(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電駆動素子の主面に一端が固定されたロッドを介して、被変位体を駆動する圧電駆動装置であって、
１つの圧電駆動素子によって前記ロッドの先端を回転運動させることにより、前記被変位体を駆動し、
前記圧電素子は、
圧電体と複数の電極が主面に対して垂直の方向である厚さ方向に交互に積層した積層構造を有するとともに、前記電極は、内部電極とグランド電極が厚さ方向に交互に積層され、前記内部電極の各層は、固定された前記ロッドの位置に対して対称な形状の４つの領域に分割されており、前記４つの領域は、隣接する領域間で厚み方向の変位が異なるように変位する積層体と、
前記電極は、それぞれ前記積層体の外側に露出した引出部を有しており、該引出部と接続されるとともに、前記積層体の外側に厚さ方向に形成された外部電極と、
からなり、
前記内部電極の４つの領域に順次信号が入力されると、前記ロッドの固定された一端とは反対側の固定されていない他端の中心が、ロッドを傾けるようにしながら前記主面と平行な面内で回転し、
前記ロッドは、固定された一端と固定されない他端との間にわたって形成された側面を有しており、該側面を被変位体を駆動するように対象物に接触することを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項２】
前記対象物が、前記ロッドに接触するとともに、前記被変位体の変位をガイドするシャフトであるとともに、
該シャフトに対して、前記ロッドを付勢する付勢手段，
を備えたことを特徴とする請求項１記載の圧電駆動装置。
【請求項３】
前記内部電極の４つの領域が、それぞれ略四角形であることを特徴とする請求項１記載の圧電駆動装置。
【請求項４】
厚さ方向に同じ位置に配置された前記複数の電極が、それぞれ同じ外部電極と接続されることを特徴とする請求項１記載の圧電駆動装置。
【請求項５】
前記ロッドが、前記側面において前記対象物との接触面積を大きくするために略多角柱状となっていることを特徴とする請求項１記載の圧電駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電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圧電駆動装置（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２〜８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１８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１８(A)は駆動装置の概略図，図１８(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１８(A)に示すアクチュエータは、圧電素子２００，シャフト２０２，スライダ２０４，レンズ２０６により構成されている。前記圧電素子２００は、一方の面が前記シャフト２０２と連結し、もう一方の面が本体２０８に固定されている。前記スライダ２０４は、前記シャフト２０２が貫通しており、図示しない付勢手段によって、シャフト２０２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２０４とシャフト２０２間の摩擦力を介して、前記スライダ２０４が、シャフト２０２に沿って変位する。スライダ２０４が変位すると、該スライダ２０４の先に取り付けられたレンズ２０６が矢印Ｆ１８ａ又はＦ１８ｂ方向に変位する。なお、シャフト２０２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２００に、図１８(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２００がゆっくり伸びるときに、シャフト２０２が矢印Ｆ１８ａの方向に動く。このとき、前記スライダ２０４は、摩擦力によりシャフト２０２と一緒に動く。次に、圧電素子２００が素早く縮むと、前記スライダ２０４は、慣性力によってその場に留まり、シャフト２０２だけが矢印Ｆ１８ｂ方向に引き寄せられるため、スライダ２０４がシャフト２０２に対して矢印Ｆ１８ａ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２０４は、矢印Ｆ１８ａ方向にリニア駆動する。一方、図１８(C)に示すように、圧電素子２００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２０４が矢印Ｆ１８ｂ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１８に示す背景技術では、スライダ２０４とシャフト２０２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２００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２００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２０４を駆動させるためには圧電素子２００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、駆動効率が高い圧電駆動装置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、本発明の圧電駆動装置は、圧電駆動素子の主面に一端が固定されたロッドを介して、被変位体を駆動する圧電駆動装置であって、１つの圧電駆動素子によって前記ロッドの先端を回転運動させることにより、前記被変位体を駆動し、前記圧電素子は、圧電体と複数の電極が主面に対して垂直の方向である厚さ方向に交互に積層した積層構造を有するとともに、前記電極は、内部電極とグランド電極が厚さ方向に交互に積層され、前記内部電極の各層は、固定された前記ロッドの位置に対して対称な形状の４つの領域に分割されており、前記４つの領域は、隣接する領域間で厚み方向の変位が異なるように変位する積層体と、前記電極は、それぞれ前記積層体の外側に露出した引出部を有しており、該引出部と接続されるとともに、前記積層体の外側に厚さ方向に形成された外部電極と、からなり、前記内部電極の４つの領域に順次信号が入力されると、前記ロッドの固定された一端とは反対側の固定されていない他端の中心が、ロッドを傾けるようにしながら前記主面と平行な面内で回転し、前記ロッドは、固定された一端と固定されない他端との間にわたって形成された側面を有しており、該側面を被変位体を駆動するように対象物に接触することを特徴とする。
【０００８】
主要な形態の一つは、前記対象物が、前記ロッドに接触するとともに、前記被変位体の変位をガイドするシャフトであるとともに、該シャフトに対して、前記ロッドを付勢する付勢手段，を備えたことを特徴とする。
【０００９】
他の形態は、前記内部電極の４つの領域が、それぞれ略四角形であることを特徴とする。
【００１０】
更に他の形態は、厚さ方向に同じ位置に配置された前記複数の電極が、それぞれ同じ外部電極と接続されることを特徴とする。
【００１１】
更に他の形態は、前記ロッドが、前記側面において前記対象物との接触面積を大きくするために略多角柱状となっていることを特徴とする。
【００１３】
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】
【００１４】
本発明は、圧電駆動素子の主面に一端が固定されたロッドを介して被変位体を駆動する際に、１つの圧電駆動素子によって前記ロッドの先端を回転運動させることにより、前記被変位体を駆動し、前記圧電素子は、圧電体と複数の電極が主面に対して垂直の方向である厚さ方向に交互に積層した積層構造を有するとともに、前記電極は、内部電極とグランド電極が厚さ方向に交互に積層され、前記内部電極の各層は、固定された前記ロッドの位置に対して対称な形状の４つの領域に分割されており、前記４つの領域は、隣接する領域間で厚み方向の変位が異なるように変位する積層体と、前記電極は、それぞれ前記積層体の外側に露出した引出部を有しており、該引出部と接続されるとともに、前記積層体の外側に厚さ方向に形成された外部電極と、からなり、前記内部電極の４つの領域に順次信号が入力されると、前記ロッドの固定された一端とは反対側の固定されていない他端の中心が、ロッドを傾けるようにしながら前記主面と平行な面内で回転し、前記ロッドは、固定された一端と固定されない他端との間にわたって形成された側面を有しており、該側面を被変位体を駆動するように対象物に接触することとした。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、低電圧でも早くて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】
【００１５】
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】
【００１６】
最初に、図１〜図６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圧電駆動装置（アクチュエータ）として使用した例である。図１(A)は、本実施例の圧電駆動装置を光軸上から見た平面図，図１(B)は、前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。本実施例の圧電駆動装置（アクチュエータ）１０は、被変位体であるレンズ１２を移動ないし変位させるものであって、前記レンズ１２と、一対のシャフト１６及び１８と、前記レンズ１２を保持し前記シャフト１６及び１８に沿って移動可能な枠１４と、該枠１４に取り付けられた圧電駆動素子（以下、駆動素子）３０及びロッド４０によって構成されている。
【００１７】
前記枠１４は、レンズ１２の径方向に突出した凸部２０及び２２を備えており、一方の凸部２０には、前記駆動素子３０を取り付けるための断面略長方形の開口部２４と、シャフト１６が貫通する断面略円形の開口部２５が設けられている。前記開口部２４及び２５は連続形成されている。他方の凸部２２は、シャフト１８を貫通するための略円形の開口部２６を備えている。前記シャフト１６及び１８は、円柱状や角柱状など、任意の形状としてよいが、本実施例では略円柱状となっている。なお、円柱状以外の形状とした場合は、シャフト１６及び１８の形状に応じて、前記開口部２５及び２６の形状を変更する。
【００１８】
前記駆動素子３０に固定されたロッド４０と接触するシャフト１６は、前記ロッド４０の先端の曲面部が嵌るような形状の溝１６Ａが軸方向に形成されている。そして、開口部２４内に設けたバネ（付勢手段）２８によって、前記ロッド４０が、前記駆動素子３０を介してシャフト１６に対して押し付けられるように配置される。他方のシャフト１８には、前記枠１４の移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１６及び１８を設けて枠１４の移動をガイドすることとしたが、シャフト１８については、必要に応じて設けるようにすればよい。
【００１９】
次に、図２〜図５も参照して、前記駆動素子３０について説明する。図２(A)は、前記駆動素子３０及びロッド４０の正面図，図２(B)及び(C)は斜視図である。図３(A)は駆動素子３０の積層構造を示す分解斜視図，図３(B)は、前記(A)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。図４(A)は、前記駆動素子３０の内部電極の配置を示す平面図，図４(B)は駆動素子３０の厚み方向の変位分布を示す模式図である。図５は前記駆動素子３０の斜視図であり、(A-1)及び(A-2)は内部電極の引出部を示す図、(B-1)及び(B-2)は外部電極の配置を示す図である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、駆動素子３０の主面の略中央には、ロッド４０の一端が固定されている。前記ロッド４０の先端４２は、略半球状となっており、前記シャフト１６に形成された溝１６Ａに嵌るようになっている。このようなロッド４０は、例えば、金属により形成されている。前記駆動素子３０は、非共振状態でもサブミクロンの変位を得るために、公知の積層コンデンサと同様に、電極を介した積層構造となっている。
【００２１】
図３及び図４を参照してより詳細な構造を説明すると、前記駆動素子３０は、複数の圧電体５０Ａ〜５０Ｌと、複数の内部電極ＥＡ，ＥＢ，ＥＧが交互に積層した構造となっている。圧電体５０Ａは、最上層に配置され、該圧電体５０Ａとその下層の圧電体５０Ｂの間には、内部電極ＥＡ及びＥＢが設けられている。これら内部電極ＥＡ及びＥＢは、素子の中心に対して点対称の形状となっており、内部電極ＥＡは電極の引出部５２を、内部電極ＥＢは引出部５４を備えている。次に、圧電体５０Ｂと５０Ｃの間には、グランド電極として、内部電極ＥＧが設けられている。該内部電極ＥＧは、引出部５６を備えている。更に、圧電体５０Ｃと５０Ｄの間には、前記内部電極ＥＡ及びＥＢが設けられている。
【００２２】
このように本実施例では、図４(A)に示すように、分割された内部電極ＥＡ及びＥＢと、内部電極ＥＧを、圧電体を介して交互に積層することで積層体３２を得ている。前記積層体３２は、図５(A-1)及び(A-2)に示すように、側面に電極の引出部５２，５４，５６が出ており、これら引出部５２，５４，５６に、図５(B-1)及び(B-2)に示すように外部電極３４，３６，３８がそれぞれ接続することによって、３端子型の駆動素子３０が形成される。前記圧電体５０Ａ〜５０Ｌとしては、例えばＰＺＴなどが用いられ、内部電極ＥＡ，ＥＢ，ＥＧや外部電極３４，３６，３８としては、例えば、Ａｇ／Ｐｄなどが用いられる。
【００２３】
以上のような構成の駆動素子３０の主面の略中央には、図２(A)〜(C)に示すように、ロッド４０の一端が適宜手段で接着される。前記駆動素子３０の外部電極３４及び３８の間には、駆動電源６０が接続され、外部電極３６及び３８の間には、駆動電源６２が接続される。そして、内部電極ＥＡとＥＢの位相が９０°ずれるように交番信号を入力すると、１つの駆動素子３０内で、ロッド４０の左右で９０°位相がずれた変位が生じる。すなわち、図４(B)に示すように、駆動素子３０は、厚み方向の変位量が異なる２つの領域Ａ及びＢを有することになる。これにより、ロッド４０に縦振動と屈曲振動が発生し、ロッド４０の先端４２が、図２(A)の矢印Ｆ２で示すように、ロッド４０に対して平行な面内で回転運動する。
【００２４】
本実施例の駆動素子３０に、以下の表１に示すように駆動信号を入力すると、内部電極ＥＡとＥＢの位相差が９０°の場合にロッド４０が時計回り（ＣＷ）に回転し、位相差が−９０°の場合に反時計回り（ＣＣＷ）に回転することが確認された。
【表１】
0004610544.tif 000002
【００２５】
次に、本実施例の作用を説明する。上述した構成の駆動素子３０を、図１に示すように、レンズ１２を保持した枠１４の凸部２０内にバネ２８を介して取り付けて、ロッド４０の先端４２をシャフト１６の溝１６Ａに接触させる。すると、バネ２８によって押し付けられたロッド４０とシャフト１６間に作用する摩擦により、枠１４は、ロッド４０がＣＷ（時計回り）で回ると上に（図１(B)の矢印Ｆ１ａ方向に）変位し、ロッド４０がＣＣＷ（反時計回り）で回ると下に（図１(B)の矢印Ｆ１ｂ方向に）変位する。
【００２６】
図６には、本実施例と比較例について、駆動素子３０の駆動電圧とレンズ１２の変位速度の関係を示す測定結果が示されている。図６において、横軸は駆動電圧Ｖｐｐ［Ｖ］，縦軸は、レンズ１２の変位速度［ｍｍ／ｓ］を表わしている。なお、比較例は、前記図１８に示した従来技術の駆動装置と同じ構成である。図６に示す通り、本実施例１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。
【００２７】
このように、実施例１によれば、１つの駆動素子３０に２つの素子構造を組み込むことによって、前記駆動素子３０の主面に一端が固定されたロッド４０に回転力を発生させてレンズ１２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、低電圧で駆動素子３０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】
【００２８】
次に、図７〜図１０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）。まず、図７を参照して、本実施例の基本構造を説明する。図７(A)は、本実施例の駆動装置を光軸上から見た平面図，図７(B)は、前記(A)を＃Ｃ−＃Ｃ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。本実施例の圧電駆動装置（以下、駆動装置）１００は、被変位体であるレンズ１２と、一対のシャフト１１６及び１１８と、前記レンズ１２を保持し前記シャフト１１６及び１１８に沿って移動可能な枠１０２と、該枠１０２に取り付けられた圧電駆動素子（以下、駆動素子）１２０及びロッド１３０によって構成されている。
【００２９】
前記枠１０２は、レンズ１２の径方向に突出した凸部１０４及び１０６を備えており、一方の凸部１０４には、前記駆動素子１２０を取り付けるための断面略方形の開口部１０８と、シャフト１１６が貫通する断面略円形の開口部１１０が設けられている。前記開口部１０８及び１１０は連続形成されている。他方の凸部１０６は、シャフト１１８を貫通するための断面略円形の開口部１１２を備えている。前記シャフト１１６及び１１８は、本実施例では、略円柱状となっている。一方のシャフト１１６の側面には、前記開口部１０８内に設けたバネ１１４によって、前記駆動素子１２０に固定されたロッド１３０の側面が押し付けられるように配置されている。なお、前記シャフト１１６とロッド１３０は略直交している。他方のシャフト１１８に前記レンズ１２の移動を阻害しない遊びを設ける点や、シャフト１１８を必要に応じて利用する点については、前記実施例１と同様である。
【００３０】
次に、図８〜図１０も参照して、前記駆動素子１２０について説明する。図８(A)は、前記駆動素子１２０及びロッド１３０の正面図，図８(B)及び(C)は斜視図である。図９(A)は駆動素子１２０の積層構造を示す分解斜視図，図９(B)は、前記(A)を＃Ｄ−＃Ｄ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図，図９(C)は、駆動素子１２０の厚み方向の変位分布を示す模式図である。図１０は、前記駆動素子１２０の斜視図であり、(A-1)及び(A-2)は内部電極の引出部を示す図、(B-1)及び(B-2)は外部電極の配置を示す図である。
【００３１】
図７及び図８に示すように、駆動素子１２０の主面の略中央には、ロッド１３０の一端が固定されている。前記ロッド１３０は、前記シャフト１１６との接触面積を大きくするための略多角柱状となっており、例えば、金属により形成されている。前記駆動素子１２０は、前記実施例と同様に、非共振状態でもサブミクロンの変位を得るために、電極を介した積層構造となっている。
【００３２】
図９及び図１０を参照して、駆動素子１２０の詳細な構造を説明すると、該駆動素子１２０は、複数の圧電体１３２Ａ〜１３２Ｌと、複数の内部電極ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２，ＥＧが積層した構造となっている。圧電体１３２Ａは、最上層に配置され、該圧電体１３２Ａとその下層の圧電体１３２Ｂの間には、分割形成された内部電極ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２が設けられている。これらのうち、内部電極ＥＡ１とＥＡ２は、素子の中心に対して点対称の形状となっており、内部電極ＥＢ１とＥＢ２も、素子の中心に対して点対称の形状となっている。すなわち、ＥＡ１→ＥＢ１→ＥＡ２→ＥＢ２→ＥＡ１・・・の順序で素子の中心の周りに配置されている。前記内部電極ＥＡ１，ＥＢ２は、−Ｙ方向に延長した引出部１３４，１４０を備えており、電極ＥＢ１，ＥＡ２は、Ｙ方向に延長した引出部１３８，１３６を備えている。なお、前記引出部１３４〜１４０の延長方向は、前記駆動素子１２０を図８及び図９に示す向きに設置した場合である。
【００３３】
次に、圧電体１３２Ｂと１３２Ｃの間には、グランド電極となる内部電極ＥＧが設けられている。該内部電極ＥＧは、前記内部電極ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２と位置が対応するように、４つに分割形成されており、それぞれ電極の引出部１４２を備えている。前記内部電極ＥＡ１，ＥＢ１と重なる内部電極ＥＧについては、前記引出部１４２は、−Ｘ方向に延長しており、内部電極ＥＢ２，ＥＡ２と重なる内部電極ＥＧについては、その引出部１４２はＸ方向に延長している。以降の圧電体１３２Ｃ〜１３２Ｌの間に挟まれる内部電極は、（ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２）→ＥＧ→（ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２）→ＥＧ→・・・の繰り返しであり、これによって積層体１２２が得られる。
【００３４】
前記積層体１２２は、図１０(A-1)，(A-2)，(B-1)，(B-2)に示すように、対向する一対の側面に、内部電極ＥＧの引出部１４２が並んで出ており、そこに外部電極１２８が接続される。本実施例の場合は、４つの外部電極１２８が接続されることになる。また、前記積層体１２２の他の側面には、内部電極ＥＡ１の引出部１３４と、内部電極ＥＢ２の引出部１４０が並んで出ており、それぞれに外部電極１２４，１２７が接続される。前記積層体１２２の更に他の側面には、内部電極ＥＡ２の引出部１３６と、内部電極ＥＢ１の引出部１３８が並んで出ており、それぞれに外部電極１２５，１２６が接続される。前記圧電体１３２Ａ〜１３２Ｌ，内部電極ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２，ＥＧ，外部電極１２４，１２５，１２６，１２７，１２８としては、前記実施例１と同様の材料が用いられる。
【００３５】
前記駆動素子１２０の主面の略中央には、図８(A)〜(C)に示すように、ロッド１３０の一端が適宜手段で接着される。前記駆動素子１２０の外部電極１２４及び１２８の間と、外部電極１２５及び１２８の間には駆動電源６０（インプットＡ）が接続され、外部電極１２６及び１２８の間と、外部電極１２７及び１２８の間には駆動電源６２（インプットＢ）が接続される。そして、内部電極ＥＧに対して、内部電極ＥＡ１及びＥＡ２と、電極ＥＢ１及びＥＢ２に位相の異なる信号を入力すると、素子の厚み変位が異なる４つの領域が、駆動素子１２０の中心を原点として形成される。ここでは、内部電極ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２は、全て同方向に分極されている。また、隣接する分布間は、位置位相が９０°ずれているため、内部電極ＥＡ１及びＥＡ２と、内部電極ＥＢ１及びＥＢ２に時間位相の９０°ずれた信号を入力すると、１つの駆動素子１２０の中の４分割した部分が、ロッド１３０の軸を中心に変位して進行波が立つ。すなわち、図９(C)に示すように、駆動素子１２０は、厚み方向の変位量が異なる４つの領域Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを有することになる。これによって、図８(A)に矢印Ｆ８で示すように、ロッド１３０が傾きながら回転運動する。
【００３６】
本実施例の駆動素子１２０に、以下の表２に示すように駆動信号を入力すると、内部電極ＥＡ１及びＥＡ２が、内部電極ＥＢ１及びＥＢ２に対して位相が９０°進んでいる場合に、ロッド１３０が時計回り（ＣＷ）に回転し、位相差が−９０°の場合に反時計回り（ＣＣＷ）に回転することが確認された。
【表２】
0004610544.tif 000003
【００３７】
次に、本実施例の作用を説明する。上述した構成の駆動素子１２０を、図７に示すように、枠１０２の凸部１０４の開口部１０８にバネ１１４を介して取り付けて、ロッド１３０がシャフト１１６と略直交するように配置し、ロッド１３０とシャフト１１６の側面同士を接触させる。すると、バネ１１４によって押し付けられたロッド１３０とシャフト１１６間に作用する摩擦により、枠１０２は、ロッド１３０がＣＷ（時計回り）で回ると上に（図７(B)の矢印Ｆ１ａ方向に）変位し、ロッド１３０がＣＣＷ（反時計回り）で回ると下に（図７(B)の矢印Ｆ７ｂ方向に）変位する。
【００３８】
本実施例２のように、駆動素子１２０の内部電極を分割形成して、素子の厚み方向の変位が異なる４つの領域を形成するようにしても、前記実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００３９】
次に、図１１〜図１３を参照しながら、本発明の実施例３を説明する。本実施例は、上述した実施例２のように、素子の厚み方向の変位が異なる４つの領域を形成するとともに、内部電極の分割パターンを変形した例である。なお、圧電駆動装置の基本構成は、前記実施例２と同様である。図１１(A)は本実施例の駆動素子１５０及びロッド１３０の正面図，図１１(B)及び(C)は斜視図である。図１２(A)は駆動素子１５０の積層構造を示す分解斜視図，図１２(B)は、前記(A)を＃Ｅ−＃Ｅ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。図１３(A)は、前記駆動素子１５０の斜視図であり、(A-1)及び(A-2)は内部電極の引出部を示す図、(B-1)及び(B-2)は外部電極の配置を示す図である。図１１に示すように、駆動素子１５０の主面の略中央には、ロッド１３０の一端が固定されている。
【００４０】
図１２及び図１３を参照して、駆動素子１５０の詳細な構造を説明すると、該駆動素子１５０は、複数の圧電体１３２Ａ〜１３２Ｌと、複数の内部電極ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２，ＥＧが積層した構造となっている。圧電体１３２Ａは、最上層に配置され、該圧電体１３２Ａとその下層の圧電体１３２Ｂの間には、分割形成された内部電極ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２が設けられている。前記内部電極ＥＡ１とＥＢ１，内部電極ＥＡ２とＥＢ２は、Ｘ軸に対して左右対称となっている。これら内部電極は、ＥＡ１→ＥＢ１→ＥＡ２→ＥＢ２→ＥＡ１・・・の順序で素子の中心の周りに配置されている。また、前記内部電極ＥＡ１，ＥＢ１は、−Ｘ方向に延長した引出部１３４，１３８を備えており、内部電極ＥＡ２は、Ｙ方向に延長した引出部１３６を備えており、電極ＥＢ２は、−Ｙ方向に延長した引出部１４０を備えている。
【００４１】
次に、圧電体１３２Ｂと１３２Ｃの間には、グランド電極となる内部電極ＥＧが設けられている。該内部電極ＥＧは、前記内部電極ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２の全てと重なる大きさであって、上述した実施例２とは異なり分割形成されていない。そして、Ｘ方向に延長した電極の引出部１４２を備えている。以降の圧電体１３２Ｃ〜１３２Ｌの間に挟まれる内部電極は、（ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２）→ＥＧ→（ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２）→ＥＧ→・・・の繰り返しであり、これによって積層体１５２が得られる。
【００４２】
前記積層体１５２は、図１３(A-1)，(A-2)，(B-1)，(B-2)に示すように、１つの側面に内部電極ＥＧの引出部１４２が出ており、そこに外部電極１２８が接続される。同様に、他の側面には、内部電極ＥＡ２の引出部１３６が出ており、そこに外部電極１２５が接続される。更に他の側面には、内部電極ＥＢ１の引出部１３８と内部電極ＥＡ１の引出部１３４が並んで出ており、そこに外部電極１２６及び１２４が接続される。更に他の側面には、内部電極ＥＢ２の引出部１４０が出ており、そこに外部電極１２７が接続される。
【００４３】
前記駆動素子１５０の主面の略中央には、図１１(A)〜(C)に示すように、ロッド１３０の一端が適宜手段で接着される。前記駆動素子１５０の外部電極１２４及び１２５と外部電極１２８は駆動電源６０に接続され、外部電極１２６及び１２７と外部電極１２８は駆動電源６２に接続される。本実施例においては、内部電極ＥＡ１とＥＡ２、内部電極ＥＢ１とＥＢ２の分極方向は逆向きになっている（内部電極ＥＡ１とＥＢ１の分極方向は同じ）。これにより、上述した実施例２と同様に、駆動素子１５０は、前記図９(C)に示すような厚み方向の変位量が異なる４つの領域Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを有することになる。このため、内部電極ＥＡ１及びＥＡ２と、内部電極ＥＢ１及びＥＢ２に時間位相の９０°ずれた信号を入力すると、１つの駆動素子１５０の中の４分割した部分がロッド１３０の軸を中心に変位して進行波が立ち、図１１(A)に矢印Ｆ１１で示すように、ロッド１３０が傾きながら回転運動する。本実施例の基本的作用・効果は、上述した実施例２と同様である。
【実施例４】
【００４４】
次に、図１４〜図１７を参照しながら本発明の実施例４を説明する。本実施例も、前記実施例３と同様に駆動素子の内部電極パターンを変更した例であり、駆動装置１００の基本的構造は前記実施例２と同様である。図１４(A)は、前記駆動素子１６０及びロッド１３０の正面図，図１４(B)及び(C)は斜視図である。図１５(A)は駆動素子１６０の積層構造を示す分解斜視図，図１５(B)は、前記(A)を＃Ｆ−＃Ｆ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。図１６(A)は、前記駆動素子１６０の斜視図であり、(A-1)及び(A-2)は内部電極の引出部を示す図、(B-1)及び(B-2)は外部電極の配置を示す図である。図１４に示すように、駆動素子１６０の主面の略中央には、ロッド１３０の一端が固定されている。
【００４５】
図１５及び図１６を参照して、駆動素子１６０の詳細な構造を説明すると、該駆動素子１６０は、複数の圧電体１３２Ａ〜１３２Ｌと、複数の内部電極ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ１，ＥＢ２，ＥＧが積層した構造となっている。圧電体１３２Ａは、最上層に配置され、該圧電体１３２Ａとその下層の圧電体１３２Ｂの間には、分割形成された内部電極ＥＡ１及びＥＡ２が設けられている。これら内部電極ＥＡ１及びＥＡ２は、Ｘ軸に対して左右反転の形状となっており、内部電極ＥＡ１は電極の引出部１３４を、内部電極ＥＡ２は電極の引出部１３６を備えている。これら引出部１３４，１３６は、ともに、−Ｘ方向に延長している。
【００４６】
次に、圧電体１３２Ｂと１３２Ｃの間には、グランド電極となる内部電極ＥＧが設けられている。該内部電極ＥＧは、Ｘ方向に延長した電極の引出部１４２を備えている。更に、圧電体１３２Ｃと１３２Ｄの間には、分割形成された内部電極ＥＢ１及びＥＢ２が設けられている。該内部電極ＥＢ１及びＥＢ２は、Ｙ軸に対して左右反転の形状となっているとともに、前記内部電極ＥＡ１及びＥＡ２と分割方向が９０°回転している。これら内部電極ＥＢ１及びＥＢ２は、それぞれＹ方向へ延長した電極の引出部１３８及び１４０を備えている。前記圧電体１３２Ｄと１３２Ｅの間には、前記内部電極ＥＧが設けられている。以降の圧電体１３２Ｅ〜１３２Ｌの間に挟まれる内部電極は、ＥＡ１及びＥＡ２→ＥＧ→ＥＢ１及びＥＢ２→ＥＧ→・・・・の繰り返しであり、これによって積層体１６２が得られる。
【００４７】
前記積層体１６２は、図１６(A-1)，(A-2)，(B-1)，(B-2)に示すように、１つの側面に内部電極ＥＧの引出部１４２が出ており、そこに外部電極１２８が接続される。同様に、他の側面には、内部電極ＥＢ１の引出部１３８と内部電極ＥＢ２の引出部１４０が並んで出ており、それらに外部電極１２６，１２７が接続される。更に他の側面には、内部電極ＥＡ１の引出部１３４と内部電極ＥＡ２の引出部１３６が並んで出ており、それらに外部電極１２４，１２５が接続される。
【００４８】
前記駆動素子１６０の主面の略中央には、図１４(A)〜(C)に示すように、ロッド１３０の一端が適宜手段で接着される。前記駆動素子１６０の外部電極１２４及び１２５と外部電極１２８の間には駆動電源６０が接続され、外部電極１２６及び１２７と外部電極１２８の間には駆動電源６２が接続される。本実施例においても、上述した実施例３と同様に、内部電極ＥＡ１とＥＡ２，内部電極ＥＢ１とＥＢ２の分極方向は逆向きになっており（内部電極ＥＡ１とＥＢ１の分極方向は同じ）、駆動素子１６０は、前記図９(C)に示すような厚み方向の変位量が異なる４つの領域Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを有することになる。このため、内部電極ＥＡ１及びＥＡ２と、内部電極ＥＢ１及びＥＢ２に時間位相の９０°ずれた信号を入力すると、１つの駆動素子１６０の中の４分割した部分が、ロッド１３０の軸を中心に変位して進行波が立ち、図１４(A)に矢印Ｆ１４で示すように、ロッド１３０が傾きながら回転運動する。本実施例の基本的作用・効果は、上述した実施例２と同様である。
【００４９】
図１７には、本実施例と比較例について、駆動素子１６０の駆動電圧とレンズ１２の変位速度の関係を示す測定結果が示されている。図１７において、横軸は駆動電圧Ｖｐｐ［Ｖ］，縦軸は、レンズ１２の変位速度［ｍｍ／ｓ］を表わしている。なお、比較例は、前記図１８に示した従来技術の駆動装置と同じ構成である。図１７に示す通り、本実施例４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。
【００５０】
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)前記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適宜変更可能である。
【００５１】
(2)前記実施例で示した内部電極や外部電極の配置や分割数も一例であり、同様の効果を奏するように適宜設計変更可能である。例えば、前記実施例では、２つ又は４つの領域を形成することとしたが、必要に応じて更に多数の分布を形成するような構成としてもよい。
【００５２】
(3)積層型の駆動素子（圧電駆動素子）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。
【００５３】
(4)前記シャフト１６，１８，１１６，１１８も一例であり、円柱状や角柱状としてよい。ロッド４０及び１３０についても同様に、円柱状や角柱状としてよい。また、前記実施例１では、ロッド４０の先端４２を曲面状としたが、平面状にすることを妨げるものではない。更に、枠１４や１０２も一例であり、前記シャフト１６，１８，１１６，１１８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、枠１４や１０２と、レンズ１２を一体化するような構成としてもよい。
【００５４】
(5)前記実施例では、駆動素子３０，１２０，１５０，１６０を、レンズ１２を保持する枠に固定することとしたが、これも一例であり、駆動素子３０，１２０，１５０，１６０を静止部材などに固定し、レンズ１２が取り付けられた鏡筒などを変位させるような構成としてもよい。
【００５５】
(6)前記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】
【００５６】
本発明によれば、圧電駆動素子の主面に一端が固定されたロッドによって被変位体を駆動する際に、１つの圧電駆動素子によって前記ロッドの先端を回転運動させることにより、前記被変位体を駆動し、前記圧電素子は、圧電体と複数の電極が主面に対して垂直の方向である厚さ方向に交互に積層した積層構造を有するとともに、前記電極は、内部電極とグランド電極が厚さ方向に交互に積層され、前記内部電極の各層は、固定された前記ロッドの位置に対して対称な形状の４つの領域に分割されており、前記４つの領域は、隣接する領域間で厚み方向の変位が異なるように変位する積層体と、前記電極は、それぞれ前記積層体の外側に露出した引出部を有しており、該引出部と接続されるとともに、前記積層体の外側に厚さ方向に形成された外部電極と、からなり、前記内部電極の４つの領域に順次信号が入力されると、前記ロッドの固定された一端とは反対側の固定されていない他端の中心が、ロッドを傾けるようにしながら前記主面と平行な面内で回転し、前記ロッドは、固定された一端と固定されない他端との間にわたって形成された側面を有しており、該側面を被変位体を駆動するように対象物に接触することとした。このため、固着力を効率よく抑制ないし切断して、低電圧で安定した速い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駆動装置の用途に好適である。特に、小型化，軽量化，薄型化が要求される超音波モータや、他の装置の用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例１を示す図であり、(A)は光軸方向から見た平面図，(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。
【図２】前記実施例１の駆動素子及びロッドを示す図であり、(A)は正面図，(B)及び(C)は斜視図である。
【図３】前記実施例１の駆動素子を示す図であり、(A)は積層構造を示す分解斜視図，(B)は前記(A)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。
【図４】前記実施例１の駆動素子を示す図であり、(A)は内部電極の配置を示す平面図，(B)は厚み方向の変位分布を示す模式図である。
【図５】前記実施例１の駆動素子の斜視図であり、(A-1)及び(A-2)は内部電極の引出部を示す図，(B-1)及び(B-2)は外部電極の配置を示す図である。
【図６】前記実施例１と比較例の駆動装置によるレンズの変位速度と駆動電圧の関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例２を示す図であり、(A)は光軸方向から見た平面図，(B)は前記(A)を＃Ｃ−＃Ｃ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。
【図８】前記実施例２の駆動素子及びロッドを示す図であり、(A)は正面図，(B)及び(C)は斜視図である。
【図９】前記実施例２の駆動素子を示す図であり、(A)は積層構造を示す分解斜視図，(B)は前記(A)を＃Ｄ−＃Ｄ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図，(C)は厚み方向の変位分布を示す模式図である。
【図１０】前記実施例２の駆動素子の斜視図であり、(A-1)及び(A-2)は内部電極の引出部を示す図，(B-1)及び(B-2)は外部電極の配置を示す図である。
【図１１】本発明の実施例３の駆動素子及びロッドを示す図であり、(A)は正面図，(B)及び(C)は斜視図である。
【図１２】前記実施例３の駆動素子を示す図であり、(A)は積層構造を示す分解斜視図，(B)は前記(A)を＃Ｅ−＃Ｅ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。
【図１３】前記実施例３の駆動素子の斜視図であり、(A-1)及び(A-2)は内部電極の引出部を示す図，(B-1)及び(B-2)は外部電極の配置を示す図である。
【図１４】本発明の実施例４の駆動素子及びロッドを示す図であり、(A)は正面図，(B)及び(C)は斜視図である。
【図１５】前記実施例４の駆動素子を示す図であり、(A)は積層構造を示す分解斜視図，(B)は前記(A)を＃Ｆ−＃Ｆ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。
【図１６】前記実施例４の駆動素子の斜視図であり、(A-1)及び(A-2)は内部電極の引出部を示す図，（Ｂ-1）及び(B-2)は外部電極の配置を示す図である。
【図１７】前記実施例４と比較例の駆動装置によるレンズの変位速度と駆動電圧の関係を示す図である。
【図１８】背景技術の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０：圧電駆動装置（駆動装置）
１２：レンズ
１４：枠
１６，１８：シャフト
１６Ａ：溝
２０，２２：凸部
２４，２５，２６：開口部
２８：バネ
３０：圧電駆動素子（駆動素子）
３２：積層体
３４，３６，３８：外部電極
４０：ロッド
４２：先端
５０Ａ〜５０Ｌ：圧電体
５２，５４，５６：引出部
６０，６２：駆動電源
１００：圧電駆動装置（駆動装置）
１０２：枠
１０４，１０６：凸部
１０８，１１０，１１２：開口部
１１４：バネ
１１６，１１８：シャフト
１２０，１５０，１６０：圧電駆動素子（駆動素子）
１２２，１５２，１６２：積層体
１２４，１２５，１２６，１２７，１２８：外部電極
１３０：ロッド
１３２Ａ〜１３２Ｌ：圧電体
１３４，１３６，１３８，１４０，１４２：引出部
２００：圧電素子
２０２：シャフト
２０４：スライダ
２０６：レンズ
２０８：本体
ＥＡ，ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＢ，ＥＢ１，ＥＢ２，ＥＧ：内部電極
【図１】
0004610544.tif 000004
【図２】
0004610544.tif 000005
【図３】
0004610544.tif 000006
【図４】
0004610544.tif 000007
【図５】
0004610544.tif 000008
【図６】
0004610544.tif 000009
【図７】
0004610544.tif 000010
【図８】
0004610544.tif 000011
【図９】
0004610544.tif 000012
【図１０】
0004610544.tif 000013
【図１１】
0004610544.tif 000014
【図１２】
0004610544.tif 000015
【図１３】
0004610544.tif 000016
【図１４】
0004610544.tif 000017
【図１５】
0004610544.tif 000018
【図１６】
0004610544.tif 000019
【図１７】
0004610544.tif 000020
【図１８】
0004610544.tif 000021