(57)【要約】【課題】  駆動周波数をアクチュエータ側の共振周波数に一致させなくとも効率良く駆動することができ、しかも駆動回路の構成を簡単にできるアクチュエータを提供すること。【解決手段】  例えばシャフト１１を、駆動信号Ｓ１の区間ＴＡでは低速モードで順方向に回転させ、区間ＴＢでは反転モードで逆方向に回転させる。ＴＡ＞＞ＴＢに設定されているため、低速モードから反転モードに至ると、ナット１２は追従することができず、シャフト１１のみが回転するため、ナット１２をシャフト１１の軸線方向に移動させることが可能となる。一の駆動信号Ｓ１で駆動することができるため、共振周波数からのズレによる駆動効率の低下という問題が無くなる。【選択図】図３
2008271668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びるシャフトと、前記シャフトが挿通される貫通孔が形成されたナットと、前記シャフトと前記ナットのうち一方の部材に対し軸回り方向の回転振動を発生させる振動発生機構と、前記振動発生機機構に所定の駆動信号を与えて駆動する駆動回路とを有するアクチュエータにおいて、
前記振動発生機構は、前記一方の部材を、低速で回転させる低速モードと、前記低速モード中に回転方向を逆転させる反転モードとを有し、前記低速モードと前記反転モードとが交互に繰り返されることにより、他方の部材が軸線方向に移動させられることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記低速モードが実行される区間をＴＡ、前記反転モードが実行される区間をＴＢとしたときに、ＴＡ＞＞ＴＢに設定されている請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記振動発生機構が、同期して駆動される少なくとも一対の圧電体を有する請求項１または２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
同じ駆動信号が、すべての圧電体に対して与えられる請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記ナットの基端部が固定されており、前記ナットの側面で且つ軸対称となる位置には、圧電体の長手方向を前記ナットの長手方向に対して所定の角度だけ傾けて貼り付けた少なくとも一対の圧電体が設けられている請求項１ないし４のいずれか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、圧電型のアクチュエータに係わり、特に小型化に適し且つ大きな推進力を発生することが可能なアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアクチュエータは、外面に圧電素子が装着された長筒状のナットと、外周面にスクリューねじを有するシャフトとを有し、シャフトがナットの内側に挿通されている。ナットに超音波振動を与えると、ナットが捩れ運動を起こし、シャフトが軸線方向に移動させられる。
【特許文献１】米国特許第６，９４０，２０９号公報明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載のアクチュエータでは、駆動周波数をアクチュエータ固有の共振周波数（自己共振点）に一致させた状態で駆動されている。
【０００４】
しかし、共振周波数はアクチュエータの温度変化の影響を受けやすく、周囲の環境温度が変動すると、共振周波数が所期の駆動周波数からずれ、駆動効率が低下するという問題があった。
【０００５】
また上記特許文献１では、位相が９０度異なる２つの駆動信号を用いて駆動するものであり、その分だけ回路構成が複雑化するという問題がある。また一方の駆動信号と他方の駆動信号との位相差である９０度に誤差が生じると、駆動効率も低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、駆動周波数を共振周波数に一致させなくとも駆動効率の低下を防止できるようにしたアクチュエータを提供することを目的としている。
【０００７】
また本発明は、一つの駆動信号を用いて効率良く駆動できるようにしたアクチュエータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、軸線方向に延びるシャフトと、前記シャフトが挿通される貫通孔が形成されたナットと、前記シャフトと前記ナットのうち一方の部材に対し軸回り方向の回転振動を発生させる振動発生機構と、前記振動発生機機構に所定の駆動信号を与えて駆動する駆動回路とを有するアクチュエータにおいて、
前記振動発生機構は、前記一方の部材を、低速で回転させる低速モードと、前記低速モード中に回転方向を逆転させる反転モードとを有し、前記低速モードと前記反転モードとが交互に繰り返されることにより、他方の部材が軸線方向に移動させられることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明のアクチュエータでは、駆動周波数をアクチュエータの共振周波数に合わせる必要がない。このため、駆動周波数が共振周波数からずれることによる駆動効率の低下という問題を無くすことができる。
【００１０】
上記においては、前記低速モードが実行される区間をＴＡ、前記反転モードが実行される区間をＴＢとしたときに、ＴＡ＞＞ＴＢに設定されているものが好ましい。
【００１１】
上記手段では、例えば順方向に回転しているシャフトが、急速に逆回転させられる。このとき、ナットがシャフトの回転に追従することができず、結果としてナットを軸送りすることが可能となる。
【００１２】
上記においては、前記振動発生機構が、同期して駆動される少なくとも一対の圧電体を有するものが好ましく、この場合に、同じ駆動信号が、すべての圧電体に対して与えられるものが好ましい。
【００１３】
上記手段では、２以上の駆動信号を不要とすることができるため、その分だけ回路構成が簡単にすることができる。また２以上の駆動信号間の位相誤差による影響を受けることがない。
【００１４】
また前記ナットの基端部が固定されており、前記ナットの側面で且つ軸対称となる位置には、圧電体の長手方向を前記ナットの長手方向に対して所定の角度だけ傾けて貼り付けた少なくとも一対の圧電体が設けられているものとすることができる。
上記手段では、ナット側の捩れ振動により、シャフトを移動させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、駆動信号の駆動周波数をアクチュエータ側の共振周波数に一致なくとも駆動することができる。このため、駆動周波数が共振周波数からずれることによる駆動効率の低下という問題を無くすことができる。
【００１６】
また複数の圧電体に対して位相の異なる二以上の駆動信号を用いて駆動する必要がなく、一つの駆動信号を用いて駆動することができるため、回路構成を簡単にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図である。
本発明におけるアクチュエータは大きな推進力を発揮するため、例えば携帯電話機に搭載されたカメラレンズを光軸方向に沿って移動させる手段としての利用が考えられるが、その他に利用するものであっても構わない。
【００１８】
まず、本発明の第１の実施の形態の構成について説明する。
図１に示すように、第１の実施の形態に示すアクチュエータ１０は、軸線方向（Ｚ方向）に延びるシャフト１１と、このシャフト１１の軸線方向に移動自在に設けられたナット１２と、ナット１２を移動させるための振動を発生させる振動発生機構２０を有している。
【００１９】
シャフト１１の一方（先端側）の外周面には所定のピッチからなる雄ねじ１１ａが形成されている。ナット１２は円筒状または角筒状で形成されており、ナット１２にはその中心を軸線方向に貫く貫通穴からなる孔１２Ａが設けられている。孔１２Ａの内面には、雄ねじ１１ａに噛み合うことが可能な雌ねじ１２ａが形成されている。ただし、孔１２Ａの内径寸法は、シャフト１１の外形寸法よりも僅かに大きく、雄ねじ１１ａと雌ねじ１２ａとの間には所定のクリアランス（隙間）が確保されている。このため、シャフト１１は孔１２Ａ内に挿通された状態において、軸と直行する方向に僅かな移動余裕を有している。
【００２０】
シャフト１１の他方の端部には振動発生機構２０が設けられている。この実施の形態に示す振動発生機構２０は、シャフト１１の他方の端部（基端部）に一体的に形成された立方体形状の台座１３と、複数の圧電素子（ピエゾ素子）を有している。
【００２１】
この実施の形態に示すものでは、薄板状からなる４つの圧電体２１，２２，２３，２４が、台座１３の４つの側面に垂直に設けられている。４つの圧電体２１，２２，２３，２４は薄い圧電素子（ピエゾ素子）で形成されており、各圧電素子の両面に電極を形成する平行な金属板が貼り合わせた単層型（モノモルフ型ともいう）の圧電体である。
【００２２】
４つの圧電体２１，２２，２３，２４は面と平行をなす方向（シャフト１１の軸に直交する方向）に伸縮可能である。４つの圧電体２１，２２，２３，２４は、その一方の端部が台座１３の４つの側面の一方の縁部（側面に向かって右側の縁部）にそれぞれ固定され、４つの圧電体２１，２２，２３，２４の他方の端部は図示しない筐体などに固定部にそれぞれ固定されている。
【００２３】
４つの圧電体２１，２２，２３，２４は、すべての圧電体が同時に膨張し、またすべての圧電体が同時に収縮するように、同期して駆動される。そして、すべての圧電体２１，２２，２３，２４が膨張するときには、シャフト１１は図１にてα１方向に回転させられ、すべて圧電体２１，２２，２３，２４が収縮するときにはシャフト１１は図１にてα２方向に回転させられる。
【００２４】
なお、圧電体は互いに対称をなす一対の側面にのみ設けられる構成であってもよい。すなわち、圧電体２１と圧電体２２のみが設けられる構成であってもよいし、あるいは圧電体２３と圧電体２４のみが設けられる構成であってもよい。
【００２５】
次に、アクチュエータ１０を駆動するための駆動回路、およびこの駆動回路からアクチュエータ１０に与えられる駆動信号について説明する。
【００２６】
図２Ａはアクチュエータの駆動回路を示す構成図、図２Ｂは駆動信号の実施の形態を示す波形図、図２Ｃは駆動信号の他の実施の形態を示す波形図、図３は駆動信号に対する稼動部材とシャフトとの関係を示す図である。なお、図３では外側の白矢印がナットの位置（回転角度）を、黒矢印がシャフトの位置（回転角度）を示している。
【００２７】
図２Ａに示すように、アクチュエータの駆動回路４０は、定電流源４１と、チャージ用のコンデンサＣ１と、ディスチャージ用の半導体スイッチ４２と、コンパレータ４３と、増幅部４４およびバッファ４５を有して構成される。
【００２８】
コンデンサＣ１には定電流源４１から供給される定電流で充電される。このとき、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖ１[ｖ]は図２Ｂに（ｉ）で示すような一次関数（直線状）となる。コンパレータ４３は充電電圧Ｖ１[ｖ]と基準電圧Ｖref[ｖ]とを比較し、充電電圧Ｖ１が基準電圧Ｖref[ｖ]未満のときには、例えばＬレベルの電圧を出力し、充電電圧Ｖ１が基準電圧Ｖref以上になるとＨレベルに出力を反転させる。また半導体スイッチ４２は例えばＦＥＴなどで構成されており、コンパレータ４３からの出力を受けてスイッチの状態が切り換えられる。例えば、半導体スイッチ４２の制御端子（ゲート端子Ｇ）にＬレベルの信号が入力されたときにはスイッチの状態がＯＮ状態からＯＦＦ状態へと切り替わり、Ｈレベルの信号は入力されたときにはＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替わる。
【００２９】
半導体スイッチ４２がＯＮ状態になると、半導体スイッチ４２のソース−ドレイン間が短絡させられるため、コンデンサＣ１に充電されてた電荷が、半導体スイッチ４２を介して一気に放出される。このとき、図２Ｂに（ｉｉ）で示すように、充電電圧Ｖ１[ｖ]が急激に０[ｖ]に至る。すると、充電電圧Ｖ１[ｖ]が基準電圧Ｖref[ｖ]未満となるため、半導体スイッチ４２はＯＦＦ状態に切り換わる。これにより、半導体スイッチ４２のソース−ドレイン間が開放させられる。よって、再び定電流源４１からの定電流がコンデンサＣ１に流れ込み、充電電圧Ｖ１は所定の一次関数で基準電圧Ｖrefに達するまで充電させられる。
【００３０】
そして、このような（ｉ）と（ｉｉ）の動作が繰り返し行われることにより、図２Ｂに示すようなノコギリ波状の駆動信号Ｓ１が生成される。なお、前記駆動信号Ｓ１は、コンデンサＣ１の容量の大きさ、定電流の大きさ、基準電圧Ｖrefなどを適宜に設定することにより所望のノコギリ波とすることが可能である。また増幅部４４の前にコンデンサを直列に挿入して、直流分をカットすると、駆動信号Ｓ１を図２Ｃに示すような波形とすることができる。
【００３１】
増幅部４４は、例えば非反転増幅回路で構成されており、その後段にはバッファ回路４５が設けられている。バッファ回路４５は、例えば一対のＰＮＰ型のトランジスタとＮＰＮ型のトランジスタとのプッシュプルからなるエミッタフォロアなどで構成される。
【００３２】
増幅部４４は、ノコギリ波状の駆動信号Ｓ１を所定の増幅度で増幅してバッファ回路４５に与える。バッファ回路４５は、増幅後の駆動信号Ｓ１に応じて圧電体に必要な電力を供給する。これにより、圧電体２１，２２，２３，２４が膨張し、または収縮させられる。
【００３３】
図４Ａないし図４Ｄは一対の圧電体と駆動回路との接続例を示している。図４Ａおよび図４Ｂはナットが絶縁部材で形成されている場合を示し、図４Ｃおよび図４Ｄはナットが導電部材で形成されている場合を示している。
【００３４】
なお、図４Ａないし図４Ｄでは対称をなす位置に設けられた一対の圧電体２１，２２の場合について説明するが、一対の圧電体２３，２４の場合も同様であり、同じ駆動信号がすべての圧電体に与えられる。
【００３５】
図４Ａないし図４Ｄに示す接続例では、いずれもナット１２の対称となる位置に設けられた一対の側面に、単層型の圧電体２１，２２をそれぞれ配置した例を示している。
【００３６】
図４Ａないし図４Ｄ中の矢印は、各圧電素子の分極方向を示している。なお、以下の説明においては、矢印の末端側である分極（−）から先端側である分極（＋）に向かう分極方向を正方向、同じく矢印の先端側である分極（＋）から末端側の分極（−）に向かう分極方向を負方向とする。
【００３７】
図４Ａに示す第１の接続例では、一方の圧電体２１は、分極（＋）側の面の左端部が台座１３の一方の面に固定されている。他方の圧電体２２は、分極（−）側の面の右端部が前記一方の面と対称となる側である台座１３の他方の面に固定されている。そして、駆動回路４０を構成するバッファ回路４５の出力部４５ａが、圧電体２１の分極（−）側の面に設けられた電極２１ａと圧電体２２の分極（−）側の面に設けられた電極２２ａの双方に接続されている。なお、圧電体２１の分極（＋）側の面に設けられた電極２１ｂと圧電体２２は分極（＋）側の面に設けられた電極２２ｂの双方はグランドＧＮＤに接地されている。
【００３８】
駆動信号Ｓ１は、駆動回路４０から一方の圧電体２１を構成する電極２１ａと電極２１ｂとの間、および他方の圧電体２２を構成する電極２２ａと電極２２ｂとの間に同じタイミングで与えられる。
【００３９】
この実施の形態に示す圧電体２１，２２は、例えば圧電素子の分極方向と電圧の印加方向とが一致する（ともに正または負である）場合には、圧電体２１，２２は板厚方向にそれぞれ収縮し、圧電素子の分極方向と電圧の印加方向とが相違する（一方が正で且つ他方が負である）場合には板厚方向にそれぞれ膨張するような圧電体が採用されている。
【００４０】
このため、板厚方向と直交する方向である長手方向に対しては、圧電素子の分極方向と電圧の印加方向とが一致するとき（板厚方向に収縮するとき）に膨張し、相違するとき（板厚方向に膨張するとき）に収縮することになる。
【００４１】
したがって、駆動信号Ｓ１として周期的な信号が圧電体２１，２２に与えられると、圧電体２１，２２は駆動信号Ｓ１に同期して長手方向に伸縮を繰り返す。そして、例えば、図４Ａに示すように、圧電体２１，２２がともに長手方向に膨張すると、台座１３およびシャフト１１はα1方向に回転させられ、圧電体２１，２２がともに長手方向に収縮するときには、シャフト１１はα１方向とは逆方向となるα２方向に回転させられるという回転が繰り返される。
【００４２】
駆動信号Ｓ１が、図３に示すようなノコギリ波状の場合には、区間ＴＡのときには、電圧は正方向に印加されるために圧電体２１，２２は長手方向に膨張する（低速モード）。また区間ＴＢのときには電圧は負方向に印加されるために圧電体２１，２２は長手方向に収縮する（反転モード）。前記区間ＴＡと前記区間ＴＢとは、区間ＴＡに比較して区間ＴＢは極めて小さいＴＡ＞＞ＴＢの関係にある。このため、圧電体２１，２２の長手方向の変位は、区間ＴＡにおいては比較的長い時間をかけて低速で膨張し（低速モード）、区間ＴＢにおいては瞬間的（短時間のうちに急速）に収縮する（反転モード）という、いわゆる順方向のインパクト駆動で駆動される。
【００４３】
なお、前記駆動信号Ｓ１の１周期は、例えば０．２ｍｓｅｃであり、この場合の区間ＴＡは０．１９９８５ｍｓｅｃ、区間ＴＢは１５０ｎｓｅｃである。
【００４４】
図３中のａないしｅに示すように、低速モードの区間ＴＡにおいてはシャフト１１が低速でα１方向に回転するため、シャフト１１に噛み合っているナット１２がシャフト１１の回転に追従して一緒にα１方向に回転させられる。他方、反転モードの区間ＴＢにおいてはナット１２が急激に反転してα２方向に逆回転するが、α２方向へ回転する初期においては、ナット１２には区間ＴＡでの回転動作によるα１方向への慣性力が作用している。しかも、シャフト１１とナット１２とが接する部分にはクリアランスが設けられており、この部分には低速で回転するときには係数の大きな静止摩擦が支配的に作用し、反転時には係数の小さな動摩擦が支配的に作用する。さらに、α２方向への反転動作を行う区間ＴＢは極めて短時間であり、ナット１２がα２へ回転し始めようとするときには、既にシャフト１１のα２方向の回転は終了し、次ぎの区間ＴＡにおけるα１方向への回転が開始される段階にある。
【００４５】
つまり、ナット１２は、区間ＴＡでは低速で回転するシャフト１１に追従して一緒に回転するが、区間ＴＢではシャフト１１の急速な反転動作に追従しきれず、α２には回転しないか、回転しても極わずかな量となる。このため、駆動信号Ｓ１が入力され、このような一連の動作が繰り返されると、ナット１２の一方向（α１方向）への回転角度が徐々に大きくなる。なお、ナット１２は他方向（α２方向）にはまったく回転しないか、回転してもごく僅かである。そして、このような駆動信号Ｓ１を一対の圧電体２１，２２に与え、一対の圧電体２１，２２を連続的に駆動することにより、シャフト１１は振動しながらα１方向に回転させられる。
【００４６】
シャフト１１が回転すると、クリアランスを有するシャフト１１側の雄ねじ１１ａとナット１２側の雌ねじ１２ａとの噛み合いによるネジ送り動作が行われる。このため、ナット１２を軸線方向に移動させることができる。
【００４７】
ここで区間ＴＡと区間ＴＢの合計をインパクト駆動の１周期とする。すると、インパクト駆動の１周期のネジ送り量、すなわちシャフト１１が１往復回転したときのネジ送り量（軸線方向の移動量）は、シャフト１１のα１方向の回転量とα２方向への回転量（ほぼ零）との差分に相当する移動量であり、この移動量に応じてナット１２はシャフト１１に沿って軸線方向に移動させられる。このため、この一連の動作を連続的に行ってインパクト駆動を繰り返して、回転振動を行うことにより、ナット１２をシャフト１１の軸線方向（例えばＺ１方向）に沿って連続的に移動させることができる。
【００４８】
なお、ナット１２を逆方向（例えばＺ２方向）に移動させたい場合には、例えば図３にて一点鎖線で示すような駆動信号Ｓ２を与えることにより、シャフト１１を逆方向（α２方向）に回転させることができる。すなわち、長手方向の膨張動作を区間ＴＢで瞬間的に行わせ、収縮動作を区間ＴＡで比較的ゆっくりと行わせるようにすればよい（逆方向のインパクト駆動）。
【００４９】
次に、図４Ｂに示す第２の接続例では、圧電体２１の分極（−）側の面に設けられた電極２１ａの左端部が台座１３の表面に固定されている点で上記第１の接続例と相違している。ただし、圧電体２１，２２の分極方向と電圧の印加方向はともに正方向で同じである。
【００５０】
この接続例においても、駆動信号Ｓ１を与えることにより順方向のインパクト駆動を実行させることができ、また駆動信号Ｓ２を与えることにより逆方向のインパクト駆動を実行させることができる。このため、上記同様にナット１２をシャフト１１に沿う軸線方向に進退自在に移動させることが可能である。
【００５１】
次に、図４Ｃ，図４Ｄに示す第３，第４の接続例では、台座１３が導電材料で形成されており、台座１３を介して駆動信号Ｓ１や駆動信号Ｓ２が供給される点で相違する。
【００５２】
図４Ｃに示す第３の接続例では、台座１３の対称となる一対の側面に、圧電体２１，２２が上記第２の接続例と同様の構成により固定されている。すなわち、圧電体２１の分極（−）側の面に設けられた電極２１ａの左端部が台座１３の一方の側面に固定され、圧電体２２の分極（−）側の面に設けられた電極２２ａの右端部が台座１３の他方の側面に固定されている。
【００５３】
図４Ｃに示すように、駆動回路４０の出力部４５ａと台座１３とが電気的に接続され、圧電体２１の電極２１ｂと圧電体２２の電極２２ｂがグランドＧＮＤに接地されている。そして、圧電体２１，２２の分極方向と電圧の印加方向とは同じ向きに設定されている。
【００５４】
第３の接続例では、駆動回路４０から出力された駆動信号Ｓ１が、導電材料で形成された台座１３を介して圧電体２１の電極２１ａに供給され、同時に圧電体２２の電極２２ａに供給される。すなわち、台座１３を各電極２１ａ，２２ａに駆動信号Ｓ１を供給するための受電端子または中継端子として使用することができる。
【００５５】
次に、図４Ｄに示す第４の接続例では、圧電体２１，２２と台座１３との機構的な配置関係は上記第３の接続例と同様である。ただし、第４の接続例では、圧電体２１，２２の分極方向と電圧の印加方向はともに異なる点で上記第３の接続例と相違している。
【００５６】
すなわち、第４の接続例では、駆動回路４０の出力部４５ａが圧電体２１の分極（＋）側の面に設けられた電極２１ｂと、圧電体２３の分極（＋）側の面に設けられた電極２２ｂとの双方に電気的に接続されている。また圧電体２１の分極（−）側の面に設けられた電極２１ａと圧電体２２の分極（−）側の面に設けられた電極２２ａとが、共通の台座１３を介してグランドＧＮＤに接地されている。
【００５７】
第４の接続例では、駆動回路４０から出力された駆動信号Ｓ１が、圧電体２１の電極２１ｂおよび圧電体２２の電極２２ｂに同じタイミングで供給される。このとき、電圧の印加方向と圧電体２１，２２の分極方向とは逆向きの関係にある。このため、図３に示す区間ＴＡでは圧電体２１，２２が長手方向に比較的ゆっくりと収縮させられ、また区間ＴＢでは圧電体２１，２２が長手方向に瞬間的に膨張させられる。すなわち、圧電体２１，２２は逆方向のインパクト駆動が行われ、台座１３およびシャフト１１が図４Ｄにてα２方向に回転させられる。また駆動信号Ｓ２を与えると、台座１３およびシャフト１１は、図４Ｄにてα１方向に回転させることができる。よって、駆動信号Ｓ１または駆動信号Ｓ２を連続的に与えることにより、上記同様にナット１２をシャフト１１に沿って軸線方向に進退移動させることが可能である。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施の形態の構成について説明する。
図５Ａは本発明の第２の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図、図５Ｂはナットを除いた状態を示す図５Ａの平面図である。
【００５９】
第２の実施の形態に示すアクチュエータ１０の構成は、上記第１の実施の形態とほぼ同じである。よって、以下においては異なる部分を中心に説明する。なお、第２の実施の形態において、上記第１の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付して説明する。
【００６０】
図５Ａに示すように、ナット１２の先端にキャップ１２Ｂが設けられ、孔１２Ａの上端が閉ざされている点において、貫通する孔１２Ａが露出している第１の実施の形態とは相違している。キャップ１２Ｂは、その先端が先端（Ｚ１）方向に向かって突出する凸面または半球面で形成されている。このため、キャップ１２Ｂの先端が何かの部材に当接しても、当接部分の面積は小さく、この間の摩擦係数を軽減することが可能であり、ナット１２自体の回転が停止することを防止できるようになっている。
【００６１】
次に、シャフト１１の側面にストッパ１１ｂが設けられ、ナット１２のＺ２側の底部にストッパ１２ｂが設けられている点で相違している。ストッパ１１ｂ，１２ｂを有しない場合には、ナット１２がシャフト１１の基端部側（Ｚ２方向）に移動させられたときに、雄ねじ１１ａの先端部と雌ねじ１２ａの最奥部とが部分的にきつく噛み合い、ナット１２がシャフト１１にロックされてしまう虞がある。しかし、ストッパ１１ｂ，１２ｂを設けた場合には、ナット１２が最もＺ２方向に移動する前に、前記ストッパ１１ｂとストッパ１２ｂとが互いに掛止し合うことになる。このため、雄ねじ１１ａと雌ねじ１２ａとが噛み合う前にナット１２の回転を停止させ、ナット１２の移動を制限することが可能となる。このため、ナット１２がシャフト１１にロックする不具合を未然に防止することができる。よって、アクチュエータの駆動効率の低下を未然に防止することができる。
【００６２】
さらに、第２の実施の形態では、多数の薄い圧電素子（ピエゾ素子）を、分極方向を同じ方向に揃えた状態で厚み方向に重ねて、全体として棒状に形成した積層型の圧電体２１Ａ，２２Ａを採用している点で相違している。なお、圧電体２１Ａ，２２Ａの長手方向（積層方向）の両端には電極がそれぞれ設けられている。
【００６３】
図５Ａに示すように、台座１３の４つの側面のうち、互いに対向する一対の側面には、各側面からそれぞれ垂直に延びる取付面１３Ａ，１３Ｂが設けられている。そして、この取付面１３Ａ，１３Ｂに積層状態の圧電体２１Ａ，２２Ａの一方の端部に設けられた電極がそれぞれ固定されている。なお、圧電体２１Ａ，２２Ａの他方の端部に設けられた電極は、筐体などからなる固定部２６，２６にそれぞれ固定されている。取付面１３Ａと取付面１３Ｂとは、シャフト１１に対して軸対称の位置に設けられている。また一方の固定部２６と他方の固定部２６とは互いに逆側となる位置に設けられている。つまり、圧電体２１Ａは取付面１３Ａから一方の固定部２６との間に設けられ、圧電体２２Ａは取付面１３Ｂと他方の固定部２６との間に設けられている。
【００６４】
なお、圧電体２１Ａ，２２Ａは図５Ａに示すような多数の薄い圧電素子（ピエゾ素子）を厚み方向に重ねて棒状に形成した積層型であってもよいし、第１の実施の形態同様に薄手の圧電素子の両面に電極を形成する平行な金属板を貼り合わせた単層型であってもよい。圧電体２１Ａ，２２Ａを単層型とした場合には、振動発生機構を小型化または薄型化することができる。一方、積層型とした場合には、圧電体２１Ａ，２２Ａ全体としての厚み方向への変位量および駆動力を単層型よりも大きくすることができる。
【００６５】
圧電体２１Ａ，２２Ａは、上記同様に個々の圧電素子が積層方向に同時に膨張し、または同時に収縮するように同期して駆動される。そして、圧電体２１Ａ，２２Ａが膨張するときには、シャフト１１は図５Ａにてα１方向に回転させられ、また圧電体２１Ａ，２２Ａが収縮するときにはシャフト１１は図５Ａにてα２方向に回転させられる。
【００６６】
このため、上記同様に圧電体２１Ａ，２２Ａの駆動信号Ｓ１または駆動信号Ｓ２を連続的に与えることにより、シャフト１１を順方向（α１方向）または逆方向（α２方向）にインパクト駆動することができ、ナット１２を軸線方向に進退移動させることが可能である。
【００６７】
また図５Ｂに示すように、２つの圧電体２１Ａ，２２Ａ以外に、さらに同じ構成からなる２つの圧電体２３Ａ，２４Ａを、台座１３の対称となる位置に形成された取付面１３Ｃ，１３Ｄにそれぞれ設けたものであってもよい。すなわち、４つの圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａをシャフト１１の軸回りに９０度の角度をずらして配置した構成とするものであってもよい。この場合にも、すべての圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａには、駆動信号Ｓ１又は駆動信号Ｓ２が同じタイミングで与えられ、これにより膨張する方向に駆動され、および収縮する方向に駆動される。例えば、駆動信号Ｓ１がすべての圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａに同じタイミングで与えられて前記圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａが膨張するときには、シャフト１１は図５Ｂにてα１方向に回転させられる。また駆動信号Ｓ２がすべて圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａに同じタイミングで与えられて、前記圧電体２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａが収縮するときには、シャフト１１は図５Ｂにてα２方向の回転させられる。このように圧電体２３Ａ，２４Ａの数を増やすと、さらに大きな駆動力でシャフト１１を駆動することが可能となる。
【００６８】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図６は本発明の第３の実施の形態を示すアクチュエータの分解斜視図、図７Ａはナットがα１方向に捩れた状態を示す図、図７Ｂはナットがα２方向に捩れた状態を示す図である。
【００６９】
図６に示すアクチュエータは中空構造からなる角筒状のナットのネジ穴に、シャフト（可動部）が装着されており、ナットが軸回りに回転振動することにより、内部のシャフトが軸線（Ｚ１−Ｚ２）方向に移動するタイプのアクチュエータである。
【００７０】
図６に示すアクチュエータでは、シャフト５１の外面に雄ねじ５１ａが螺旋状に形成されている。また直方体からなるナット５２の先端（Ｚ１側の端部）と基端（Ｚ２側の端部）との間には、貫通孔からなるネジ穴５２Ａが軸線方向に沿って形成されている。ネジ穴５２Ａの内壁には、シャフト５１側の雄ねじ５１ａに噛み合うことが可能な雌ねじ５２ａが形成されている。そして、前記雄ねじ５１ａと雌ねじ５２ａとの間には軸線Ｏ−Ｏと直交する方向に所定のクリアランスが形成されている。すなわち、シャフト５１はネジ穴５２Ａ内に、所定の遊びを有する状態で挿入されている。
【００７１】
前記ナット５２は、図示Ｚ２側の基端が筐体などの固定部２６に固定されており、Ｚ１側の先端側は何ら拘束を受けない自由端で形成されている。このアクチュエータでは、固定端側を基端として先端側が軸回りα１方向またはα２方向に捩れる。
【００７２】
前記ナット５２の外面を構成する一対の側面５２Ｂ，５２Ｃには、一対の帯状の薄い圧電体２１Ｂ，２２Ｂが固定されている。この実施の形態における前記圧電体２１Ｂ，２２Ｂは、一対の平行な金属板（電極）の間に圧電素子を設けた単層型である。一方の圧電体２１Ｂは、接着剤などを用いてナット５２の側面５２Ｂに対して斜めに固着されている。同様に、他方の圧電体２２Ｂは、接着剤などを用いてナット５２の側面５２Ｃに対して斜めに固着されている。
【００７３】
すなわち、圧電体２１Ｂは、長手方向を軸線Ｏ−Ｏに対して所定の角度だけ傾く仮想線Ｌ１に沿った状態で、前記側面５２Ｂに対し斜めに固着されている。同様に圧電体２２Ｂは、前記側面５２Ｂの裏側に設けられた前記側面５２Ｃに斜めに固定されている。圧電体２２Ｂは、長手方向を前記と同じ所定の角度を有して傾く仮想線Ｌ２に沿う状態で、前記側面５２Ｃに対し斜めに固着されている。つまり、圧電体２１Ｂ，２２Ｂは、側面５２Ｂまたは側面５２Ｂの一方から他方を透かして見たときに、両者がクロスしてＸ形状が形成されるように、前記側面５２Ｂおよび前記側面５２Ｃにそれぞれ固着されている。
【００７４】
圧電体２１Ｂの表裏面に設けられた一対の電極間、および圧電体２２Ｂの表裏面に設けられた一対の電極間には、上記同様の駆動信号Ｓ１が同じタイミングでそれぞれ印加される。これにより、圧電体２１Ｂと圧電体２２Ｂは、長手方向に同期して膨張し且つ収縮するようにインパクト駆動される。
【００７５】
このとき、前記ナット５２のＺ２側の基端は拘束されているため、前記圧電体２１Ｂ，２２Ｂが発生した伸び力および縮み力のほとんどは、ナット５２の基端側を基準として、前記仮想線Ｌ１，Ｌ２に沿ってＺ１側の先端部に向かって斜め方向に作用する。
【００７６】
このため、図７Ａに示すように、圧電体２１Ｂ，２２Ｂに伸び力が作用するときには、前記ナット５２のＺ１側の先端がＺ２側の基端部を基準に軸回りα１方向に捩れ変形（回転）させられる。また図７Ｂに示すように、圧電体２１Ｂ，２２Ｂに縮み力が作用するときには、前記ナット５２のＺ１側の先端がＺ２側の基端を基準に、前記とは逆方向となる軸回りα２方向に捩れ変形（回転）させられる。
【００７７】
そして、駆動信号Ｓ１による順方向のインパクト駆動においては、区間ＴＡのときには比較的ゆっくりとα１方向に大きく捩れ変形（回転）し、区間ＴＢのときに瞬間的にはα２方向に急速に捩れ変形（回転）する動作が繰り返される。シャフト５１は、このとき発生する回転振動により、例えば軸線Ｏ−Ｏ上をＺ１方向に移動させられる。また駆動信号Ｓ２を与えて逆方向のインパクト駆動を行うことにより、シャフト５１を前記とは逆方向となる軸線上Ｚ２方向に向かって移動させることが可能となる。なお、ナット５２の他の側面にも、同様の圧電体２３Ｂ，２４Ｂを配置すると、さらに大きな駆動力でナットをインパクト駆動することが可能である。
【００７８】
上記第１ないし第２の実施の形態では、駆動側となる圧電体２２，２３で直接的に駆動される台座１３の形状を、また第３の実施の形態でも圧電体２２Ｂ，２３Ｂで直接的に駆動されるナット５２の形状を、立方体形状ないしは直方体形状のものとして示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、その他例えば三筒柱、五角筒状などの多角筒状、あるいは円筒状であってもよい。たとえば図８に示すように六角筒状のナット６２の場合には、対称となる位置それぞれに設けられた二つ側面に一対の圧電体２１，２２を取り付けて、互いに平行する方向に伸縮するようにした構成したものであってもよい。また圧電体の構成は対を成すものでなくてもよい。すなわち、ナットの側面に設けた各圧電体が同期して駆動されたときに、各圧電体からの駆動力が同じ軸回り方向に作用するように設けられた構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図、
【図２Ａ】アクチュエータの駆動回路を示す構成図、
【図２Ｂ】駆動信号の実施の形態を示す波形図、
【図２Ｃ】駆動信号の他の実施の形態を示す波形図、
【図３】駆動信号に対するナットとシャフトとの関係を示す図、
【図４Ａ】一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、
【図４Ｂ】一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、
【図４Ｃ】一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、
【図４Ｄ】一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、
【図５Ａ】本発明の第２の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図、
【図５Ｂ】ナットを除いた状態を示す図５Ａの平面図、
【図６】本発明の他の実施の形態を示すアクチュエータの分解斜視図、
【図７Ａ】ナットがα１方向に捩れた状態を示す図、
【図７Ｂ】ナットがα２方向に捩れた状態を示す図、
【図８】本発明の他の実施の形態として、六角形状のナットに圧電体を配置した構成を示すアクチュエータの斜視図、
【符号の説明】
【００８０】
１０  アクチュエータ
１１  シャフト
１１ａ  雄ねじ
１１ｂ  ストッパ
１２  ナット
１２ａ  雌ねじ
１２ｂ  ストッパ
１３  台座
２０  振動発生機構
２１，２２，２３，２４，２２Ｂ，２３Ｂ  単層型の圧電体
２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ  積層型の圧電体
２６  固定部
４０  駆動回路
４１  定電流源
４２  スイッチ
４３  コンパレータ
４４  増幅部（ＡＭＰ）
４５  バッファ回路
５１  シャフト
５１ａ  雄ねじ
５２  ナット
５２Ａ  ネジ穴
５２ａ  雌ねじ
６２  ナット
【図１】
2008271668.tif 000003
【図２Ａ】
2008271668.tif 000004
【図２Ｂ】
2008271668.tif 000005
【図２Ｃ】
2008271668.tif 000006
【図３】
2008271668.tif 000007
【図４Ａ】
2008271668.tif 000008
【図４Ｂ】
2008271668.tif 000009
【図４Ｃ】
2008271668.tif 000010
【図４Ｄ】
2008271668.tif 000011
【図５Ａ】
2008271668.tif 000012
【図５Ｂ】
2008271668.tif 000013
【図６】
2008271668.tif 000014
【図７Ａ】
2008271668.tif 000015
【図７Ｂ】
2008271668.tif 000016
【図８】
2008271668.tif 000017