(57)【要約】【課題】振動効率が良く、振動が安定している圧電アクチュエーターを提供すること。【解決手段】本発明の圧電アクチュエーターは、圧電素子と、前記圧電素子が設けられた本体部と、固定部と、前記本体部と前記固定部とを連結する連結部とを有する振動板と、前記振動板が固定される第１部材と、を備え、前記固定部を前記第１部材と第２部材とで挟むことにより、前記固定部を前記第１部材に固定する。また、前記振動板の厚さ方向において、前記第１部材および前記第２部材の厚さは、それぞれ、前記固定部の厚さよりも厚い。また、前記振動板の厚さ方向から見たとき、前記本体部は、互いに対向する１対の辺を有し、前記振動板は、前記本体部の前記１対の辺の一方に、複数の前記連結部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、
前記圧電素子が設けられた本体部と、固定部と、前記本体部と前記固定部とを連結する連結部とを有する振動板と、
前記振動板が固定される第１部材と、を備え、
前記固定部を前記第１部材と第２部材とで挟むことにより、前記固定部を前記第１部材に固定することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項２】
前記振動板の厚さ方向において、前記第１部材および前記第２部材の厚さは、それぞれ、前記固定部の厚さよりも厚い請求項１に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項３】
前記振動板の厚さ方向から見たとき、前記本体部は、互いに対向する１対の辺を有し、
前記振動板は、前記本体部の前記１対の辺の一方に、複数の前記連結部を有する請求項１または２に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項４】
前記固定部は、１部材で構成されており、
前記固定部は、前記複数の連結部により前記本体部に連結されている請求項３に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項５】
前記振動板の厚さ方向から見たとき、前記本体部は、互いに対向する１対の辺を有し、
前記振動板は、前記本体部の前記１対の辺のそれぞれに、複数の前記連結部を有する請求項１または２に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項６】
１対の前記固定部を有し、
前記１対の固定部は、それぞれ、１部材で構成されており、
前記１対の固定部の一方は、前記本体部の前記１対の辺の一方に設けられた前記複数の連結部により前記本体部に連結され、前記１対の固定部の他方は、前記本体部の前記１対の辺の他方に設けられた前記複数の連結部により前記本体部に連結されている請求項５に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項７】
前記第１部材と前記固定部との間と、前記第２部材と前記固定部との間との少なくとも一方に、絶縁部材を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項８】
前記第１部材と、前記第２部材との少なくとも一方は、絶縁性を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項９】
前記第１部材と、前記第２部材との少なくとも一方に、前記圧電素子に電気的に接続された配線が挿通する孔が設けられている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項１０】
前記第１部材と、前記第２部材との少なくとも一方の前記圧電素子に対向する位置に、開口が設けられている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項１１】
前記第１部材および前記第２部材は、それぞれ、１部材で構成されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項１２】
変位可能に設けられた被駆動体を有し、
前記振動体は、前記被駆動体に当接する接触部を有する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエーターは、高周波の交流電圧等の駆動電圧を機械的振動に変換する圧電素子を有する振動体と、その振動体と当接し、その振動によって駆動される被駆動体（例えば、ローター）とを備える駆動装置である（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の圧電アクチュエーターの振動体は、短手方向両外側に向かって延設された一対の腕部（固定部）を有し、その腕部に設けられた貫通孔を挿通させたネジを介して、振動体が保持部材に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４６１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の振動体の固定構造では、圧電アクチュエーターの駆動特性に悪影響を与えるおそれがある。つまり、振動体の振動が腕部に伝わり、腕部に意図しない共振が発生することがある。そして、その共振が振動体の本来の振動を妨害することにより、被駆動体との当接位置における振動体の動きが乱れることがある。これにより、振動体が被駆動体に当接する強さや、当接する範囲等の当接の態様が変化するおそれがある。その結果、振動体が、被駆動体に適切な駆動力を伝えることができなくなり、被駆動体を駆動する駆動効率や、被駆動体の位置決め精度等の圧電アクチュエーターの駆動特性が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、圧電アクチュエーターの駆動特性を安定させた、振動体を固定することが可能な技術の提供を目的とする。
【０００６】
（適用例１）
本発明に係わる圧電アクチュエーターは、圧電素子と、前記圧電素子が設けられた本体部と、固定部と、前記本体部と前記固定部とを連結する連結部とを有する振動板と、前記振動板が固定される第１部材と、を備え、前記固定部を前記第１部材と第２部材とで挟むことにより、前記固定部を前記第１部材に固定することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、振動体が有する固定部を第１部材と第２部材とで挟むことにより、当該固定部を当該第１部材に固定するので、振動体の振動が固定部に伝わり、固定部に意図しない共振が発生することを抑制することができ、これにより、圧電アクチュエーターの駆動特性を安定させることができる。
【０００８】
（適用例２）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記振動板の厚さ方向において、前記第１部材および前記第２部材の厚さは、それぞれ、前記固定部の厚さよりも厚いことが好ましい。
【０００９】
これにより、第１部材および第２部材により固定部をより確実に挟むことができ、振動をより安定させることができる。
【００１０】
（適用例３）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記振動板の厚さ方向から見たとき、前記本体部は、互いに対向する１対の辺を有し、
前記振動板は、前記本体部の前記１対の辺の一方に、複数の前記連結部を有することが好ましい。
これにより、振動板が振動した際、振動板のブレやバタツキを抑制することができる。
【００１１】
（適用例４）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記固定部は、１部材で構成されており、
前記固定部は、前記複数の連結部により前記本体部に連結されていることが好ましい。
【００１２】
固定部が１部材で構成されていることにより、固定部を第１部材および第２部材に固定する際の固定部や連結部の変形、歪を抑制することができる。
【００１３】
また、固定部が１部材で構成され、その固定部が複数の連結部により本体部に連結されていると、スプリアス振動が発生する虞があるが、固定部が第１部材と第２部材とで挟まれているので、そのスプリアス振動を抑制することができ、振動を安定させることができる。
【００１４】
（適用例５）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記振動板の厚さ方向から見たとき、前記本体部は、互いに対向する１対の辺を有し、
前記振動板は、前記本体部の前記１対の辺のそれぞれに、複数の前記連結部を有することが好ましい。
これにより、振動板が振動した際、振動板のブレやバタツキを抑制することができる。
【００１５】
（適用例６）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、１対の前記固定部を有し、
前記１対の固定部は、それぞれ、１部材で構成されており、
前記１対の固定部の一方は、前記本体部の前記１対の辺の一方に設けられた前記複数の連結部により前記本体部に連結され、前記１対の固定部の他方は、前記本体部の前記１対の辺の他方に設けられた前記複数の連結部により前記本体部に連結されていることが好ましい。
【００１６】
固定部が１部材で構成されていることにより、固定部を第１部材および第２部材に固定する際の固定部や連結部の変形、歪を抑制することができる。
【００１７】
また、固定部が１部材で構成され、その固定部が複数の連結部により本体部に連結されていると、スプリアス振動が発生する虞があるが、固定部が第１部材と第２部材とで挟まれているので、そのスプリアス振動を抑制することができ、振動を安定させることができる。
【００１８】
（適用例７）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第１部材と前記固定部との間と、前記第２部材と前記固定部との間との少なくとも一方に、絶縁部材を有することが好ましい。
【００１９】
これにより、振動板に電圧を印加して圧電アクチュエーターを駆動する場合においても、圧電アクチュエーターの第１部材と第２部材との少なくとも一方の電位をアース電位に設定することができる。
【００２０】
（適用例８）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第１部材と、前記第２部材との少なくとも一方は、絶縁性を有することが好ましい。
【００２１】
これにより、振動板に電圧を印加して圧電アクチュエーターを駆動する場合においても、圧電アクチュエーターの第１部材と第２部材との少なくとも一方の電位をアース電位に設定することができる。
【００２２】
（適用例９）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第１部材と、前記第２部材との少なくとも一方に、前記圧電素子に電気的に接続された配線が挿通する孔が設けられていることが好ましい。
これにより、圧電アクチュエーターの小型化を図ることができる。
【００２３】
（適用例１０）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第１部材と、前記第２部材との少なくとも一方の前記圧電素子に対向する位置に、開口が設けられていることが好ましい。
【００２４】
これにより、発生した熱を放熱することができ、また、軽量化を図ることができ、また、圧電素子に電気的に接続された配線が正常であるか否かを確認することができ、また、例えば、半田等により前記配線を接続する場合において、半田が第１部材や第２部材に干渉することを防止することができる。
【００２５】
（適用例１１）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第１部材および前記第２部材は、それぞれ、１部材で構成されていることが好ましい。
【００２６】
これにより、振動板が１対の固定部を有する場合、前記第１部材および前記第２部材のそれぞれにおいて、各固定部の位置やその近傍の位置における寸法精度を容易に向上させることができ、また、第１部材および第２部材の剛性を高くすることができる。
【００２７】
（適用例１２）
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、変位可能に設けられた被駆動体を有し、
前記振動体は、前記被駆動体に当接する接触部を有することが好ましい。
【００２８】
これにより、別途被駆動体を用意することなく、被駆動体付の圧電アクチュエーターを提供することができ、被駆動体を含む圧電アクチュエーターの組み付け作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の圧電アクチュエーターの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧電アクチュエーターの振動部の分解斜視図である。
【図３】図１に示す圧電アクチュエーターの振動部を他の方向から見た斜視図である。
【図４】図１に示す圧電アクチュエーターの振動部を他の方向から見た斜視図である。
【図５】図１に示す圧電アクチュエーターの振動部の断面図（Ａ−Ａ線での断面図）である。
【図６】図１に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。
【図７】図１に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。
【図８】図１に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。
【図９】図１に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。
【図１０】図１に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。
【図１１】本発明の圧電アクチュエーターの第２実施形態における振動体を示す平面図である。
【図１２】本発明の圧電アクチュエーターの第３実施形態における振動体を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の圧電アクチュエーターを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の圧電アクチュエーターの第１実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す圧電アクチュエーターの振動部の分解斜視図である。図３は、図１に示す圧電アクチュエーターの振動部を他の方向から見た斜視図である。図４、図１に示す圧電アクチュエーターの振動部を他の方向から見た斜視図である。図５、図１に示す圧電アクチュエーターの振動部の断面図（Ａ−Ａ線での断面図）である。図６〜図１０は、それぞれ、図１に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。
【００３２】
なお、以下では、説明の都合上、図１および図５中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【００３３】
また、図１〜図１０には、互いに直交する３つの軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が図示されている。ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」という。また、ｘ軸とｙ軸で規定される平面を「ｘｙ平面」と言い、ｙ軸とｚ軸で規定される平面を「ｙｚ平面」と言い、ｚ軸とｘ軸で規定される平面を「ｘｚ平面」と言う。また、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向において、矢印先端側を「＋（正）側」、矢印基端側を「−（負）側」とする。
【００３４】
また、図４では、基台および板バネの図示を省略している。また、図６〜図１０では、振動体について、連結部の図示を省略する等、簡略化して図示している。また、図６〜図８では、振動体の各電極のうち、通電する電極に対して斜線を付けている。また、図９および図１０では、振動体の各電極のうち、通電する電極のみを図示している。
【００３５】
――基本構成――
図１に示すように、圧電アクチュエーター１は、電圧の印加により振動する振動体２を有する振動部１０と、回転可能（変位可能）な円盤状のローター（被駆動体）５と、振動部１０とローター５とを支持する図示しない支持体とを有している。なお、ローター５は、換言すれば、横断面形状が円形状の被駆動体である。
【００３６】
圧電アクチュエーター１は、振動体２が振動することにより、ローター５に動力（駆動力）を伝達して回転（駆動）させる装置である。以下、圧電アクチュエーター１が有する各部について順次説明する。
【００３７】
――振動部１０――
図１〜図５に示すように、振動部１０は、振動体２と、振動体２（振動板２３）を振動可能に保持する保持部（保持機構）３と、基台４と、保持部３と基台４とを連結し、保持部３を介して振動体２の後述する凸部２６をローター５に向けて付勢する付勢部である１対の板バネ（弾性体）７１、７２と、１対の絶縁板（絶縁部材）７５、７６とを備えている。
【００３８】
――振動体２――
振動体２は、長方形の板状をなし、図１および図５の上側から４つの電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄと、板状の圧電素子２２と、電極２９１と、補強板である振動板（シム）２３と、電極２９２と、板状の圧電素子２４と、４つの電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄとをこの順に積層して構成されている（図１〜図５参照）。振動板２３は、一方の面に圧電素子２２が設けられ、他方の面に２４が設けられた本体部２０と、凸部（接触部）２６と、２つの連結部２７、２８とを有している。なお、各図の振動体２は、厚さ方向を誇張して示している。
【００３９】
この振動体２は、電圧の印加により圧電素子２２および２４が変形することにより振動して、凸部２６を介してローター５に動力を伝達して、ローター５を回転させる。
【００４０】
電極２９１および２９２は、それぞれ、圧電素子２２および２４に対応する長方形状をなし、振動板２３の本体部２０の両面にそれぞれ設置（固着）されている。
【００４１】
また、圧電素子２２および２４は、それぞれ、長方形状をなし、電極２９１および２９２にそれぞれ設置されている。
【００４２】
これらの圧電素子２２および２４は、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長または収縮し、電圧の印加を中止することにより、元の形状に戻る。
【００４３】
圧電素子２２および２４の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
【００４４】
この圧電素子２２の上面には、この上面を４つの長方形の領域にほぼ等しく分割し、分割された各領域に、それぞれ、長方形状をなす電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄが設置されている。同様に、圧電素子２４の下面には、この下面を４つの長方形の領域にほぼ等しく分割し、分割された各領域に、それぞれ、長方形状をなす電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄが設置されている。
【００４５】
なお、電極２１ａと電極２５ａ、電極２１ｂと電極２５ｂ、電極２１ｃと電極２５ｃ、および、電極２１ｄと電極２５ｄが、それぞれ、振動体２の厚さ方向（Ｚ軸方向）に対向して配置されている。
【００４６】
また、電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄのうち、一方の対角線上の電極２１ａおよび２１ｃは、電気的に接続され、他方の対角線上の電極２１ｂおよび２１ｄは、電気的に接続されている。同様に、電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄのうち、一方の対角線上の電極２５ａおよび２５ｃは、電気的に接続され、他方の対角線上の電極２５ｂおよび２５ｄは、電気的に接続されている。そして、電極２１ａおよび２１ｃに電気的に接続された配線７２１０、電極２１ｂおよび２１ｄに電気的に接続された配線７２２０、電極２５ａおよび２５ｃに電気的に接続された配線７２３０、電極２５ｂおよび２５ｄに電気的に接続された配線７２４０が、それぞれ、設けられている。
【００４７】
振動板２３は、振動体２全体を補強する機能を有しており、振動体２が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。振動板２３の構成材料としては、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金、４２アロイ等の各種金属材料であるのが好ましい。
【００４８】
この振動板２３の本体部２０は、圧電素子２２および２４よりも厚さが薄い（小さい）ものであることが好ましい。これにより、振動体２を高い効率で振動させることができる。
【００４９】
また、振動板２３は、接地（アース電位に接続）されており、これにより、電極２９１および２９２が、それぞれ、接地される。これにより、圧電素子２２には、電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄのうちの所定の電極と、電極２９１とによって電圧が印加され、圧電素子２４には、電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄのうちの所定の電極と、電極２９２とによって電圧が印加される。
【００５０】
なお、電極２９１および２９２を省略し、振動板２３を、圧電素子２２および２４に対する共通の電極として利用してもよい。この場合は、圧電素子２２には、電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄのうちの所定の電極と、振動板２３とによって電圧が印加され、圧電素子２４には、電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄのうちの所定の電極と、振動板２３とによって電圧が印加される。
【００５１】
また、振動板２３の本体部２０は、長方形状をなしている。この本体部２０の長手方向（Ｘ軸方向）の一端部（ローター５側の端部）には、凸部２６が一体的に形成されている。換言すれば、圧電素子２２、２４は、それぞれ、凸部２６のローター５と反対側に設けられている。
【００５２】
凸部２６は、振動体２の幅方向中央に位置しており、本実施形態では、先端側が細い円錐台形状または角錐台形状をなしている。なお、凸部２６の形状や位置は、これに限定されないことは、言うまでもない。
【００５３】
この凸部２６は、振動体２が振動することによりローター５に当接したり、ローター５から離間したりする。
【００５４】
また、振動板２３の本体部２０の幅方向（Ｙ軸方向）の両端部、すなわち、本体部２０のＹ軸方向に対向する１対の辺には、それぞれ、振動体２を振動可能に、振動板２３を保持部３に連結する連結部２７、２８が一体的に形成されている。各連結部２７、２８は、それぞれ、１部材で構成されており、本体部２０の図２中上側と下側とに、互いに線対称となるように配置されている。連結部２７（固定部２７３）を複数の部材でなく、１部材で構成することにより、固定部２７３を保持部３にネジ止めで固定する際の固定部２７３や連結部２７１、２７２の変形、歪を抑制することができる。同様に、連結部２８（固定部２８３）を複数の部材でなく、１部材で構成することにより、固定部２８３を保持部３にネジ止めで固定する際の固定部２８３や連結部２８１、２８２の変形、歪を抑制することができる。
【００５５】
連結部２７は、後述する保持部３に固定され（取り付けられ）、長方形状をなす固定部２７３と、固定部２７３の長手方向の両端部に形成され、本体部２０と固定部２７３とを連結し、振動体２を振動可能に支持する連結部２７１、２７２とを有している。同様に、連結部２８は、保持部３に固定され（取り付けられ）、長方形状をなす固定部２８３と、固定部２８３の長手方向の両端部に形成され、本体部２０と固定部２８３とを連結し、振動体２を振動可能に支持する連結部２８１、２８２とを有している。連結部２７１、２７２、２８１および２８２は、振動体２（振動板２３）の後述する屈曲振動の節の位置に配置されている。
【００５６】
このように、振動板２３の一端側の屈曲振動の節の位置に２つの連結部２７１、２７２を設け、他端側屈の曲振動の節の位置に２つの連結部２８１、２８２を設けることにより、振動体２が振動した際、振動体２のブレやバタツキを抑制することができる。また、振動体２が振動した際、連結部２７１、２７２、２８１および２８２がその屈曲振動を阻害してしまうことを抑制することができる。
【００５７】
また、固定部２７３の長手方向の両端部には、孔２７４、２７５が形成され、また、固定部２８３の長手方向の両端部には、孔２８４、２８５が形成されている。
【００５８】
なお、凸部２６、連結部２７および２８は、それぞれ、本体部２０と別体として設けられていてもよい。
【００５９】
また、連結部の数は、本実施形態で述べた数に限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、または、５つ以上でもよい。また、本実施形態では、連結部は、本体部２０の両側に設けられているが、これに限らず、例えば、本体部２０の一端側のみに設けられていてもよい。
【００６０】
――絶縁板７５、７６――
絶縁板７５および７６は、それぞれ、長方形状をなしている。そして、絶縁板７５は、保持部３の後述する第１部材３１の当接面３１１と、振動体２の固定部２７３との間に配置され、同様に、絶縁板７６は、保持部３の後述する第１部材３１の当接面３１２と、振動体２の固定部２８３との間に配置され、これにより、第１部材３１と振動板２３とが絶縁されている。
【００６１】
これにより、振動板２３に電圧を印加して圧電アクチュエーター１を駆動する場合においても、第１部材３１の電位をアース電位に設定することができる。
【００６２】
また、絶縁板７５の長手方向の両端部には、孔７５１、７５２が形成されている。同様に、絶縁板７６の長手方向の両端部には、孔７６１、７６２が形成されている。
【００６３】
絶縁板７５および７６の構成材料としては、それぞれ、絶縁性材料であれば、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料、各種セラミック材料等を用いることができる。
なお、絶縁板７５および７６は、省略されていてもよい。
【００６４】
また、前記絶縁板７５および７６に代えて、または、前記絶縁板７５および７６とともに、絶縁板を、保持部３の後述する第２部材３２の当接面３２１と、振動体２の固定部２７３との間に配置し、同様に、絶縁板を、保持部３の後述する第２部材３２の当接面３２２と、振動体２の固定部２８３との間に配置し、これにより、第２部材３２と振動板２３とを絶縁してもよい。これにより、振動板２３に電圧を印加して圧電アクチュエーター１を駆動する場合においても、第２部材３２の電位をアース電位に設定することができる。
【００６５】
――保持部３――
保持部３は、振動体２の振動を阻害しないように構成され、振動体２を振動可能に保持している。この保持部３は、振動体２（振動板２３）が固定される第１部材３１と、第２部材３２とを有している。そして、これら第１部材３１と第２部材３２とで固定部２７３および２８３を挟持し、これにより固定部２７３および２８３を第１部材３１に固定している。
【００６６】
第１部材３１は、振動体２の図１中上側、すなわち、電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの図１中上側に配置されている。第１部材３１は、１部材で構成されていてもよく、また、複数の部材で構成されていてもよいが、本実施形態では、１部材で構成されている。また、第１部材３１の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、振動板２３の厚さ方向（Ｚ軸方向）から見たとき、長方形状をなしている。
【００６７】
また、第１部材３１は、振動体２側に、振動板２３の固定部２７３に対向する当接面３１１と、固定部２８３に対向する当接面３１２とを有している。当接面３１１、３１２は、それぞれ、平面である。また、当接面３１１、３１２は、それぞれ、長方形状をなしている。
【００６８】
また、第１部材３１の中央部には、開口３１３が形成されている。開口３１３は、振動体２（圧電素子２２、２４）に対向する位置に配置されている。この開口３１３により、発生した熱を放熱することができる。また、軽量化を図ることができる。また、電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのうちの所定の電極同士を電気的に接続する配線や配線７２１０、７２２０が正常であるか否かを確認することができる。また、例えば、半田等により前記配線を接続する場合において、その半田が第１部材３１に干渉することを防止することができる。
【００６９】
また、第１部材３１の４つの角部には、孔３１４、３１５、３１６、３１７が形成されている。また、第１部材３１の図２中下側の両端部には、雌ネジ３１８、３１９が形成されている。
【００７０】
第２部材３２は、振動体２の図１中下側、すなわち、電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの図１中下側に配置されている。第２部材３２は、１部材で構成されていてもよく、また、複数の部材で構成されていてもよいが、本実施形態では、１部材で構成されている。また、第２部材３２の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、振動板２３の厚さ方向（Ｚ軸方向）から見たとき、長方形状をなしている。
【００７１】
また、第２部材３２は、振動体２側に、振動板２３の固定部２７３に対向する当接面３２１と、固定部２８３に対向する当接面３２２とを有している。当接面３２１、３２２は、それぞれ、平面である。また、当接面３２１、３２２は、それぞれ、長方形状をなしている。
【００７２】
また、第２部材３２の中央部には、開口３２３が形成されている。開口３２３は、振動体２（圧電素子２２、２４）に対向する位置に配置されている。この開口３２３により、発生した熱を放熱することができる。また、軽量化を図ることができる。また、電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄのうちの所定の電極同士を電気的に接続する配線や配線７２３０、７２４０が正常であるか否かを確認することができる。また、例えば、半田等により前記配線を接続する場合において、その半田が第２部材３２に干渉することを防止することができる。
【００７３】
また、第２部材３２の４つの角部には、雌ネジ３２４、３２５、３２６、３２７が形成されている。
【００７４】
また、第２部材３２の開口３２３の図２中上側には、孔３２８が形成されている。前記配線７２１０〜７２４０は、孔３２８を挿通し、保持部３の外部に引き出されている。これにより、圧電アクチュエーター１の小型化を図ることができる。
【００７５】
なお、前記孔３２８は、第２部材３２に代えて、第１部材３１に形成されていてもよく、また、第１部材３１と第２部材３２の両方に形成されていてもよい。
【００７６】
前記振動体２は、その固定部２７３、２８３において、４つのネジ１１５、１１６、１１６、１１７により保持部３にネジ止め（固定）されている。具体的には、まず、第１部材３１の当接面３１１と、絶縁板７５と、振動体２の固定部２７３と、第２部材３２の当接面３２１とが、この順序で配置され、同様に、第１部材３１の当接面３１２と、絶縁板７６と、振動体２の固定部２８３と、第２部材３２の当接面３２２とが、この順序で配置されている。そして、第１部材３１の当接面３１１、３１２と、第２部材３２の当接面３２１、３２２とで、絶縁板７５、７６を介して、振動体２の固定部２７３、２８３を挟んだ状態で、ネジ１１５が孔３１４、７５１、２７４をこの順序で挿通し、雌ネジ３２４に螺合し、ネジ１１７が孔３１６、７５２、２７５をこの順序で挿通し、雌ネジ３２６に螺合し、ネジ１１６が孔３１５、７６１、２８４をこの順序で挿通し、雌ネジ３２５に螺合し、ネジ１１８が孔３１７、７６２、２８５をこの順序で挿通し、雌ネジ３２７に螺合している。
【００７７】
このように、固定部２７３、２８３が第１部材３１と第２部材３２とで挟まれているので、固定部２７、２８を第１部材３１および第２部材３２にネジ止め（固定）する際、連結部２７１、２７２、２８１、２８２がネジで曲げられたり、捩じられたりして連結部２７１、２７２、２８１、２８２に歪みが生じることを抑制することができる。これにより、振動が安定し、十分な振動特性が得られる。また、連結部２７１、２７２、２８１、２８２を太くする必要がないので、振動効率を高くすることができる。
【００７８】
また、固定部２７３、２８３がそれぞれ１部材で構成され、その固定部２７３、２８３がそれぞれ２つの連結部２７１、２７２、２８１、２８２により本体部２０に連結されていると、スプリアス振動が発生する虞があるが、固定部２７３、２８３が第１部材３１と第２部材３２とで挟まれているので、そのスプリアス振動を抑制することができ、振動を安定させることができる。
【００７９】
また、第１部材３１および第２部材３２が、それぞれ、１部材で構成されているので、第１部材３１および第２部材３２のそれぞれにおいて、固定部２７３、２８３の位置やその近傍の位置における寸法精度を容易に向上させることができ、また、第１部材３１および第２部材３２の剛性を高くすることができる。
【００８０】
また、第１部材３１および第２部材３２の寸法は、それぞれ、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものである。但し、図５に示すように、振動板２３の厚さ方向（Ｚ軸方向）において、第１部材３１の厚さをＬ１、第２部材３２の厚さをＬ２、固定部２７３、２７４の厚さをＬ３としたとき、Ｌ１およびＬ２は、それぞれ、Ｌ３よりも大きいことが好ましい。これにより、第１部材３１および第２部材３２により固定部２７３、２８３をより確実に挟むことができ、振動をより安定させることができる。
【００８１】
また、振動板２３の厚さが０．１ｍｍのとき、Ｌ１は、０．１５ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることがより好ましい。また、Ｌ２は、０．１５ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００８２】
Ｌ１、Ｌ２が、前記下限値よりも小さいと、他の条件にもよるが、前記振動を安定させる効果が低減する虞がある。また、Ｌ１、Ｌ２が前記上限値よりも大きいと、圧電アクチュエーター１が大型化する。
【００８３】
また、振動板２３の厚さが０．１ｍｍのとき、Ｌ３は、０．０２ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００８４】
Ｌ３が、前記下限値よりも小さいと、振動板２３に印可する電圧や材料抵抗等他の条件にもよるが、絶縁効果を確保できず、安定した電圧を与えられない恐れがあるので、振動板２３の振動を安定させる効果が低減する恐れがある。また、Ｌ３が前記上限値よりも大きいと、圧電アクチュエーター１が大型化する。
【００８５】
第１部材３１および第２部材３２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、各種金属材料、各種樹脂材料、各種セラミック材料等を用いることができる。
【００８６】
ここで、第１部材３１が絶縁性を有していると、振動板２３に電圧を印加して圧電アクチュエーター１を駆動する場合において、絶縁板７５および７６を省略しても、第１部材３１の電位をアース電位に設定することができ、同様に、第２部材３２が絶縁性を有していると、第２部材３２の電位をアース電位に設定することができ、第１部材３１および第２部材３２が絶縁性を有していると、第１部材３１および第２部材３２をアース電位に設定することができる。したがって、第１部材３１と第２部材３２との少なくとも一方が絶縁性を有していることが好ましい。
【００８７】
――基台４、板バネ７１、７２――
基台４は、振動体２を保持した保持部３を１対の板バネ７１、７２を介して支持し、図示しない支持体に固定されている。基台４の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、Ｘ軸方向に長い長手形状をなしている。
【００８８】
また、基台４の長手方向（Ｘ軸方向）の両端部には、雌ネジ４１、４２が形成されている。
【００８９】
また、１対の板バネ７１、７２は、それぞれ、長手形状をなしている。各板バネ７１、７２は、互いにＸ軸方向に離間して平行に配置されており、保持部３の全体を挟んだ状態で、その保持部３と基台４とを連結している。
【００９０】
この場合、板バネ７１の長手方向（Ｙ軸方向）の両端部には、孔７１１、７１２が形成され、また、板バネ７１の孔７１１と孔７１２との間には、孔７１１および７１２よりも長い孔７１３が形成されている。同様に、板バネ７２の長手方向（Ｙ軸方向）の両端部には、孔７２１、７２２が形成され、また、板バネ７２の孔７２１と孔７２２との間には、孔７２１および７２２よりも長い孔７２３が形成されている。なお、Ｘ軸方向から見たとき、孔７１３および７２３は、それぞれ、振動体２のうちの連結部２７および２８を除く部位よりも大きい。
【００９１】
そして、ネジ１１２が、板バネ７１の孔７１２に挿入され、基台４の雌ネジ４１に螺合し、ネジ１１１が、板バネ７１の孔７１１に挿入され、第１部材３１の雌ネジ３１８に螺合することで、板バネ７１の一方（図２中上側）の端部が、基台４の一方（（図２中左側）の端部に固定され、板バネ７１の他方（図２中下側）の端部が、保持部３の一方（図２中左側）の端部に固定されている。同様に、ネジ１１４が、板バネ７２の孔７２２に挿入され、基台４の雌ネジ４２に螺合し、ネジ１１３が、板バネ７２の孔７２１に挿入され、第１部材３１の雌ネジ３１９に螺合することで、板バネ７２の一方（図２中上側）の端部が、基台４の他方（（図２中右側）の端部に固定され、板バネ７２の他方（図２中下側）の端部が、保持部３の他方（図２中右側）の端部に固定されている。
【００９２】
そして、板バネ７１、７２は、それぞれ、弾性変形し、振動体２を保持している保持部３をローター５に向けて付勢している。すなわち、板バネ７１、７２は、それぞれ、保持部３を介して振動体２の凸部２６をローター５に向けて付勢している。これにより、振動体２によるローター５への動力伝達を効率良く行うことができる。
【００９３】
また、孔７１３から振動体２の凸部２６が突出している。これにより、圧電アクチュエーター１の小型化を図ることができる。また、圧電アクチュエーター１が駆動して凸部２６が楕円運動を行ったとき、孔７１３により、凸部２６が板バネ７１と干渉してしまうことを防止することができる。
【００９４】
――ローター５――
このような構成の振動部１０のＸ軸方向前方には、ローター５が配置されている。
【００９５】
ローター５は、図示しない支持体に立設された棒状の軸部５１を回転中心として、正方向（時計回り）およびその逆方向である負方向（反時計回り）に回転可能に保持されている。
【００９６】
そして、このようなローター５の外周面５２に、振動体２が振動することによって、凸部２６が繰り返し当接する。
以上、圧電アクチュエーター１の基本的な構成について説明した。
【００９７】
――駆動――
次に、圧電アクチュエーター１の動作について説明する。
【００９８】
圧電アクチュエーター１は、一定周期で振動体に２に正電圧を印加することで、凸部２６が楕円軌道を描くように振動体２を振動させ、この振動によってローター５を回転する。以下、凸部２６が楕円軌道を描く理由を図６〜図１０に基づいて説明する。
【００９９】
――凸部２６の動き――
圧電素子２２および２４は、前述したように、正電圧の印加と解除とを繰り返す（一定の周期で正電荷が印加される）ことで、その長手方向に伸長する動作と元の形状に戻る動作（伸張している状態から収縮する動作）とを繰り返す。そのため、電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄに一定周期で通電し、これら電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄと、振動板２３との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子２２および２４は収縮および伸長を繰り返す。
【０１００】
これらの伸長および収縮に伴って、振動体２全体は、ＸＹ平面内で、図６（ａ）（ｂ）に示すような伸縮振動（縦振動）をする。
【０１０１】
また、電圧を印加する周波数を変化させていくと、ある特定の周波数となったときに伸縮量が急に大きくなり、一種の共振現象が発生する。伸縮振動で共振が発生する周波数（共振周波数）は、振動体２の物性と、振動体２の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）等の諸条件によって決定される。
【０１０２】
一方、電極２１ａ、２１ｃ、２５ａおよび２５ｃに一定周期で通電し、これら電極２１ａ、２１ｃ、２５ａおよび２５ｃと、振動板２３との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子２２の電極２１ａおよび２１ｃに対応する部分と、圧電素子２４の電極２５ａおよび２５ｃに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。
【０１０３】
これに対して、電極２１ｂ、２１ｄ、２５ｂおよび２５ｄは通電されていないため、圧電素子２２の電極２１ｂおよび２１ｄに対応する部分と、圧電素子２４の電極２５ｂおよび２５ｄに対応する部分とは、収縮したり伸長したりはしない。
【０１０４】
このような伸長および収縮に伴って、振動体２全体は、ＸＹ平面内で、図７（ａ）（ｂ）に示すような屈曲振動をする。
【０１０５】
また、電極２１ｂ、２１ｄ、２５ｂおよび２５ｄに一定周期で通電し、これら電極２１ｂ、２１ｄ、２５ｂおよび２５ｄ、振動板２３との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子２２の電極２１ｂおよび２１ｄに対応する部分と、圧電素子２４の電極２５ｂおよび２５ｄに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。
【０１０６】
これに対して、電極２１ａ、２１ｃ、２５ａおよび２５ｃは通電されていないため、圧電素子２２の電極２１ａおよび２１ｃに対応する部分と、圧電素子２４の電極２５ａおよび２５ｃに対応する部分とは、収縮したり伸長したりはしない。
【０１０７】
このような伸長および収縮に伴って、振動体２全体は、ＸＹ平面内で、図８（ａ）（ｂ）に示すような屈曲振動をする。
【０１０８】
なお、図７および図８に示す屈曲振動についても、振動体２の物性と、振動体２の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）等の諸条件によって決まる共振周波数が存在する。
【０１０９】
上述したとおり、図６に示す伸縮振動の共振周波数も、図７または図８に示す屈曲振動の共振周波数も、振動体２の物性や、振動体２の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）等によって決定される。したがって、振動体２の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）を適切に選んでやれば共振周波数を一致または互いに接近させることができる。そして、そのような振動体２に対して、図７または図８に示すような屈曲振動の形態の電圧を共振周波数で印加すると、図７または図８に示す屈曲振動が生じると同時に、図６に示す伸縮振動も誘起される。
【０１１０】
その結果、図７に示す態様で電圧を印加した場合には、振動体２は、図９に示すように、凸部２６が矢印ＤＬ１（図面上で時計回り）の楕円軌道（第１楕円軌道）を描くよう振動する。このような振動を第１振動モードという。
【０１１１】
一方、図８に示す態様で電圧を印加した場合には、振動体２は、図１０に示すように、凸部２６が矢印ＤＲ１（図面上で反時計回り）の楕円軌道（第２楕円軌道）を描くよう振動する。このような振動を第２振動モードという。
【０１１２】
なお、以上の説明では振動体２に正電圧を印加するものとして説明したが、圧電素子２２および２４は、負電圧を印加することによっても変形する。したがって、振動体２に負電圧を印加することによって屈曲振動（および伸縮振動）を発生させても良いし、正電圧と負電圧とを繰り返すような交番電圧を印加することによって屈曲振動（および伸縮振動）を発生させても良い。
【０１１３】
また、上述した説明では、共振周波数の電圧を印加するものとして説明したが、共振周波数を含んだ波形の電圧を印加すれば十分である。また、印加する電圧は、波形の電圧に限らず、例えばパルス状の電圧であっても構わない。
【０１１４】
――ローター５の動き――
振動体２は、このような第１振動モードまたは第２振動モードを利用して、ローター５を回転させる。
【０１１５】
具体的には、図９に示すように、第１振動モードで振動体２を振動させると、振動体２は、凸部２６が矢印ＤＬ１の楕円軌道を描くよう振動するので、ローター５は、凸部２６から受ける摩擦力によって図９中矢印ＳＲで示すように反時計回りに回転する。
【０１１６】
一方、図１０に示すように、第２振動モードで振動体２を振動させると、振動体２は、図１０に示すように、凸部２６が矢印ＤＲ１の楕円軌道を描くよう振動するので、ローター５は、凸部２６から受ける摩擦力によって図１０中矢印ＳＬで示すように時計回りに回転する。
【０１１７】
このようにしてローター５は、振動体２の振動によって時計回りまたは反時計回りに回転する。
【０１１８】
以上説明したように、この圧電アクチュエーター１では、固定部２７３、２８３が第１部材３１と第２部材３２とで挟まれているので、固定部２７、２８を第１部材３１および第２部材３２にネジ止め（固定）する際、連結部２７１、２７２、２８１、２８２がネジで曲げられたり、捩じられたりして連結部２７１、２７２、２８１、２８２に歪みが生じることを抑制することができる。これにより、振動が安定し、十分な振動特性が得られる。また、連結部２７１、２７２、２８１、２８２を太くする必要がないので、振動効率を高くすることができる。また、スプリアス振動を抑制することができ、振動を安定させることができる。
【０１１９】
＜第２実施形態＞
図１１は、本発明の圧電アクチュエーターの第２実施形態における振動体を示す平面図である。
【０１２０】
以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１２１】
図１１に示すように、第２実施形態の圧電アクチュエーター１では、振動体２の振動板２３において、連結部２７に代えて、互いに離間するように配置された１対の連結部２７ａ、２７ｂが設けられ、連結部２８に代えて、互いに離間するように配置された１対の連結部２８ａ、２８ｂが設けられている。連結部２７ａは、固定部２７３ａと、本体部２０と固定部２７３ａとを連結する連結部２７１とを有している。また、連結部２７ｂは、固定部２７３ｂと、本体部２０と固定部２７３ｂとを連結する連結部２７２とを有している。また、連結部２８ａは、固定部２８３ａと、本体部２０と固定部２８３ａとを連結する連結部２８１とを有している。また、連結部２８ｂは、固定部２８３ｂと、本体部２０と固定部２８３ｂとを連結する連結部２８２とを有している。
【０１２２】
この圧電アクチュエーター１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２３】
＜第３実施形態＞
図１２は、本発明の圧電アクチュエーターの第３実施形態における振動体を示す平面図である。
【０１２４】
以下、第３実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１２５】
図１２に示すように、第３実施形態の圧電アクチュエーター１では、振動体２の振動板２３において、連結部２７、２８に代えて、本体部２０の幅方向の一方の端部のみに、連結部２７ｃが設けられている。連結部２７ｃは、固定部２７３ｃと、本体部２０と固定部２７３ｃとを連結する連結部２７６とを有しており、連結部２７６は、本体部２０の長手方向の中央部に配置されている。また、固定部２７３ｃには、ネジが挿入される孔２７７が形成されている。
【０１２６】
この圧電アクチュエーター１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２７】
以上、本発明の圧電アクチュエーターを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【０１２８】
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【０１２９】
また、前記実施形態では、被駆動体は、圧電アクチュエーターの構成要素であるが、本発明では、これに限定されず、被駆動体は、圧電アクチュエーターの構成要素に含まれていなくてもよい。
【０１３０】
また、前記実施形態では、被駆動体として、回転可能に設置されたローターを例に挙げて説明したが、本発明では、被駆動体は、これに限定されず、この他、例えば、所定方向に移動可能に設置された被駆動体等が挙げられる。また、回転可能な被駆動体としては、その形状は、前記円形に限定されず、例えば、２０角形等の多角形等が挙げられる。また、移動可能な被駆動体としては、その形状は、例えば、直線状または湾曲した棒状等が挙げられる。また、被駆動体は、剛体であってもよく、また、可撓性を有していてもよい。
【０１３１】
また、本発明の圧電アクチュエーターの用途は、特に限定されず、本発明の圧電アクチュエーターは、例えば、各種ロボットの関節の駆動、ハンド等の各種のエンドエフェクターの駆動等、各種の装置の所定の部位の駆動に用いることができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１…圧電アクチュエーター
１０…振動部
２…振動体
２０…本体部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ…電極
２２、２４…圧電素子
２３…振動板
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ…電極
２６…凸部
２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２８、２８ａ、２８ｂ…連結部
２７１、２７２、２７６、２８１、２８２…連結部
２７３、２７３ａ、２７３ｂ、２７３ｃ、２８３、２８３ａ、２８３ｂ…固定部
２７４、２７５、２７７、２８４、２８５…孔
２９１、２９２…電極
３…保持部
３１…第１部材
３１１、３１２…当接面
３１３…開口
３１４〜３１７…孔
３１８、３１９…雌ネジ
３２…第２部材
３２１、３２２…当接面
３２３…開口
３２４〜３２７…雌ネジ
３２８…孔
４…基台
４１、４２…雌ネジ
５…ローター
５１…軸部
５２…外周面
７１、７２…板バネ
７１１、７１２、７１３…孔
７２１、７２２、７２３…孔
７２１０〜７２４０…配線
７５、７６…絶縁板
７５１、７５２、７６１、７６２…孔
１１１〜１１８…ネジ
【図１】
2015226408.tif 000003
【図２】
2015226408.tif 000004
【図３】
2015226408.tif 000005
【図４】
2015226408.tif 000006
【図５】
2015226408.tif 000007
【図６】
2015226408.tif 000008
【図７】
2015226408.tif 000009
【図８】
2015226408.tif 000010
【図９】
2015226408.tif 000011
【図１０】
2015226408.tif 000012
【図１１】
2015226408.tif 000013
【図１２】
2015226408.tif 000014