多角形状、例えば、正十二角形状、正二十四角形状などの１２〜３６（特に１２〜２４）程度の偶数角を有する正多角形状が好ましい。
【００７５】
本発明の弾性体は、側面に固定された２組以上の板状電気機械変換素子により自身が円運動して駆動するか、接触させた非振動体に動力を伝達して駆動するため、通常、変位の大きい端部の駆動力を利用するのが有効である。そのため、駆動力を発生させる側の端部（駆動端部）は、要求される駆動力や動作、非振動体の形状などに応じて適宜選択した形状であってもよい。駆動端部としては、端部の円運動を効率良く利用できる点から、円板状が好ましい。
【００７６】
本発明の弾性体は、電気変換素子の固定部と駆動端部とが前記形状に形成された形状が好ましく、前記固定部及び駆動端部以外の形状は特に限定されないが、通常、断面略多角形状（特に正方形状）の多角柱状本体部と、この多角柱状本体部の一方の端部に形成された円板状頭部とで形成されている。円板状頭部の径は、特に限定されないが、非振動体と接触させる場合、非振動体に駆動力を伝達し易い点から、柱状本体部よりも径大であってもよい。円板状頭部の直径は、柱状本体部の径（多角柱状本体部の対向する面の最短距離）に対して、例えば、０．５〜１０倍、好ましくは１〜５倍、さらに好ましくは１．１〜２倍程度である。円板状頭部の厚みは、柱状本体部の長さに対して、例えば、１／２〜１／１００倍、好ましくは１／３〜１／５０倍、さらに好ましくは１／５〜１／２０倍（特に１／８〜１／１５倍）程度である。
【００７７】
柱状本体部のサイズは、アクチュエータの種類に応じて選択できる。径（対向面の最短距離）は、例えば、１〜５０ｍｍ、好ましくは２〜３０ｍｍ、さらに好ましくは３〜１０ｍｍ程度である。長さは、例えば、１０〜５００ｍｍ、好ましくは２０〜３００ｍｍ、さらに好ましくは３０〜１００ｍｍ程度である。
【００７８】
円板状頭部のサイズもアクチュエータの種類に応じて選択できる。円板形状の直径は、例えば、１〜５０ｍｍ、好ましくは２〜２０ｍｍ、さらに好ましくは３〜１５ｍｍ程度である。厚みは、例えば、１〜３０ｍｍ、好ましくは２〜２０ｍｍ、さらに好ましくは３〜１０ｍｍ程度である。
【００７９】
本発明の弾性体は、中実な構造であってもよいが、端部の円運動の変位を大きくでき、かつ角速度を向上できる点から、中空な構造であるのが好ましく、円滑に円運動できる点から、軸芯に沿って貫通孔が形成された形状が好ましい。貫通孔の形状は、特に限定されないが、軸芯に沿った等方形状（円形状や多角形状）が好ましく、通常、円形状である。中空構造の場合、空孔の体積割合は、弾性体の全体積に対して、例えば、５〜８０％、好ましくは１０〜６０％、さらに好ましくは２０〜５０％（特に３０〜４０％）程度である。
【００８０】
弾性体の引張弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ７１６２に準拠して、例えば、１〜１００ＧＰａ程度の範囲から選択でき、好ましくは２〜５０ＧＰａ、さらに好ましくは３〜１０ＧＰａ程度であるが、高い剛性や耐熱性が要求される場合には、樹脂と充填材とを組み合わせることにより、例えば、５〜５０ＧＰａ（特に１０〜３０ＧＰａ）程度に調整してもよい。
【００８１】
（弾性体の製造方法）
本発明の弾性体は、慣用の成形方法、例えば、押出成形、射出成形、圧縮成形などで製造できる。これらの成形方法のうち、押出成形や射出成形などが汎用され、柱状本体部に対して円板状頭部などの異形状の頭部を有する異方形状の場合、通常、射出成形や切削加工で成形できる。本発明では、弾性体が樹脂で形成されているため、成形加工性に優れている。
【００８２】
なお、弾性体が充填材を含み、頭部を有する場合、頭部には充填材が含まれていなくてもよい。例えば、頭部を一体成形せずに、充填材を含まない頭部を別途、押出成形や射出成形などにより成形し、柱状本体部の端部に接合してもよい。
【００８３】
特に、繊維状充填材を一定の方向（特に板状電気機械変換素子の伸縮方向に対して平行な方向）に配向する方法としては、簡便性の点から、押出成形や射出成形を利用するのが好ましい。押出成形や射出成形では、繊維状充填材は、容易に樹脂の流動方向に配向させることが可能である。繊維状充填材を一定の方向に配向させる方法は、樹脂の種類に応じて適宜選択でき、特に限定されないが、例えば、押出成形では、溶融混練に供する樹脂組成物を８０〜１８０℃（特に１００〜１６０℃）で所定時間（例えば、２〜５時間程度）予備乾燥し、２２０〜４２０℃（特に３２０〜４００℃）で溶融混練してもよい。射出成形では、シリンダー温度が２２０〜４２０℃（特に３２０〜４００℃）程度であってもよく、金型温度が４０〜２５０℃（特に１００〜２２０℃）程度であってもよい。
【００８４】
［アクチュエータ］
本発明のアクチュエータは、前記弾性体と、この弾性体の側面に２組以上対向させて固定した板状電気機械変換素子とを備えていればよい。本発明のアクチュエータは、前記電気機械変換素子の伸縮により端部が円運動するが、アクチュエータ自身を駆動させてもよく、接触させた非振動体に動力を伝達することにより前記非振動体を駆動させてもよい。
【００８５】
板状電気機械変換素子は、電歪素子であってもよいが、振動伝達性に優れる点から、圧電素子が好ましい。圧電素子は、回転運動の変位を更に向上させるため、積層型圧電素子であってもよい。
【００８６】
圧電（ピエゾ）素子は、超音波振動を発生できれば特に限定されないが、圧電高分子膜（ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−三フッ化エチレン共重合体などのフッ素樹脂など）、圧電金属薄膜（酸化亜鉛の蒸着膜など）であってもよいが、通常、圧電セラミックス層である。圧電セラミックス層は、圧電性を示すセラミックス、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどのＡＢＯ３型ペロブスカイト酸化物などを含んでいる。これらのセラミックスは、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００８７】
本発明のアクチュエータは、柱状弾性体の一方の端部（例えば、円板状頭部などの駆動端部）の円運動（回転運動）を駆動力として利用するため、この駆動端部以外の部位を固定して用いられる。固定箇所は、板状電気機械変換素子の固定位置に応じて適宜選択でき、板状電気機械変換素子から伝達された屈曲運動の節（フシ）となる部位（屈曲運動が生じても変位しない部位）であってもよいが、円運動の変位を向上できる点から、他方の端部を固定するのが好ましい。
【００８８】
板状電気機械変換素子は、柱状弾性体の側面（長手方向の側面）に２組以上対向させて固定されるが、駆動端部の反対側の端部（固定端部）を固定する場合、円運動の変位を向上させるために、柱状弾性体の側面において、固定端部側に固定（貼付）するのが好ましい。具体的には、電気機械素子の中央部が、柱状弾性体の軸方向の中央部よりも固定端部側に位置するのが好ましく、例えば、固定端部から、柱状弾性体の全長に対して、例えば、１／２〜１／１０、好ましくは１／２．５〜１／８、さらに好ましくは１／３〜１／５程度の長さの位置に電気機械素子の中央部が位置するように固定するのが好ましい。
【００８９】
電気機械素子の形状は、板状であればよく、弾性体の形状に応じて曲面を有していてもよいが、通常、平面形状が長方形状の平坦な板状である。
【００９０】
板状電気機械変換素子のサイズは、柱状弾性体のサイズに応じて選択できる。板状電気機械変換素子の長さ（柱状弾性体に固定した状態において、弾性体の長手方向に沿った長さ）は、例えば、柱状弾性体の全長に対して、例えば、１／１〜１／１０倍、好ましくは１／１．５〜１／８倍、さらに好ましくは１／２〜１／６倍（特に１／３〜１／５倍）程度である。幅は、柱状弾性体の固定部の幅（多角柱状の場合、長手方向に延びる平面の幅）に対して、例えば、１／１〜１／２倍、好ましくは１／１〜１／１．５倍程度の幅である。厚みは、柱状弾性体固定部の厚み（固定部の面に対して垂直方向の厚み）に対して、１／２〜１／３０倍、好ましくは１／５〜１／２０倍、さらに好ましくは１／８〜１／１５倍程度である。
【００９１】
本発明では、４以上の板状電気機械変換素子に対して位相の異なる交流電圧を印加して伸縮させることにより弾性体（特に駆動端部）を円運動させる。印加する交流電圧は、隣接する板状電気機械変換素子を、素子の間で位相を所定の角度ずらして、通常、対向する１組の板状電気機械変換素子が逆方向に伸縮するように、１８０°位相をずらして印加される。
【００９２】
弾性体と電気機械変動素子（特に圧電素子）との固定方法としては、切削加工した弾性体と電気機械変動素子とを接着剤を用いて固定する方法、切削加工した弾性体の樹脂表面を融解し電気機械変動素子と融着させる方法、電気機械変動素子を金型内に設置した後、融解した樹脂を金型内に流し、電気機械変動素子を封止する方法（インサート成形法）などが挙げられる。
【００９３】
アクチュエータにおいて、非振動体としても、アクチュエータの種類に応じて、慣用の非振動体、板状又は棒状移動体（スライダ）、円板状回転体（ロータ）などを利用できる。非振動体の材質は、特に限定されず、慣用の金属材料や樹脂などで形成でき、通常、ステンレス、アルミニウム、真鍮などの金属で形成されている。非振動体の表面には、弾性体との摺動性を向上させるために、シリコーンやフッ素樹脂などで構成された被膜が形成されていてもよい。
【実施例】
【００９４】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。実施例及び比較例で使用した材料の略号は下記の通りであり、実施例及び比較例で得られたアクチュエータの角速度は以下の方法で測定した。
【００９５】
［材料の略号］
ＰＰＳ：ポリフェニレンスルフィド、日本エクストロン（株）製「丸棒ＰＰＳ  Ｎ」、密度１．３５ｇ／ｃｍ３、引張弾性率３．４５ＧＰａ、ポアソン比０．３６、線膨脹係数２．６、ガラス転移温度（Ｔｇ）９０℃
ＣＦ含有ＰＰＳ：平均繊維径約７μｍの炭素繊維３０重量％含有ポリフェニレンスルフィド、日本エクストロン（株）製「ＰＰＳ／ＣＦ：黒」、押出成形により炭素繊維が長さ方向に配向した断面円形の棒状成形体、密度１．４４ｇ／ｃｍ３、引張弾性率２１．２ＧＰａ、ポアソン比０．３６、ガラス転移温度９０℃
ＰＥＥＫ：ポリエーテルエーテルケトン、日本エクストロン（株）製「ナチュラルカラー（無充填）」、断面円形の棒状成形体、密度１．２８ｇ／ｃｍ３、引張弾性率３．５ＧＰａ、ポアソン比０．４、線膨脹係数４．７、ガラス転移温度１４３℃
アルミニウム：合金規格番号Ａ５０５２
ＰＺＴ：（株）富士セラミックス製「Ｃ−２１６」。
【００９６】
［角速度］
図３に示す装置を用いて、実施例及び比較例で得られた超音波モータの角速度を測定した。詳しくは、柱状弾性体１２の側面に圧電素子１３を固定した超音波モータ１１について、円板状頭部とは反対側の端部をステンレス製支持台１８に固定した。一方、断面正方形状のアルミニウム製柱状体１７を前記柱状弾性体１２と平行に配設し、柱状体１７の端部をステンレス製支持台１９に固定するとともに、柱状体１７の側面の略中央部をアルミニウム製支持棒２０で固定した。柱状体１７の他方の端部には、内部のベアリングにより回転可能な回転体１５を装着し、超音波モータの円板状頭部と接触させて配置した。さらに、回転体１５には、トルクを変化させるための重り１６を糸を介して吊着した。なお、回転体１５は、ポリメタクリル酸メチル樹脂で形成し、その直径を柱状弾性体１２の円板状頭部の径に対して約２倍に調整した。角速度の測定は、回転体１５にマーカーを記し、そのマーカーの単位時間当たりの回転角度を高速度ビデオカメラで読み取ることで評価した。また、重りの重量を変化させることにより、負荷するトルクを変えて角速度を測定した。
【００９７】
実施例１
ＰＰＳを切削加工して、図１に示す弾性体と同形状の柱状弾性体を作製し、図１に示す形態で接着剤（ニチバン（株）製「アラルダイドＡＲ−Ｓ３０」）を用いて前記弾性体の側面に圧電素子（ＰＺＴ）を固定し、超音波モータを作製した。圧電素子は、円板状頭部が形成されていない端部（底部）から６ｍｍの間隔をあけて固定した。柱状弾性体及び圧電素子のサイズは以下の通りである
正四角柱状本体部：縦幅６．２ｍｍ×横幅６．２ｍｍ×長さ４０ｍｍ
円板状頭部：直径８ｍｍ×厚み４ｍｍ
弾性体の貫通孔：直径４ｍｍ
圧電素子：長さ１０ｍｍ×幅６ｍｍ×厚み０．５ｍｍ。
【００９８】
実施例２
ＰＰＳの代わりにＣＦ含有ＰＰＳを用いた以外は実施例１と同様にして超音波モータを作製した。
【００９９】
実施例３
ＰＰＳの代わりにＰＥＥＫを用いた以外は実施例１と同様にして超音波モータを作製した。
【０１００】
比較例１
ＰＰＳの代わりにアルミニウムを用いた以外は実施例１と同様にして超音波モータを作製した。
【０１０１】
実施例及び比較例で得られた超音波モータの角速度を測定した結果を図４に示す。図４の結果から明らかなように、実施例の超音波モータは、いずれも低トルクにおいて、高い角速度で円運動した。さらに、実施例１及び２（特に実施例１）では、３００μＮｍ程度の高いトルクを負荷しても高い角速度を示した。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の弾性体は、各種の電気機器、計測機、光学機器などのアクチュエータ（例えば、リニア型やロータ型の超音波モータなど）の弾性体として利用できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１１…首振型超音波モータ
２，１２…弾性体
３，１３…板状電気機械変換素子（圧電素子）
４…円運動の軌道
【図１】
2015198522.tif 000003
【図２】
2015198522.tif 000004
【図３】
2015198522.tif 000005
【図４】
2015198522.tif 000006