(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部が固定されており、印加電圧により振動する駆動素子，
該駆動素子の固定部以外の部分に一端が接続されたシャフト，
該シャフトとの摩擦及び慣性力を利用して、前記シャフトの軸方向に移動可能なスライダ，
を備えるとともに、
前記駆動素子は、前記シャフトの軸方向と該軸方向と交わる方向へ、前記シャフトを振動可能であることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記スライダを前記シャフトに対して付勢する付勢手段，を設けたことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記駆動素子が、圧電体の両主面に外部電極を備えた構造を有するとともに、
前記外部電極が設けられた両主面のうちの一方の主面側に前記シャフトが取り付けられ、
該シャフトの中心軸が、前記外部電極の中心からずれて配置されていることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項４】
前記駆動素子が、前記接続されたシャフトの軸方向にて圧電体の内部で第１の内部電極と第２の内部電極が交互に積層した構造を有し、かつ、前記圧電体の主面又は端面に第１の外部電極と第２の外部電極を備えるとともに、
前記第１の内部電極が前記第１の外部電極に接続され、前記第２の内部電極が前記第２の外部電極に接続され、
前記シャフトの中心軸が、前記第１の内部電極と第２の内部電極の重なり部分の中心からずれて配置されていることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項５】
前記駆動素子が中心軸に対して対称振動するとともに、前記シャフトを、前記中心軸からずらして配置したことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項６】
前記シャフトの軸方向に沿った直進振動と、前記軸方向と交わる方向への屈曲振動を共振させたことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項７】
前記駆動素子の振動を増幅する増幅手段，を備えたことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項８】
軸方向に移動可能なスライダが取り付けられるシャフトの一端を固定するための駆動素子であって、
圧電体の両主面に外部電極を備えるとともに、
該外部電極が設けられた主面のうちの一方の主面側に前記シャフトが取り付けられ、
該シャフトの中心軸が、前記外部電極の中心からずれて配置されていることを特徴とする駆動素子。
【請求項９】
軸方向に移動可能なスライダが取り付けられるシャフトの一端を固定するための駆動素子であって、
前記固定されるシャフトの軸方向にて圧電体の内部で第１の内部電極と第２の内部電極が交互に積層した構造を有し、かつ、前記圧電体の主面又は端面に第１の外部電極と第２の外部電極を備えるとともに、
前記第１の内部電極が前記第１の外部電極に接続され、前記第２の内部電極が前記第２の外部電極に接続され、
前記シャフトの中心軸が、前記第１の内部電極と第２の内部電極の重なり部分の中心からずれて配置されていることを特徴とする駆動素子。
【請求項１０】
一部が固定された請求項８又は９記載の駆動素子，
該駆動素子の固定部以外の部分に一端が接続されたシャフト，
該シャフトとの摩擦及び慣性力を利用して、前記シャフトの軸方向に移動可能なスライダ，
を備えるとともに、
前記駆動素子への電圧の印加により、前記シャフトの軸方向と該軸方向と交わる方向へ、前記シャフトを振動させることを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動素子と、該駆動素子を用いて被駆動体ないし被変位体を駆動するための駆動装置（アクチュエータ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラの撮影レンズやオーバーヘッドプロジェクタなどの投影レンズ，双眼鏡のレンズ，複写機のレンズなど、光学装置におけるレンズの駆動のほか、プロッタやＸ−Ｙ駆動テーブルのような装置など、駆動部を有する装置一般の駆動技術としては、以下の特許文献１〜８などがある。これらは、圧電素子をゆっくり伸ばし、素早く縮ませる，あるいは、素早く伸ばして、ゆっくり縮ませることにより、慣性力と摩擦力を交互に作用させてリニア駆動させる技術である。特許文献１は、上述したアクチュエータ方式の基本技術であり、他の特許文献２〜特許文献８は、前記方式をどのように使うかを示す文献である。
【特許文献１】特開平４−０６９０７０号公報
【特許文献２】特開平１１−１８４４７号公報
【特許文献３】特開平１１−４４８９９号公報
【特許文献４】特開平１１−７５３８２号公報
【特許文献５】特開２０００−１９３７６公報
【特許文献６】特開２００３−１４１８２７公報
【特許文献７】特開２００３−３１７４１０公報
【特許文献８】特開２００４−５６９５１公報
【０００３】
図１０を参照して、上述したアクチュエータ方式の機構を説明する。図１０(A)は駆動装置の概略図，図１０(B)及び(C)は圧電素子の変位量と時間の関係を示す図である。図１０(A)に示すアクチュエータは、圧電素子１００，シャフト１０２，スライダ１０４，レンズ１０６により構成されている。前記圧電素子１００は、一方の面が前記シャフト１０２と連結し、もう一方の面が本体１０８に固定されている。前記スライダ１０４は、前記シャフト１０２が貫通しており、図示しない付勢手段によって、シャフト１０２に対して付勢されている。そして、前記付勢手段によるスライダ１０４とシャフト１０２間の摩擦力を介して、前記スライダ１０４が、シャフト１０２に沿って変位する。スライダ１０４が変位すると、該スライダ１０４の先に取り付けられたレンズ１０６が矢印Ｆ１０ａ又はＦ１０ｂ方向に変位する。なお、シャフト１０２の他方の端部は、バネで抑えられているのみであって固定されていない。
【０００４】
前記圧電素子１００に、図１０(B)に示すように、圧電素子がゆっくり伸びて素早く縮むように、時間に対して非対称の電気信号を入力して駆動させると、前記圧電素子１００がゆっくり伸びるときに、シャフト１０２が矢印Ｆ１０ａの方向に動く。このとき、前記スライダ１０４は、摩擦力によりスライダ１０４と一緒に動く。次に、圧電素子１００が素早く縮むと、前記スライダ１０４は、慣性力によってその場に留まり、シャフト１０２だけが矢印Ｆ１０ｂ方向に引き寄せられるため、スライダ１０４がシャフト１０２に対して矢印Ｆ１０ａ方向に移動することになる。以上の動作を繰り返すことにより、スライダ１０４は、矢印Ｆ１０ａ方向にリニア駆動する。一方、図１０(C)に示すように、圧電素子１００を、素早く伸びてゆっくり縮むように時間に対して非対称の電気信号を入力して駆動させると、上記と逆の作用により、スライダ１０４が矢印Ｆ１０ｂ方向にリニア駆動する。以上のようなアクチュエータの駆動方式は、構造がシンプルなため、携帯電話用のデジタルカメラモジュールの自動焦点用のアクチュエータなどとして実用化されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、携帯電話用のデジタルカメラ用のレンズモジュールは、光学素子の高画素化，ズーム，オートフォーカス，手ぶれ防止などの高機能化を低コストで達成することが求められるようになってきている。しかしながら、前記図１０に示す背景技術では、スライダ１０４とシャフト１０２が摩擦力を介して接しているため、固着が生じやすい。特に、圧電素子１００の変位方向と固着力の作用する方向が直交しており、圧電素子１００の変位が固着力の切断（ないし抑制）に直接作用しないため、スライダ１０４を駆動させるためには圧電素子１００を大きく変位させる必要があり、駆動効率が低く、低電圧での駆動が困難であるという不都合がある。
【０００６】
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、小型かつ軽量で、より低電圧で安定した変位及び位置決めが可能であるとともに、駆動効率が高い駆動装置及び駆動素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の駆動装置は、一部が固定されており、印加電圧により振動する駆動素子，該駆動素子の固定部以外の部分に一端が接続されたシャフト，該シャフトとの摩擦及び慣性力を利用して、前記シャフトの軸方向に移動可能なスライダ，を備えるとともに、前記駆動素子は、前記シャフトの軸方向と該軸方向と交わる方向へ、前記シャフトを振動可能であることを特徴とする。
【０００８】
主要な形態の一つは、前記スライダを前記シャフトに対して付勢する付勢手段，を設けたことを特徴とする。他の形態は、
(1)前記駆動素子が、圧電体の両主面に外部電極を備えた構造を有するとともに、前記外部電極が設けられた両主面のうちの一方の主面側に前記シャフトが取り付けられ、該シャフトの中心軸が、前記外部電極の中心からずれて配置されていること，
(2)前記駆動素子が、前記接続されたシャフトの軸方向にて圧電体の内部で第１の内部電極と第２の内部電極が交互に積層した構造を有し、かつ、前記圧電体の主面又は端面に第１の外部電極と第２の外部電極を備えるとともに、前記第１の内部電極が前記第１の外部電極に接続され、前記第２の内部電極が前記第２の外部電極に接続され、前記シャフトの中心軸が、前記第１の内部電極と第２の内部電極の重なり部分の中心からずれて配置されていること，
(3)前記駆動素子が中心軸に対して対称振動するとともに、前記シャフトを、前記中心軸からずらして配置したことを特徴とする。
【０００９】
更に他の形態は、前記シャフトの軸方向に沿った直進振動と、前記軸方向と交わる方向への屈曲振動を共振させたことを特徴とする。更に他の形態は、前記駆動素子の振動を増幅する増幅手段，を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の駆動素子は、軸方向に移動可能なスライダが取り付けられるシャフトの一端を固定するための駆動素子であって、圧電体の両主面に外部電極を備えるとともに、該外部電極が設けられた主面のうちの一方の主面側に前記シャフトが取り付けられ、該シャフトの中心軸が、前記外部電極の中心からずれて配置されていることを特徴とする。
【００１１】
他の発明の駆動素子は、軸方向に移動可能なスライダが取り付けられるシャフトの一端を固定するための駆動素子であって、前記固定されるシャフトの軸方向にて圧電体の内部で第１の内部電極と第２の内部電極が交互に積層した構造を有し、かつ、前記圧電体の主面又は端面に第１の外部電極と第２の外部電極を備えるとともに、前記第１の内部電極が前記第１の外部電極に接続され、前記第２の内部電極が前記第２の外部電極に接続され、前記シャフトの中心軸が、前記第１の内部電極と第２の内部電極の重なり部分の中心からずれて配置されていることを特徴とする。
【００１２】
一部が固定された請求項８又は９記載の駆動素子，該駆動素子の固定部以外の部分に一端が接続されたシャフト，該シャフトとの摩擦及び慣性力を利用して、前記シャフトの軸方向に移動可能なスライダ，を備えるとともに、前記駆動素子への電圧の印加により、前記シャフトの軸方向と該軸方向と交わる方向へ、前記シャフトを振動させることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、スライダ（ないし被変位体）の移動を軸方向にガイドするシャフトの一端が固定される駆動素子によって、前記シャフトの軸方向及び該軸方向と交わる方向に、前記シャフトを駆動することとした。このため、固着力を効率よく抑制ないし切断し、小型かつ軽量でありながら、低電圧で安定した効率のよい駆動が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
最初に、図１〜図５を参照しながら、本発明の実施例１を説明する。まず、図１を参照して、本実施例の基本構造を説明する。本実施例は、本発明を光学装置のフォーカス用レンズの駆動装置（アクチュエータ）として使用した例である。図１(A)は、本実施例の全体構成を示す断面図、図１(B)はシャフト及びスライダを軸上から見た平面図である。本実施例の駆動装置（アクチュエータ）１０は、被変位物であるレンズ３４を移動ないし変位させるものであって、前記レンズ３４は、圧電素子１２に一端が接合されたシャフト２０に沿って移動するスライダ２４と、他のシャフト３０に沿って移動するスライダ３２によって保持される構成となっている。前記シャフト２０及び３０は、円柱状や角柱状など、任意の形状としてよい。前記他のシャフト３０は、前記シャフト２０の振動を阻害しない遊びが設けられている。なお、本実施例では、２つのシャフト２０及び３０を用いてレンズ３４を支持することとしたが、シャフト３０については必要に応じて設けるようにすればよい。
【００１６】
本実施例では、一方のシャフト２０の一端を、圧電素子１２の上面略中央に固定することによって、ステータ２２が形成されている。前記スライダ２４とシャフト２０の間には、付勢手段が設けられている。本実施例では、図１(B)に示すように、前記スライダ２４が２つの略弧状の分割体２４Ａ及び２４Ｂに分割しており、それらの間に、付勢手段２６としてバネが設けられた構成となっている。前記スライダ２４は、前記付勢手段２６によるシャフト２０との摩擦を介して、前記シャフト２０の軸方向（図示のＹ軸方向）に沿って変位可能となっている。他方のシャフト３０に対するスライダ３２の取り付け機構も同様である。
【００１７】
前記圧電素子１２は、例えばＰＺＴなどの圧電体１４の両主面に、例えばＡｇ／Ｐｄなどの外部電極１６及び１８を偏らせて配置した構造となっている。すなわち、前記外部電極１６及び１８は、前記シャフト２０に対して、非対称の形状となっている。なお、本実施例では、前記外部電極１６及び１８を、図の左側に偏るように配置することとしたが、右側に偏らせるようにしてもよい。このような構造の圧電素子１２は、一方の外部電極１８側が、図示しない静止部材などに固定されている。また、シャフト３０の一端も、前記静止部材に固定されている。
【００１８】
以上のような構成の圧電素子１２は、外部電極１６及び１８に電圧を加えることにより、対向する外部電極１６及び１８間が厚くなる（広がる）方向に伸び、逆方向の電圧を加えることにより、外部電極１６及び１８間が薄くなる方向に縮む。このような電極配置の圧電素子１２では、Ｙ軸方向への変位量は、外部電極１６及び１８の偏りにより、−Ｘ側（左側）の変位Ａの方が、＋Ｘ側（右側）の変位Ｂよりも大きくなる。
【００１９】
図２には、前記ステータ２２の振動の周波数特性が示されている。図２(A)は、圧電素子１２の厚みＴｐが１ｍｍ，幅Ｗｐが３ｍｍであって、シャフト２０の高さＴｓが５ｍｍ，幅Ｗｓが１ｍｍの場合である。図２(B)は、圧電素子１２の厚みＴｐが２ｍｍ，幅Ｗｐが３ｍｍであって、シャフト２０の高さＴｓが５ｍｍ，幅Ｗｓが１ｍｍの場合である。図２(A)及び(B)において、横軸は周波数［ｋＨｚ］，縦軸はシャフト２０の先端の変位量［μｍ］を示している。
【００２０】
前記圧電素子１２に、交番電場で周波数を変えて励振すると、圧電素子１２が、図１に示すＹ軸方向の縦振動と、Ｘ−Ｙ面での屈曲振動を生じる。シャフト２０の先端のＸ方向の変位（ＵＸ）と、Ｙ方向の変位（ＵＹ）は、図２(A)及び(B)のグラフに示す通り、それぞれピークを示す。これらのピークは、図３のステータの振動モードのシミュレーション結果にも示すように、屈曲振動１次（Ｂ１），屈曲振動２次（Ｂ２），・・・，縦振動１次（Ｌ１），・・・を示す。圧電素子１２の厚みＴｐが１ｍｍの場合は、図２(A)及び図３(A-1)〜(A-3)に示すように、屈曲の１次ピーク（Ｂ１）が５９ｋＨｚ，屈曲の２次ピーク（Ｂ２）が３０７ｋＨｚ，縦振動の１次ピーク（Ｌ１）が３５０ｋＨｚに生じる。また、圧電素子１２の厚みＴｐを２ｍｍに増すと、図２(B)及び図３(B-1)〜(B-3)に示すように、共振周波数が下がり、屈曲の１次ピーク（Ｂ１）が５３ｋＨｚ，屈曲の２次ピーク（Ｂ）が２７０ｋＨｚ，縦振動の１次ピーク（Ｌ１）が２７８ｋＨｚに移動する。この結果から、圧電素子１２及びシャフト２０の寸法により、共振周波数が変化することが確認できる。
【００２１】
次に、図４も参照して、圧電素子１２の寸法がステータ２２の共振周波数に与える影響についてより詳細に検討する。図４(A)は、シャフト２０の共振周波数と圧電素子１２の厚み（ないし高さ）Ｔｐの関係を示すグラフであって、横軸は圧電素子１２の厚みＴｐ[ｍｍ]，縦軸は共振周波数［ｋＨｚ］を示す。また、圧電素子１２の幅Ｗｐは３ｍｍ，シャフト２０の高さＴｓは５ｍｍで固定した。図４(B)は、シャフト２０の共振周波数と圧電素子１２の幅Ｗｐの関係を示すグラフであって、横軸は圧電素子１２の幅Ｗｐ［ｍｍ］，縦軸は共振周波数［ｋＨｚ］を示す。また、圧電素子１２の厚みＴｐは２ｍｍ，シャフト２０の高さＴｓは５ｍｍで固定した。
【００２２】
まず、図４(A)のグラフが示すように、圧電素子１２の厚みＴｐを変化させることによって、屈曲２次と縦振動１次が近づくこと確認される。図示の例では、圧電素子１２の厚みＴｐが２ｍｍのときに、共振周波数が２８０ｋＨｚ付近で近づくことがわかる。また、図４(B)のグラフが示すように、圧電素子１２の幅Ｗｐを変化させることによっても、屈曲２次と縦振動１次が近づくことが確認される。図示の例では、圧電素子１２の幅Ｗｐが３ｍｍのときに、共振周波数が２８０ｋＨｚ付近で近づくことが分かる。このように、圧電素子１２やシャフト２０の寸法を適宜調整することにより、屈曲振動と縦振動（軸方向の振動）の共振周波数が近くなる。そして、屈曲振動と縦振動を効果的に重ね合わせることによって、スライダ２４がシャフト２０に固着しにくくなり、変位量が大きく効率的な駆動をするアクチュエータが得られると考えられる。
【００２３】
次に、図５も参照して、前記圧電素子１２の駆動機構について説明する。図５は、圧電素子１２の変位量と時間の関係を示す図であり、(A)は素早く伸びてゆっくり縮む場合であり、(B)はゆっくり伸びて素早く縮む場合を示す図である。同図において、横軸は時間，縦軸は圧電素子１２のＹ軸方向への変位量を示している。前記圧電素子１２を駆動するには、図５(A)又は(B)に示すように、素早く伸びてゆっくり縮む，あるいは、ゆっくり伸びて素早く縮むというように、時間に対して非対称な電圧信号を外部電極１６及び１８から入力して励振する。
【００２４】
まず、図５(A)に示すように、素早く伸びて（ＬＡ）ゆっくり縮む（ＬＢ）ように励振すると、−Ｘ側（図の左側）の変位Ａが、＋Ｘ側（図の右側）の変位Ｂよりも大きいため、シャフト２０は、屈曲しながら図１のＤ１方向へ速く変位し、Ｄ２方向へはゆっくりと変位する。この励振において、スライダ２４には、シャフト２０の屈曲により、シャフト２０の軸に直交した付勢手段２６によるシャフト２０との摩擦力と固着力に抗する方向に力が作用する。すなわち、圧電素子１２が素早く伸び、ゆっくり縮む場合は、素早く伸びるときに、シャフト２０の屈曲により付勢手段２６によるシャフト２０とスライダ２４の固着を切り離し、摩擦を低減するように力が作用し、慣性力と摩擦力との差を大きくして、シャフト２０だけがＤ１方向により動きやすくなるように作用する。また、ゆっくり縮むときは、慣性力よりもスライダ２４の付勢手段２６による摩擦力が大きくなり、スライダ２４はシャフト２０と一体になって、Ｄ２方向に移動する。この繰り返しにより、スライダ２４は、圧電素子１２の変位量が少なくとも、安定して速く−Ｙ方向に変位する。すなわち、低電圧で効率よく−Ｙ方向に変位させることが可能となる。
【００２５】
逆に、図５(B)に示すように、圧電素子１２がゆっくり伸びて（ＬＣ）素早く縮む（ＬＤ）ように励振すると、素早く縮むときに、屈曲による力がシャフト２０とスライダ２４との固着を切るとともに、慣性力と摩擦力との差が大きくなり、シャフト２０だけがＤ２方向に動きやすくなるように作用する。また、圧電素子１２がゆっくり伸びるときは、スライダ２４がシャフト２０と一体にＤ２方向に移動する。この繰り返しにより、スライダ２４は、圧電素子１２の変位量が少なくとも、安定して速く＋Ｙ方向に変位する。すなわち、低電圧で効率よく＋Ｙ方向に変位させることが可能となる。
【００２６】
このように、実施例１によれば、シャフト２０の一端が固定される圧電素子１２の外部電極１６及び１８を、前記シャフト２０に対して非対称に配置することによって、シャフト２０の縦振動に加えて屈曲振動も引き出す。そして、前記シャフト２０とスライダ２４間の摩擦力及び固着力に抗する力を作用させて、慣性力とスライダ２４をシャフト２０の同位置に留めようとする力の差を大きくすることとしたので、低電圧で圧電素子の変位量が少なくとも、安定して速く駆動する効率のよい駆動装置１０を得ることができる。
【実施例２】
【００２７】
次に、図６及び図７を参照しながら、本発明の実施例２を説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には、同一の符号を用いることとする（以下の実施例についても同様）。図６は、本実施例の駆動装置の全体構成を示す断面図である。上述した実施例１は、圧電素子の外部電極をシャフト２０に対して非対称に配置した例であるが、本実施例は、積層型の圧電素子の内部電極を非対称に配置した例である。図６に示すように、本実施例の駆動装置５０は、積層型の圧電素子５２の上面の略中央部に、シャフト２０の一端を接着してステータ６４が形成されており、前記シャフト２０には、実施例１と同様のスライダ２４が取り付けられている。
【００２８】
前記圧電素子５２は、圧電体５４の内部で、第１の内部電極５６Ａ〜５６Ｅと、第２の内部電極５８Ａ〜５８Ｄが交互に重ね合わせられた積層構造となっている。前記第１の内部電極５６Ａ〜５６Ｅは、圧電素子５２の端面に設けられた電極取り出し用の外部電極６０に接続され、第２の内部電極５８Ａ〜５８Ｄは、圧電素子５２の他の端面に設けられた外部電極６２に接続されている。本実施例では、図６に示すように、第１の内部電極５６Ａ〜５６Ｅが、第２の内部電極５８Ａ〜５８Ｄよりも短く設定されており、第１の内部電極５６Ａ〜５６Ｅと第２の内部電極５８Ａ〜５８Ｄの交差している部分が、前記外部電極６０側に偏よっている。すなわち、圧電素子５２の略中央に接合されたシャフト２０に対して、第１の内部電極５６Ａ〜５６Ｅと第２の内部電極５８Ａ〜５８Ｄの重なり具合が、非対称となっている。
【００２９】
このような圧電素子５２の製造方法の一例を示すと、前記圧電体５４として、例えば、機械的品質係数Ｑ値が低い高変位系のＰＺＴ材料を用い、内部電極５６Ａ〜５６Ｅ及び５８Ａ〜５８Ｄとしては、例えばＡｇ／Ｐｄを用いて、積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）と同様に圧電体を電極を交互に形成する。そして、焼成して積層圧電体を得たのち、外部電極６０及び６２を形成して圧電素子５２を製作する。なお、外部電極６０及び６２としては、前記内部電極と同様にＡｇ／Ｐｄを用いるようにしてもよいし、Ａｇ単体で形成するようにしてもよい。
【００３０】
前記圧電素子５２は、外部電極６０及び６２に電圧を加えることにより、厚み方向に伸び、逆方向の電圧の印加によって、厚み方向に縮むように分極処理されている。伸縮の変位量は、第１の内部電極５６Ａ〜５６Ｅと第２の内部電極５８Ａ〜５８Ｄの交差部分の偏りにより、外部電極６０側（図の左側）の変位Ａの方が、外部電極６２側（図の右側）の変位Ｂよりも大きい構成となっている。このような構成の圧電素子５２に、前記図５(A)に示す通り、圧電素子が素早く伸びてゆっくり縮むように、立ち上がりが急峻でゆっくりと電圧が下がる鋸波，あるいは、図５(B)に示す通り、圧電素子がゆっくり伸びて素早く縮むように、立ち上がりがゆっくりで急峻に電圧が下がる形態の鋸波を、縦振動の共振周波数で入力した。その結果、圧電素子５２が素早く伸びてゆっくり縮む場合は、前記実施例１と同様に、スライダ２４が−Ｙ方向に変位し、逆に、圧電素子５２がゆっくり伸びて素早く縮む場合は、＋Ｙ方向にスライダ２４が変位する。
【００３１】
図７には、本実施例と比較例について、圧電素子５２の駆動電圧とスライダ２４の変位速度の関係を示す測定結果が示されている。図７において、横軸は駆動電圧Ｖｐｐ［Ｖ］，縦軸は圧電素子５２の変位速度［ｍｍ／ｓ］を表している。なお、比較例は、本実施例２の圧電素子５２の内部電極５６Ａ〜５６Ｅ及び５８Ａ〜５８Ｄを、シャフト２０に対して対称とし、シャフト２０が屈曲振動しない構造としたものである。図７に示す通り、本実施例２では、比較例に比べて、低電圧で駆動し始め、更に、変位速度が速いことが確認された。なお、圧電素子５２やシャフト２０の寸法を調整して、屈曲振動と縦振動を重ねたほうがより望ましいことは、前記実施例と同様である。
【００３２】
本実施例２のように、圧電体５４の内部に交互に積層される第１の内部電極５６Ａ〜５６Ｅと、第２の内部電極５８Ａ〜５８Ｄが重なる位置を、前記シャフト２０に対して非対称となるように偏らせて配置する構成としても、前記実施例１と同様の作用・効果が得られる。
【実施例３】
【００３３】
次に、図８を参照しながら、本発明の実施例３を説明する。図８は、本実施例３の全体構成を示す断面図である。上述した実施例１及び２は、圧電素子の外部電極または内部電極を、シャフトに対して非対称となるように偏らせて配置した例であるが、本実施例３は、電極配置に偏りがなく、シャフト自体の位置を調整した構造となっている。図８に示すように、本実施例の駆動装置７０では、シャフト２０の一端が接合される圧電素子７２は、公知の積層セラミックコンデンサと同様に、圧電体７４の内部で、第１の内部電極７６Ａ〜７６Ｅと、第２の内部電極７８Ａ〜７８Ｄが交互に重なった積層型となっている。前記第１の内部電極７６Ａ〜７６Ｅは、外部電極８０に接続され、第２の内部電極７８Ａ〜７８Ｄは、他の外部電極８２に接続されている。
【００３４】
本実施例では、前記第１の内部電極７６Ａ〜７６Ｅと、第２の内部電極７８Ａ〜７８Ｄの重なり具合には偏りがなく、シャフト２０が、圧電素子７２の上面の略中央から、＋Ｘ方向にずれている。すなわち、シャフト２０が、圧電素子７２の中心軸に対して、非対称となるように配置されている。以上のような構成の圧電素子７２に、前記実施例１と同様に時間に対して非対称の信号を入力して駆動させると、低電圧でもスライダ２４が速い速度で駆動した。このように、ステータ８４の全体構造を中心軸に対して非対称とすることでも、低電圧で効率的な駆動を行うことができるという効果がある。
【実施例４】
【００３５】
次に、図９を参照しながら、本発明の実施例４を説明する。図９は、本実施例４の全体構成を示す断面図である。本実施例４の駆動装置９０は、上述した実施例３の変形例であって、圧電素子７２の基本的な構造は同じであるが、前記圧電素子７２の両主面には、外部電極を兼ねたシンバル９２及び９６が取り付けられている。なお、図示の例では、シンバル９２及び９６から電極を取り出すこととしたが、前記実施例３と同様の外部電極８０及び８２を設けるようにしてもよい。前記シンバル９２及び９６は、圧電素子７２と接合される側にそれぞれ空洞９４及び９８を有しており、このようなムーニーの構造によって、圧電素子７２の変位を増幅することができる。本実施例の場合では、前記実施例１のほぼ半分の電圧により、スライダ２４を駆動できることが確認された。他の作用・効果は、前記実施例１と同様である。
【００３６】
なお、本発明は、上述した実施例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内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)上述した実施例に示した材料，形状，寸法は一例であり、同様の効果を奏するようにて適宜変更可能である。
(2)前記実施例で示した外部電極や内部電極の配置も一例であり、同様の効果を奏するように適宜設計変更可能である。
(3)積層型の圧電素子の積層構造や電極引き出し構造も一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(4)前記シャフト２０及び３０も一例であり、円柱状や角柱状としてよい。スライダ２４及び３２も一例であり、前記シャフト２０及び３０に沿って変位できるものであれば、どのような構成のものであってもよい。また、スライダ２４及び３２と、レンズ３４を一体化するような構成としてもよい。
(5)駆動用の印加電圧の波形も、駆動形態に応じて適宜変更してよい。
(6)前記実施例では、一方のシャフトのみを圧電素子に固定する片持ち支持としたが、複数のシャフトを圧電素子に固定する構造としてもよい。
(7)本実施例の駆動装置は一例であり、本発明は、例えば、カメラの撮影レンズやオーバーヘッドプロジェクタなどの投影レンズ，双眼鏡のレンズ，複写機のレンズなど、光学装置におけるレンズの駆動のほか、プロッタやＸ−Ｙ駆動テーブルのような装置など、駆動部を有する装置一般に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、スライダ（ないし被変位体）の移動を軸方向にガイドするシャフトの一端が固定される駆動素子によって、前記シャフトの軸方向及び該軸方向と交わる方向に、前記シャフトを駆動することとした。このため、シャフトとスライダ間の固着力を効率的に切断して、低電圧で安定した変位が可能になることから、安定した動作が必要とされる精密機器や通信機器などで利用される駆動装置の用途に適用できる。特に、小型化，軽量化，薄型化が要求される駆動装置の用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１を示す図であり、(A)は駆動装置の全体構成を示す断面図，(B)はシャフト及びスライダを軸上から見た平面図である。
【図２】前記実施例１のステータの振動特性を示す図である。
【図３】前記実施例１のステータの振動モードのシミュレーション結果である。
【図４】前記実施例１のステータの共振周波数と圧電素子サイズの関係を示す図である。
【図５】前記実施例１の圧電素子の変位量と時間の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の駆動装置の全体構成を示す断面図である。
【図７】前記実施例２と比較例の駆動装置によるスライダの変位速度と駆動電圧の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例３の駆動装置の全体構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施例４の駆動装置の全体構成を示す断面図である。
【図１０】背景技術の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０：駆動装置（アクチュエータ）
１２：圧電素子
１４：圧電体
１６，１８：外部電極
２０，３０：シャフト
２２：ステータ
２４，３２：スライダ
２４Ａ，２４Ｂ：分割体
２６：付勢手段
３４：レンズ
５０：駆動装置
５２：圧電素子
５４：圧電体
５６Ａ〜５６Ｅ，５８Ａ〜５８Ｄ：内部電極
６０，６２：外部電極
６４：ステータ
７０：駆動装置
７２：圧電素子
７４：圧電体
７６Ａ〜７６Ｅ，７８Ａ〜７８Ｄ：内部電極
８０，８２：外部電極
８４：ステータ
９０：駆動装置
９２，９６：シンバル
９４，９８：空洞
１００：圧電素子
１０２：シャフト
１０４：スライダ
１０６：レンズ
１０８：本体
【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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