(57)【要約】【課題】振動時にて振動体が発する電圧を好適に検出でき、安定的な駆動制御を実現できる圧電アクチュエータを提供すること。【解決手段】この圧電アクチュエータ１は、補強板２１および圧電素子２２を有すると共に平面視にて略長方形状を有し、複数の共振モードから成る駆動電圧を圧電素子２２に印加されて振動する振動体２と、補強板２１に設置されると共に振動体２の振動により被駆動体Ｒに接触して被駆動体Ｒを駆動する接触部３と、圧電素子２２の表面に設置されると共に圧電素子２２に駆動電圧を導く駆動電極５と、圧電素子２２の表面に設置されると共に振動体２の振動時にて圧電素子２２が発する出力電圧を検出する検出電極６とを含む。検出電極６の重心Ｇ５は、ｘ軸およびｙ軸にかかる象限のうち直線Ｌが通る象限上に位置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強板および圧電素子を有し、平面視にて略長方形状をなし、複数の共振モードで駆動されて振動する振動体と、
前記補強板に設けられ、前記振動体の振動により被駆動体に接触して被駆動体に駆動力を伝達する接触部と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記振動体の振動時にて前記圧電素子に誘起される電圧を検出する検出電極とを備えた圧電アクチュエータであって、
前記振動体の平面視にて、その略長方形状の重心を重心Ｇとし、前記重心Ｇを通りその長方形の長辺に沿う軸をｘ軸とし、前記重心Ｇを通り前記ｘ軸に直交する軸をｙ軸とする座標軸を想定すると共に、前記重心Ｇと前記接触部が前記被駆動体に接触する点とを通る直線を直線Ｌとしたときに、前記検出電極の重心が、前記座標系の象限のうち前記直線Ｌが通る象限上であって、かつ、前記ｘ軸上および前記ｙ軸上を除く位置に位置することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記検出電極の重心と前記直線Ｌとの距離は、前記検出電極の重心と前記ｘ軸または前記ｙ軸との距離よりも短い請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記検出電極の重心は、略前記直線Ｌ上に位置する請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
補強板および圧電素子を有し、平面視にて略長方形状をなし、複数の共振モードで駆動されて振動する振動体と、
前記補強板に設けられ、前記振動体の振動により被駆動体に接触して被駆動体に駆動力を伝達する接触部と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記振動体の振動時にて前記圧電素子に誘起される出力電圧を検出する検出電極とを備えた圧電アクチュエータであって、
前記振動体の平面視にて、その略長方形状の重心を重心Ｇとし、前記重心Ｇを通りその長方形の長辺に沿う軸をｘ軸とし、前記重心Ｇを通り前記ｘ軸に直交する軸をｙ軸とする座標軸を想定すると共に、前記重心Ｇと前記接触部が被駆動体に接触する点とを通る直線を直線Ｌとしたときに、前記検出電極の重心と前記直線Ｌとの距離は、前記検出電極の重心と前記ｘ軸または前記ｙ軸との距離よりも短く、かつ、前記検出電極の重心は、前記ｘ軸上および前記ｙ軸上を除く位置に位置することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項５】
補強板および圧電素子を有し、平面視にて略長方形状をなし、複数の共振モードで駆動されて振動する振動体と、
前記補強板に設けられ、前記振動体の振動により被駆動体に接触して被駆動体に駆動力を伝達する接触部と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記振動体の振動時にて前記圧電素子に誘起される出力電圧を検出する検出電極とを備えた圧電アクチュエータであって、
前記振動体の平面視にて、その略長方形状の重心を重心Ｇとし、前記重心Ｇを通りその長方形の長辺に沿う軸をｘ軸とし、前記重心Ｇを通り前記ｘ軸に直交する軸をｙ軸とする座標軸を想定すると共に、前記重心Ｇと前記接触部が被駆動体に接触する点とを通る直線を直線Ｌとしたときに、前記検出電極の重心が、略前記直線Ｌ上に位置し、かつ、前記ｘ軸上および前記ｙ軸上を除く位置に位置することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記検出電極の重心は、前記座標系の象限のうち、前記振動体の平面視にて前記接触部が、被駆動体に接触する点が属する象限内に配置される請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記振動体と、前記振動体を駆動する駆動回路とを接続する導体が、前記振動体の前記ｙ軸よりも前記接触部側にて前記振動体に接続される請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
補強板および圧電素子を有し、複数の共振モードで駆動されて振動する振動体と、
前記補強板に設けられ、前記振動体の振動により被駆動体に接触して被駆動体に駆動力を伝達する接触部と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記振動体の振動時にて前記圧電素子に誘起される出力電圧を検出する検出電極とを備えた圧電アクチュエータであって、
前記検出電極は、検出された出力電圧と振動体の駆動電圧との位相差のうち駆動周波数ｆｒにかかる位相差ｐｈが、使用される駆動周波数領域の全体において一義的に定まるよう設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記接触部は、前記振動体の短辺の中心からずれた位置に設けられている請求項１ないし８のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記補強板は、金属で構成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
前記被駆動体は、回転可能に設けられた回転部材である請求項１ないし１０のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
前記振動体は、前記圧電素子を積層して成る積層構造を有する請求項１ないし１１のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
前記検出電極は、積層された前記圧電素子のうち最外層の圧電素子上にのみ配置される請求項１２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１４】
積層された前記圧電素子は、内部に導通部を有し、該導通部を介して前記圧電素子が有する所定の電極が相互に導通される請求項１２または１３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１５】
前記被駆動体は、前記接触部よりもヤング率の低い材料で構成されている請求項１ないし１４のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１６】
前記被駆動体は、セラミックス材料で構成されている請求項１ないし１４のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１７】
前記被駆動体の表面には、前記接触部よりも硬度が高い硬化膜が形成される請求項１５または１６に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１８】
前記接触部は、セラミックス材料で構成されている請求項１ないし１７のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電アクチュエータには、特許文献１に記載される技術が知られている。一般に、圧電アクチュエータの振動制御は、振動体の表面に設けられた検出電極にて圧電素子が発する電圧を検出し、この検出結果に基づいて振動体の駆動電圧を調整して行われる。ここで、従来の圧電アクチュエータでは、かかる検出電圧の配置について踏み込んだ研究が為されていない。
【０００３】
図１２は、従来の圧電アクチュエータにおける検出電圧と駆動電圧との周波数特性を示すグラフである。同図に示す周波数ｆｒは、圧電アクチュエータが最も効率的に駆動される駆動周波数である。従来の圧電アクチュエータでは、この駆動周波数ｆｒにかかる位相差ｐｈを記憶して検出電極からの検出電圧に基づき駆動電圧を調整し、振動体がこの駆動周波数ｆｒにて駆動されるように制御していた。
【０００４】
しかしながら、図１２に示すように、従来の圧電アクチュエータでは、検出電圧と駆動電圧との位相差のグラフが単調減少でなく、位相差の戻り（グラフの上下）を有することにより、同一の位相差を有する点が駆動周波数ｆｒの近傍に複数生じている。したがって、従来の圧電アクチュエータでは、駆動回路が位相差ｐｈを誤認して振動体が本来とは異なる駆動周波数にて駆動される場合があった。かかる場合には、圧電アクチュエータを安定的に駆動できないという問題点がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６８９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、振動時にて振動体が発する電圧を好適に検出でき、安定的な駆動制御を実現できる圧電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】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の圧電アクチュエータは、補強板および圧電素子を有し、平面視にて略長方形状をなし、複数の共振モードで駆動されて振動する振動体と、
前記補強板に設けられ、前記振動体の振動により被駆動体に接触して被駆動体に駆動力を伝達する接触部と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記振動体の振動時にて前記圧電素子に誘起される電圧を検出する検出電極とを備えた圧電アクチュエータであって、
前記振動体の平面視にて、その略長方形状の重心を重心Ｇとし、前記重心Ｇを通りその長方形の長辺に沿う軸をｘ軸とし、前記重心Ｇを通り前記ｘ軸に直交する軸をｙ軸とする座標軸を想定すると共に、前記重心Ｇと前記接触部が前記被駆動体に接触する点とを通る直線を直線Ｌとしたときに、前記検出電極の重心が、前記座標系の象限のうち前記直線Ｌが通る象限上であって、かつ、前記ｘ軸上および前記ｙ軸上を除く位置に位置することを特徴とする。
これにより、検出電極により検出される電圧が安定し、圧電アクチュエータを安定的に駆動できる。
【０００８】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記検出電極の重心と前記直線Ｌとの距離は、前記検出電極の重心と前記ｘ軸または前記ｙ軸との距離よりも短いのが好ましい。
これにより、検出電極により検出される電圧がより安定し、圧電アクチュエータを、より安定的に駆動できる。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記検出電極の重心は、略前記直線Ｌ上に位置するのが好ましい。
これにより、検出電極により検出される電圧がさらに安定し、圧電アクチュエータを、さらに安定的に駆動できる。
【０００９】
本発明の圧電アクチュエータは、補強板および圧電素子を有し、平面視にて略長方形状をなし、複数の共振モードで駆動されて振動する振動体と、
前記補強板に設けられ、前記振動体の振動により被駆動体に接触して被駆動体に駆動力を伝達する接触部と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記振動体の振動時にて前記圧電素子に誘起される出力電圧を検出する検出電極とを備えた圧電アクチュエータであって、
前記振動体の平面視にて、その略長方形状の重心を重心Ｇとし、前記重心Ｇを通りその長方形の長辺に沿う軸をｘ軸とし、前記重心Ｇを通り前記ｘ軸に直交する軸をｙ軸とする座標軸を想定すると共に、前記重心Ｇと前記接触部が被駆動体に接触する点とを通る直線を直線Ｌとしたときに、前記検出電極の重心と前記直線Ｌとの距離は、前記検出電極の重心と前記ｘ軸または前記ｙ軸との距離よりも短く、かつ、前記検出電極の重心は、前記ｘ軸上および前記ｙ軸上を除く位置に位置することを特徴とする。
これにより、圧電アクチュエータを、より安定的に駆動できる。
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータは、補強板および圧電素子を有し、平面視にて略長方形状をなし、複数の共振モードで駆動されて振動する振動体と、
前記補強板に設けられ、前記振動体の振動により被駆動体に接触して被駆動体に駆動力を伝達する接触部と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記振動体の振動時にて前記圧電素子に誘起される出力電圧を検出する検出電極とを備えた圧電アクチュエータであって、
前記振動体の平面視にて、その略長方形状の重心を重心Ｇとし、前記重心Ｇを通りその長方形の長辺に沿う軸をｘ軸とし、前記重心Ｇを通り前記ｘ軸に直交する軸をｙ軸とする座標軸を想定すると共に、前記重心Ｇと前記接触部が被駆動体に接触する点とを通る直線を直線Ｌとしたときに、前記検出電極の重心が、略前記直線Ｌ上に位置し、かつ、前記ｘ軸上および前記ｙ軸上を除く位置に位置することを特徴とする。
これにより、圧電アクチュエータを、さらに安定的に駆動できる。
【００１１】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記検出電極の重心は、前記座標系の象限のうち、前記振動体の平面視にて前記接触部が被駆動体に接触する点が属する象限内に配置されるのが好ましい。
これにより、検出電極により検出される電圧が安定し、電圧を確実に検出することができる。
【００１２】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記振動体と、前記振動体を駆動する駆動回路とを接続する導体が、前記振動体の前記ｙ軸よりも前記接触部側にて前記振動体に接続されるのが好ましい。
これにより、信頼性の高い圧電アクチュエータが得られる。
本発明の圧電アクチュエータは、補強板および圧電素子を有し、複数の共振モードで駆動されて振動する振動体と、
前記補強板に設けられ、前記振動体の振動により被駆動体に接触して被駆動体に駆動力を伝達する接触部と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極と、
前記圧電素子の表面に設けられ、前記振動体の振動時にて前記圧電素子に誘起される出力電圧を検出する検出電極とを備えた圧電アクチュエータであって、
前記検出電極は、検出された出力電圧と振動体の駆動電圧との位相差のうち駆動周波数ｆｒにかかる位相差ｐｈが、使用される駆動周波数領域の全体において一義的に定まるよう設けられていることを特徴とする。
これにより、圧電アクチュエータを安定的に駆動できる。
【００１３】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記接触部は、前記振動体の短辺の中心からずれた位置に設けられているのが好ましい。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記補強板は、金属で構成されているのが好ましい。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体は、回転可能に設けられた回転部材であるのが好ましい。
これにより、被駆動体を高い効率で駆動することができる。
【００１４】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記振動体は、前記圧電素子を積層して成る積層構造を有するのが好ましい。
これにより、駆動電極の面積を広く取ることができ、圧電アクチュエータを安定的に駆動できる。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記検出電極は、積層された前記圧電素子のうち最外層の圧電素子上にのみ配置されるのが好ましい。
これにより、圧電アクチュエータを安定的に駆動できる。
【００１５】
本発明の圧電アクチュエータでは、積層された前記圧電素子は、内部に導通部を有し、該導通部を介して前記圧電素子が有する所定の電極が相互に導通されるのが好ましい。
これにより、信頼性の高い圧電アクチュエータが得られる。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体は、前記接触部よりもヤング率の低い材料で構成されているのが好ましい。
これにより、被駆動体の共振振動を抑制することができ、検出電極により検出される電圧がより安定し、電圧をより確実に検出することができる。
【００１６】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体は、セラミックス材料で構成されているのが好ましい。
これにより、被駆動体の共振振動を抑制することができ、検出電極により検出される電圧がより安定し、電圧をより確実に検出することができる。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体の表面には、前記接触部よりも硬度が高い硬化膜が形成されるのが好ましい。
これにより、被駆動体の表面が接触により削られて磨耗することを好適に防止することができる。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記接触部は、セラミックス材料で構成されているのが好ましい。
これにより、被駆動体の共振振動を抑制することができ、検出電極により検出される電圧がより安定し、電圧をより確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の圧電アクチュエータを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、この発明の実施例１にかかる圧電アクチュエータを示す斜視図、図２は、図１に記載した圧電アクチュエータを示す平面図、図３は、図１に記載した圧電アクチュエータを示す側面図、図４は、図１に記載した圧電アクチュエータを示す組立斜視図である。この圧電アクチュエータ１は、振動体２と、接触部３と、腕部４と、駆動電極５と、検出電極６とを含み構成される超音波モータである。この圧電アクチュエータ１では、駆動回路（図示省略）からの印加電圧により振動体２が振動し、接触部３が被駆動体Ｒを叩くことにより被駆動体Ｒが回転して駆動される。また、圧電アクチュエータ１は、検出電極６にて検出された電圧に基づき、その振動体２の振動を制御する。この圧電アクチュエータ１では、検出電極６が振動体２に対して後述する所定の位置に設置されており、これにより、検出電極６により検出される電圧がより安定し、安定した駆動が可能となる。なお、この圧電アクチュエータ１では、被駆動体Ｒがロータその他の回転体であるが、これに限らず、被駆動体Ｒがスライダその他の並進体であっても良い。
【００１８】
振動体２は、厚みを有する略板状（長方形）形状をなしており、補強板２１と、複数の圧電素子２２ａ〜２２ｄとで構成されている。補強板２１の構成材料は、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼、カーボンファイバー、ニッケルパーマロイ等各種のものを用いることができる。
圧電素子２２ａ〜２２ｄは、略長方形の板状形状を有し、厚み方向に電圧が印加されると平面方向に変形して伸縮する圧電特性を有する。また、図４に示すように、圧電素子２２ａ〜２２ｄは、補強板２１の表裏にそれぞれ四層ずつ積層して配置され、接着剤により固着される。なお、これらの圧電素子２２ａ〜２２ｄの構成材料としては、特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、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各種のものを用いることができる。
【００１９】
各圧電素子２２、２２間には、金メッキ層その他のメッキ層２３が形成されており、これらのメッキ層２３によって電圧印加用の電極が形成されている。これらのメッキ層２３では、補強板２１側から見て１枚目および２枚目の圧電素子２２ａ、２２ｂ間のメッキ層２３、並びに、３枚目および４枚目の圧電素子２２ｃ、２２ｄ間のメッキ層２３が導線２５を介して接地されている。また、２枚目および３枚目の圧電素子２２ｂ、２２ｃ間のメッキ層２３が、導線２６を介して駆動回路（図示せず）に接続されている。これにより、圧電素子２２ｂ〜２２ｄには、その厚み方向に駆動電圧を印加するための回路が構成される。
【００２０】
また、補強板２１は、駆動回路に接続されておらず、また、接地もされていない。したがって、圧電素子２２ａ〜２２ｄのうち補強板２１に接する圧電素子２２ａは、電圧が印加されず、駆動されない。この圧電素子２２ａは、上の三層（圧電素子２２ｂ〜２２ｃ）を補強板２１に対して絶縁する絶縁層として機能する。これにより、上の三層のショートが抑止されて振動体２が好適に駆動されるので、電圧の検出が的確に為される利点がある。また、この圧電素子２２ａは、上の三層を補強板２１に対して接着する接着層として機能する。すなわち、メッキ層２３を介して圧電素子２２を補強板２１に接着することが困難なので、１枚の圧電素子２２ａを接着層として挿入するものである。
【００２１】
接触部３は、補強板２１の短辺の端部に補強板２１に対して一体的に形成され、その先端にて被駆動体Ｒに対して当接する。したがって、この圧電アクチュエータ１では、接触部３が補強板２１と同一材料で構成され、また、接触部３の設置強度が高められている。
腕部４は、補強板２１の長辺の中央部から腕状に突出して形成される。補強板２１は、この腕部４にて、ベース（図示せず）に対してネジその他の固定手段４１により固定設置される。このとき、振動体２は、固定手段４１によりベースに対して水平に浮上した状態で支持される。また、被駆動体Ｒに対する接触部３の付勢力は、この固定手段４１の調整（例えば、ネジの締め付け具合の調整）により、任意に調整可能である。
【００２２】
駆動電極５は、振動体２の最表面、すなわち積層された圧電素子２２ａ〜２２ｄのうち最外層に位置する圧電素子２２ｄ、２２ｄの表面に、メッキ加工等により形成される。また、駆動電極５は、振動体２の両面（上面側および下面側の圧電素子２２ｄ、２２ｄ）にそれぞれ形成される。また、駆動電極５は、導線５１を介して駆動回路に接続されている。なお、駆動電極５の配置、ならびに、駆動電極５上における導線５１の接続位置については、後述する。
【００２３】
検出電極６は、駆動電極５と同様に、振動体２の最外層に位置する圧電素子２２ｄ、２２ｄの表面に、メッキ加工等により形成される。また、検出電極６は、振動体２の両面（上面側および下面側の圧電素子２２ｄ、２２ｄ）にそれぞれ設置されて駆動回路に接続される。また、検出電極６は、導線６１を介して駆動回路に接続されている。なお、検出電極６の配置、ならびに、検出電極６上における導線６１の接続位置については、後述する。
【００２４】
この圧電アクチュエータ１では、まず、駆動回路が、駆動電極５を介して圧電素子２２に交流電圧を印加する。具体的には、圧電素子２２には、その縦振動にかかる共振周波数と、その屈曲振動にかかる共振周波数との中間の周波数を有する交流電圧が印加される。  圧電素子２２に交流電圧が印加されると、圧電素子２２は、その圧電特性により伸縮運動して、縦振動と屈曲振動との複合振動を行う。すると、接触部２２が、圧電素子２２の振動により、振動体２の平面視にて略楕円軌道を描くように運動する。これにより、接触部３が被駆動体Ｒを叩いて、被駆動体Ｒが所定方向に回転して駆動される。一方、圧電アクチュエータ１の駆動時には、逆圧電効果により振動体２に電圧が生じる。駆動回路は、この電圧を検出電極６を介して検出すると共に、その検出結果に基づいて振動体２への印加電圧を調整する。これにより、振動体２の振動が、好適に制御される。
【００２５】
図５は、駆動電極および検出電極の配置を示す説明図である。同図に示すように、この圧電アクチュエータ１では、圧電素子２２ｄの表面を複数の領域に分割して考える。まず、振動体２の平面視にて、その重心Ｇを通りその長辺方向に延びる直線をｘ軸とし、その短辺方向に延びる直線をｙ軸とする。これにより、振動体２が、ｘ軸およびｙ軸によって第１象限〜第４象限に区切られる。なお、この圧電アクチュエータ１では、振動体２の重心Ｇが圧電素子２２ｄの重心（中心）と略一致する。次に、被駆動体Ｒと接触部３との接触点Ｑから、重心Ｇに対して引いた直線をＬとする。そして、これらのｘ軸、ｙ軸および直線Ｌに対して、圧電素子２２ｄ上に領域Ｓ１〜Ｓ７をとる。
【００２６】
領域Ｓ１は、振動体２の平面視にて圧電素子２２ｄを長手方向に６等分すると共に幅方向に３等分したときに、これらの部分のうち、接触部３が位置する側の短辺と反対側の短辺の端部に位置する。また、領域Ｓ１は、先のｘ軸およびｙ軸に対して第４象限（図５中、重心Ｇの右下側）に位置する。また、この領域Ｓ１には、直線Ｌが通る。また、この圧電アクチュエータ１では、前述したように、腕部４が振動体２の長辺の中央部を支持するが、領域Ｓ１は、振動体２の平面視にて、この腕部４に対して反対側の長辺の端部に位置する。言い換えると、領域Ｓ１は、この腕部４に対して振動体２（圧電素子２２ｄ）上の最も遠い部分に位置する。また、領域Ｓ１の重心Ｇ１は、ｘ軸およびｙ軸に対して直線Ｌが通る象限（図５中では、第２象限）上にある。また、領域Ｓ１の重心Ｇ１と直線Ｌとの距離は、領域Ｓ１の重心Ｇ１とｘ軸またはｙ軸との距離よりも短い。また、領域Ｓ１の重心Ｇ１は、ほぼ直線Ｌ上に位置する。
【００２７】
領域Ｓ５は、振動体２の平面視にて圧電素子２２ｄを長手方向に６等分すると共に幅方向に３等分したときに、これらの部分のうち、接触部３が位置する短辺の端部から長手方向に略半分ならびに幅方向に略３分の２を占める部分に位置する。また、領域Ｓ５は、振動体２の平面視にて圧電素子２２ｄ上のうち接触部３が位置する側の端部周辺を囲むように位置する。また、この領域Ｓ５には、直線Ｌが通る。また、この領域Ｓ５は、ｘ軸およびｙ軸に対して第２象限（図５中では、重心Ｇの左上側）の略全面を覆う部分に位置する。また、領域Ｓ５の重心Ｇ５は、ｘ軸およびｙ軸に対して直線Ｌが通る象限（図５中では、第４象限）上にある。また、領域Ｓ５の重心Ｇ５と直線Ｌとの距離は、領域Ｓ５の重心Ｇ５とｘ軸またはｙ軸との距離よりも短い。また、領域Ｓ５の重心Ｇ５は、略直線Ｌ上に位置する。
【００２８】
領域Ｓ２および領域Ｓ３は、振動体２の平面視にて圧電素子２２ｄを長手方向に６等分すると共に幅方向に３等分したときに、これらの部分のうち、接触部３が位置する側の短辺と反対側の短辺の中央部分（領域Ｓ２）および端部部分（領域Ｓ３）にそれぞれ位置する。また、領域Ｓ２はｘ軸上に位置し、領域Ｓ３はｘ軸およびｙ軸に対して第１象限（図５中では、重心Ｇの右上側）に位置する。領域Ｓ１〜Ｓ３は、いずれも略合同な形状を有し、圧電素子２２ｄの一方の短辺を３等分して配置される。領域Ｓ４は、領域Ｓ３に隣接すると共に圧電素子２２ｄの長辺に沿って設けられ、ｘ軸およびｙ軸に対して第１象限（図５中では、重心Ｇの右上側）に位置する。領域Ｓ６は、圧電素子２２ｄのうち、ｘ軸およびｙ軸に対して第２象限（図５中では、重心Ｇの左下側）の端部付近に位置する。圧電素子２２ｄは、この領域Ｓ６にて導線２７を介して接地されている（図１〜図３参照）。領域Ｓ７は、圧電素子２２ｄのうち領域Ｓ１〜Ｓ６の部分を除いた部分であり、ｘ軸およびｙ軸に対して第４象限（図５中では、重心Ｇの右下側）に位置する。
【００２９】
ここで、この圧電アクチュエータ１では、駆動電極５が圧電素子２２ｄの領域Ｓ７に配置されるのが好ましい。これにより、縦振動および屈曲振動からなる複合振動が、振動体２に効率的に励起される。
なお、駆動電極５の配置は、これに限らず、例えば、圧電素子２２ｄ上のいずれの領域に配置されても良いし、複数の領域に跨って形成されても良い。
【００３０】
また、駆動電極５の配置位置は、振動体２の振動パターンに関係するため、圧電アクチュエータ１の仕様に基づき当業者自明の範囲内にて適宜選択される。
一方、図２に示すように、検出電極６は、領域Ｓ５の全面を覆って配置される。また、検出電極６の重心（これは、領域Ｓ５の重心でもある）Ｇ５は、ｘ軸およびｙ軸に対して直線Ｌが通る象限（図５中では、第２象限）上にあることが好ましい。これにより、電圧の検出を好適に成し得る利点がある。また、検出電極６の重心Ｇ５と直線Ｌとの距離は、検出電極６の重心Ｇ５とｘ軸またはｙ軸との距離よりも短いことが好ましい。これにより、検出電極により検出される電圧がより安定し、圧電アクチュエータを、より安定的に駆動することができる。
さらに、検出電極６の重心Ｇ５は、ほぼ直線Ｌ上に位置することが好ましい。これにより検出電極により検出される電圧がさらに安定し、圧電アクチュエータを、さらに安定的に駆動することができる。
【００３１】
図６は、検出電圧に対する駆動電圧の周波数特性を示すグラフである。同図では、横軸が駆動電圧の周波数［Ｈｚ］を示し、縦軸が検出電圧に対する駆動電圧のゲイン［ｄＢ］および位相差［ｄｅｇ］を示している。同図に示すように、この圧電アクチュエータ１では、被駆動体Ｒの駆動速度が駆動周波数ｆｒにて最大となる。この駆動周波数ｆｒは、振動体２固有の値であり、縦振動にかかる共振周波数と屈曲振動にかかる共振周波数とに基づいて決定される。駆動回路は、この駆動周波数ｆｒにて振動体２が駆動されるように、圧電素子２２に印加する駆動電圧を制御する。具体的には、駆動回路が、駆動周波数ｆｒにおける検出電圧と駆動電圧との位相差ｐｈを記憶し、振動体２の振動時にて検出された位相差がこの記憶した位相差ｐｈとなるようにロックして、印加すべき駆動電圧をフィードバック制御する。これにより、振動体２が効率的に振動して、被駆動体Ｒの駆動効率が高められる。
【００３２】
ここで、この圧電アクチュエータ１では、検出電極６が上記のように配置されているので、検出される位相差が図６に示すように駆動周波数ｆｒ付近にて単調減少となる。言い換えれば、検出電極６は、検出される位相差が駆動周波数ｆｒ付近にて略単調減少となる位置に配置される。かかる位置では、位相差の戻りが存在しない、すなわち位相差が駆動周波数ｆｒの前後の周波数にて上下しないので、駆動回路が記憶した位相差ｐｈにおける周波数を一義的に特定してロックできる。これにより、駆動回路が位相差ｐｈを誤認することなく、振動体２の駆動電圧を好適に制御できる利点がある。また、かかる駆動制御により、圧電アクチュエータ１が好適な周波数にて駆動駆動されるので、駆動特性のバラツキが減少する利点がある。また、圧電素子２２の歩留まりが向上することにより、製品の低コストが実現できる利点がある。
【００３３】
なお、この圧電アクチュエータ１では、前述したように振動体２が圧電素子２２ａ〜２２ｄを積層して構成される。かかる積層型の振動体２では、単層型の振動体と比較して、駆動電極となるメッキ層２３の面積が広いため、その駆動効率が高い。したがって、振動体２の駆動特性が安定化するので、検出電極６による電圧の検出が好適化される利点がある。しかし、これに限らず、振動体２は、単層型により構成されても良い。
【００３４】
また、この圧電アクチュエータ１では、検出電極６が、振動体２の最上面（最外層に位置する圧電素子２２ｄの表面）にのみ設置され、他の位置、例えば、振動体２の内部などには設置されていない。これにより、振動体２の駆動特性が安定化するので、検出電極６により検出される電圧が安定する。
また、これに限らず、例えば、検出電極６は、振動体２内部に設置されても良い。
【００３５】
また、この圧電アクチュエータ１では、振動体２からの導線（圧電素子２２ｄおよびメッキ層２３を接地する導線２５、２７、並びに、駆動電極５、検出電極６およびメッキ層２３を駆動回路に接続する導線５１、６１、２６）は、振動体２の平面視にて、いずれもｙ軸よりも接触部３側（第２象限および第３象限）にて接続される（図２参照）。ｙ軸よりも接触部３側では、振動体２の振動振幅が他の範囲と比較して小さい。したがって、かかる構成によれば、振動によって導線が断線する事態が効果的に抑制される。また、ｙ軸より接触部３側では振動体２の等価質量が反対側に比べて大きいので、接続された導線５１、６１、２５、２６、２７の質量や、振動体２の振動時に伴うこれらの振動が、振動体２の振動に悪影響を及ぼし難い。これにより、振動体２を安定的に振動させ得るので、検出電極６による電圧の検出の信頼度を高め得る利点がある。
【００３６】
また、この圧電アクチュエータ１では、接地側の導線２５同士、ならびに、駆動回路に接続される導線５１、２６同士が、相互に振動体２の側面に取り付けられた金属板から成る導通板（図示省略）によって接続されている。具体的には、圧電素子２２ｄの領域Ｓ６に接続された導線２７と、メッキ層２３に接続された導線２５とが、振動体２の側面に取り付けられて成る導通板によって相互に接続されて、接地されている（図１参照）。また、駆動電極５に接続された導線５１と、メッキ層２３に接続された導線２６とが、振動体２の側面に取り付けられて成る導通板によって相互に接続される。かかる構成は、接続回路を簡易に構成できる点で好ましい。しかし、これに限らず、かかる導通板その他の導通手段を、振動体２の内部を通過させて構成しても良い。具体的には、積層された圧電素子２２ａ〜２２ｄにスルーホール（図示せず）を設け、（１）このスルーホールの壁面に導通材料を塗布して導線５１、２５、２６、２７を接続する構成や、（２）スルーホール内に導通材料を挿通して導線５１、２５、２６、２７を接続する構成としても良い。これにより、振動体２側面の導通板を省略できるので、振動体２の振動時にて、かかる導通板が振動により剥離する事態を好適に抑制できる。なお、かかるスルーホールは、振動体２の形状や回路構成により当業者自明の範囲内にて適宜設計変更できる。
【００３７】
また、この圧電アクチュエータ１では、被駆動体Ｒは、ステンレス鋼よりもヤング率（弾性係数）の低いりん青銅や真鍮などの材料が好ましい。これにより、駆動時における被駆動体Ｒの共振振動を抑制できるので、検出電極６による電圧の検出の信頼性を高めることができる。
なお、被駆動体Ｒの構成材料は、これに限らず、被駆動体Ｒは、補強板２１（または接触部３）よりも内部減衰率の高い材料により構成されることが好ましい。
【００３８】
図７は、被駆動体がステンレス鋼製の場合における検出電極の出力電圧を示すグラフであり、図８は、被駆動体が真鍮製の場合における検出電極の出力電圧を示すグラフである。これらの図に示すように、被駆動体Ｒがステンレス鋼製の場合よりも真鍮製の場合の方が、出力電圧のうなりが少なく、出力が安定していることが判る。
また、上記構成に代えて、被駆動体Ｒがアルミナやジルコニア等のセラミックス材料により構成されても良い。かかる構成では、セラミックス材料の内にある粒界の摩擦により内部損失が生じるので、被駆動体Ｒが上記したヤング率の低い材料から成る場合と同様の効果を得られる利点がある。また、かかる構成では、被駆動体Ｒの硬度が、ステンレス鋼よりも大きくなるので、その耐磨耗性が高まる。
【００３９】
また、被駆動体Ｒに前述した材料を用いた状態において、さらに、被駆動体Ｒの表面には、硬度が補強板２１よりも大きい硬化膜が形成されても良い。例えば、補強板２１がステンレス鋼製の場合には、被駆動体Ｒの表面にクロムメッキやニッケル−リン無電解メッキなどの硬化膜が形成されることが好ましい。これにより、接触部３との接触により被駆動体Ｒが削られて磨耗する事態を効果的に抑制することができる。
【００４０】
また、この圧電アクチュエータ１では、接触部３が補強板２１に対して同一材料により一体的に形成される。かかる構成では、接触部３の設置強度が高められるので、振動体の駆動特性が安定化して、検出電極６による電圧の検出が好適化される利点がある。しかし、これに限らず、接触部３が補強板２１とは別個独立の材料から成り、補強板２１に対して後付的に設置される構成としても良い。具体的には、被駆動体Ｒの材料を変更した上記構成において、接触部３が補強板２１よりも内部減衰率の高い材料により構成されることが好ましい。具体的には、例えば、接触部３が、ステンレス鋼よりもヤング率の低いりん青銅や真鍮などの材料から成ることが好ましい。これにより、検出電極６による電圧の検出の信頼度を高めることができる。また、接触部３は、例えば、アルミナやジルコニア等のセラミックス材料で構成されることが好ましい。これにより、被駆動体Ｒの振動による悪影響を抑制でき、検出電極６による電圧の検出を好適化できる利点がある。
【００４１】
また、この圧電アクチュエータ１では、検出電極６が圧電素子２２ｄ上の領域Ｓ５に配置される。かかる構成では、振動体２の平面視にて圧電素子２２ｄのうち接触部３側に近く且つ広い範囲から電圧を検出できるので、電圧を的確に検出できる点で好ましい。しかし、これに限らず、検出電極６が領域Ｓ１に配置されても良いし、その他の領域Ｓ２〜Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７に配置されても良い。
【００４２】
また、（１）検出電極６は、圧電素子２２ｄ上であって、検出された出力電圧と振動体２の駆動電圧との位相差のうち駆動周波数ｆｒにかかる位相差ｐｈが、使用される駆動周波数領域の全体において一義的に定まる位置に配置されることが好ましい。すなわち、検出電極６は、駆動回路に記憶された位相差ｐｈが、使用される駆動周波数領域の全体において単一にのみ存在し、同一の位相差が存在しない位置に配置されることが好ましい。これにより、駆動回路が位相差ｐｈにかかる駆動周波数ｆｒを誤認する事態を抑制できるので、好適な駆動電圧にて振動体２を駆動できる利点がある。（２）また、検出電極６は、圧電素子２２ｄ上であって、検出された出力電圧と振動体２の駆動電圧との位相差が駆動周波数ｆｒ近傍にて単調減少となる位置に配置されることが好ましい。これにより、駆動回路による駆動周波数ｆｒの誤認を抑制できる利点がある。（３）また、検出電極６は、圧電素子２２ｄ上のうち、振動時にて歪みが大きく生ずる領域部分に配置されることが好ましい。これにより、検出電極６の設置面積が小さくとも好適に電圧を検出できる利点がある。上記した（１）〜（３）にかかる検出電極６の位置には、例えば、圧電素子２２ｄ上の領域Ｓ１や領域Ｓ５が含まれる。
【００４３】
図９は、検出電極が領域Ｓ１に配置された圧電アクチュエータを示す平面図である。この圧電アクチュエータ１では、検出電極６が、領域Ｓ５ではなく領域Ｓ１に配置される。この検出電極６は、領域Ｓ１の全面を覆って配置され、検出電極６の重心（領域Ｓ１の重心）Ｇ１は、ｘ軸およびｙ軸に対して直線Ｌが通る象限（図５中では、第４象限）上に位置する。これにより、検出電極により検出される電圧が安定する。また、検出電極６の重心Ｇ１と直線Ｌとの距離は、検出電極６の重心Ｇ１とｘ軸またはｙ軸との距離よりも短い。これにより、検出電極により検出される電圧がより安定する。さらに、検出電極６の重心Ｇ１は、ほぼ直線Ｌ上に位置することが好ましい。これにより、検出電極により検出される電圧がさらに安定する。
【００４４】
図１０は、検出電極が領域Ｓ１に配置された場合における検出電圧の波形を示すグラフであり、図１１は、検出電極が領域Ｓ５に配置された場合における検出電圧の波形を示すグラフである。これらの図に示すように、検出電極６が領域Ｓ１に設置された構成（図１０）では、特に駆動電圧が矩形波の場合にて検出電圧の波形にリップルが含まれる。これに対して、検出電極６が領域Ｓ５に設置された構成（図１１）では、出力電圧の波形が滑らかであり、好ましい。
【００４５】
以上、本発明の圧電アクチュエータを、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。
また、本実施形態では、接触部３は、補強板２１の一方の短辺の端部に補強板２１に対して一体的に形成したが、それに限らず、例えば、補強版２１の対角線上の両方の短辺の端部に補強板２１に対して一体的に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施例１にかかる圧電アクチュエータを示す斜視図である。
【図２】図１に記載した圧電アクチュエータを示す平面図である。
【図３】図１に記載した圧電アクチュエータを示す側面図である。
【図４】図１に記載した圧電アクチュエータを示す組立斜視図である。
【図５】駆動電極および検出電極の配置を示す説明図である。
【図６】検出電圧に対する駆動電圧の周波数特性を示すグラフである。
【図７】被駆動体がステンレス鋼製の場合の検出電極の出力電圧のグラフである。
【図８】被駆動体が真鍮製の場合での検出電極の出力電圧を示すグラフである。
【図９】検出電極が領域Ｓ１に配置された圧電アクチュエータの平面図である。
【図１０】検出電極が領域Ｓ１に配置された検出電圧の波形のグラフである。
【図１１】検出電極が領域Ｓ５に配置された場合の検出電圧の波形を示すグラフ。
【図１２】従来の圧電アクチュエータの検出電圧と駆動電圧との周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・圧電アクチュエータ、２・・・振動体、３・・・接触部、４・・・腕部、５・・・駆動電極、６・・・検出電極、２１・・・補強板、２２ａ〜２２ｄ・・・圧電素子、２２・・・接触部、２３・・・メッキ層、２５、２６、２７・・・導線、４１・・・固定手段、５１、６１・・・導線、ｆｒ・・・駆動周波数、Ｇ・・・振動体の重心、Ｇ１・・・検出電極の重心、Ｇ５・・・検出電極の重心、Ｌ・・・直線、ｐｈ・・・位相差、Ｑ・・・接触点、Ｒ・・・被駆動体、Ｓ１〜Ｓ７・・・領域
【図１】
2005151724.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005151724.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005151724.tif 000009
【図８】
2005151724.tif 000010
【図９】
2005151724.tif 000011
【図１０】
2005151724.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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