(57)【要約】      （修正有）【課題】高さ方向の長さが小さく、従って、小型化された圧電アクチュエータを提供。【解決手段】上面及び同上面と平行な下面を有する平板状圧電素子２０と、上面及び同上面と平行な下面を有するシート３０と、移動体５０と、を備える。平板状圧電素子２０は、平板状圧電素子の上面がシート３０の上面と平行となるようにシート３０に対して形成されている。シート３０は、シートの上面及び下面のうちの一方の面上に移動体駆動部４０を有している。移動体５０は、シート３０と移動体駆動部４０にて接触する接触部５１を有している。そして、平板状圧電素子３０の前記上面と平行な方向の伸縮変形により移動体駆動部４０をシート３０の上面と平行な方向に移動させるとともに、移動体駆動部４０と接触部５１との間に生じる摩擦力によって移動体５０を移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面及び同上面と平行な下面を有する平板状圧電素子と、
上面及び同上面と平行な下面を有するシートと、
移動体と、
を備える圧電アクチュエータにおいて、
前記平板状圧電素子は、前記平板状圧電素子の前記上面が前記シートの前記上面と平行となるように前記シートに対して形成されており、
前記シートは、前記シートの前記上面及び前記下面のうちの一方の面上に移動体駆動部を有し、
前記移動体は、前記シートと前記移動体駆動部にて接触する接触部を有し、
前記平板状圧電素子の前記上面と平行な方向の伸縮変形により前記移動体駆動部を前記シートの前記上面と平行な方向に移動させるとともに前記移動体駆動部と前記接触部との間に生じる摩擦力によって前記移動体を移動させるように構成された圧電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータであって、
前記シートの前記移動体駆動部が形成された面と反対側の面上であって前記移動体駆動部と対向する部分に前記移動体駆動部に向う力を付与するバネ要素を備えた圧電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の圧電アクチュエータであって、
前記平板状圧電素子は、前記平板状圧電素子の前記上面に直交する方向から見た場合に長手方向と同長手方向と直交する幅方向を有する帯状であり、
更に、前記圧電アクチュエータは、
前記平板状圧電素子を少なくとも二つ有し、
前記少なくとも二つの平板状圧電素子は、
前記シートの前記上面に直交する方向から見た場合に前記二つの平板状圧電素子のそれぞれの前記長手方向と平行な中心線が同一直線上にあり、且つ、
前記移動体駆動部を挟んで対向するように配置されている圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記平板状圧電素子は、前記平板状圧電素子の前記上面に直交する方向から見た場合に長手方向と同長手方向と直交する幅方向を有する帯状であり、
更に、前記圧電アクチュエータは、
前記平板状圧電素子を少なくとも二つ有し、
前記少なくとも二つの平板状圧電素子は、
前記シートの前記上面に直交する方向から見た場合に前記二つの平板状圧電素子のそれぞれの前記長手方向と平行な中心線が前記移動体駆動部において交差するように配置されている圧電アクチュエータ。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記少なくとも二つの平板状圧電素子は、前記シートの前記上面に直交する方向から見た場合に、前記移動体駆動部と前記接触部との接触点に対して回転対称位置となるように配置されている圧電アクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電アクチュエータであって、
前記平板状圧電素子を四つ有し、
前記四つの平板状圧電素子は、前記シートの前記上面に直交する方向から見た場合に十字状に配置されている圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電アクチュエータにおいて
前記平板状圧電素子は、前記シートの前記上面及び前記下面のうちの一方の面上に固定されている圧電アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電アクチュエータにおいて
前記シートは圧電体シートであり、
前記平板状圧電素子は、前記圧電体シートを一対の電極により挟持した部分である圧電アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の圧電アクチュエータを複数個備え、前記複数個の圧電アクチュエータを格子状に配置してなる圧電アクチュエータアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板状圧電素子とシートと移動体とを備える圧電アクチュエータ、及び、その圧電アクチュエータを格子状に配列してなる圧電アクチュエータアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電アクチュエータの一つ（以下、「第１従来装置」とも称呼する。）は円筒型圧電素子を備えている。その円筒型圧電素子の内壁の全面は電極で覆われている。その円筒型圧電素子の外壁には、上下に分割された電極が形成されている。下部の電極は円筒型圧電素子の下部を一周している。上部の電極は、円周方向において分割されている。第１従来装置は、下部の電極と内壁の電極とを用いて円筒型圧電素子を円筒の中心軸方向（高さ方向）において伸縮させると同時に、上部の電極と内壁の電極とを用いて円筒型圧電素子を屈曲変形させる。第１従来装置は、この円筒型圧電素子の変形により移動体（テーブル）を移動させるようになっている（例えば、特許文献１の実施例１を参照。）。
【０００３】
しかしながら、第１従来装置においては、円筒型圧電素子の外壁に設けられる電極を上下に二分割しなければならないこと、及び、屈曲変形を大きくする必要があること等に起因して、円筒型圧電素子の高さが高くなる。その結果、圧電アクチュエータが大型化するという問題がある。
【０００４】
従来の圧電アクチュエータの他の一つ（以下、「第２従来装置」とも称呼する。）は複数の圧電素子を備えている。その複数の圧電素子のそれぞれは、Ｘ軸方向にせん断変形する圧電素子、Ｙ軸方向にせん断変形する圧電素子、及び、Ｚ軸方向に伸縮変形する圧電素子、をＺ軸方向に積み重ねた素子である。第２従来装置は、この複数の圧電素子の変形により移動体を移動させるようになっている（例えば、特許文献１の実施例２を参照。）。
【０００５】
しかしながら、第２従来装置においては、各圧電素子が「３つの圧電素子を積み重ねた素子」であるので、各圧電素子の高さが高くなる。その結果、圧電アクチュエータが大型化するという問題がある。
【０００６】
従来の圧電アクチュエータの更に別の一つ（以下、「第３従来装置」とも称呼する。）は、四角柱形状の積層圧電素子を備えている。第３従来装置は、その積層圧電素子に適切な屈曲変形又はせん断変形を発生させることによって、移動体（球状体）を回転させるようになっている（特許文献２を参照。）。
【０００７】
しかしながら、第３従来装置において移動体を迅速に移動させるためには、屈曲変形及びせん断変形を大きくする必要があるので、圧電素子の高さを高くする必要がある。その結果、圧電アクチュエータが大型化するという問題がある。
【０００８】
従来の圧電アクチュエータの更に別の一つ（以下、「第４従来装置」とも称呼する。）は、Ｘ軸方向にせん断変形する圧電素子と、Ｙ軸方向にせん断変形する圧電素子と、を重ね合わせ、それらの圧電素子の変形を用いて移動体（旋回式ミラー）を移動させるようになっている（特許文献３を参照。）。
【０００９】
しかしながら、第４従来装置においては、一つの圧電素子が「Ｘ軸方向にせん断変形する圧電素子と、Ｙ軸方向にせん断変形する圧電素子と、を重ね合わせた素子」であるので、一つの圧電素子の高さが高くなる。その結果、圧電アクチュエータが大型化するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１４０９４６号公報
【特許文献２】特開２００６−２３８６４４号公報
【特許文献３】特開２００９−４７７５号公報
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的の一つは、高さ方向の長さが小さく、従って、小型化された圧電アクチュエータを提供することにある。
【００１２】
本発明の圧電アクチュエータ（以下、「本圧電アクチュエータ」とも称呼する。）は、
上面及び同上面と平行な下面を有する平板状圧電素子と、上面及び同上面と平行な下面を有するシートと、移動体と、を備える。
【００１３】
前記平板状圧電素子は、前記シートと別体であって前記シートの前記上面及び前記下面のうちの一方の面上に固定されてもよい。或いは、前記シートが圧電シート（圧電体からなるシート）である場合、前記平板状圧電素子は、その圧電シートの所定場所（平板状圧電素子が形成されるべき領域）に同圧電シートを挟むように形成された一対の電極と、その一対の電極により挟まれた圧電シートの部分と、から構成され得る。
【００１４】
これらの何れの場合であっても、前記平板状圧電素子は、前記平板状圧電素子の前記上面が前記シートの前記上面と平行となるように前記シートに対して形成される。
【００１５】
更に、前記シートは前記シートの前記上面及び前記下面のうちの一方の面上に移動体駆動部を有し、前記移動体は前記シートと前記移動体駆動部にて接触する接触部を有している。加えて、本圧電アクチュエータは、「前記平板状圧電素子の前記上面と平行な方向の伸縮変形」により「前記移動体駆動部を前記シートの前記上面と平行な方向に移動させる」とともに、前記移動体駆動部と前記接触部との間に生じる摩擦力によって前記移動体を移動させるように構成されている。
【００１６】
これによれば、平板状圧電素子をその上面と平行な方向に伸縮変形させることにより、移動体駆動部がシートの上面と平行な方向に移動させられる。そして、その移動体駆動部と接触している「移動体の接触部」が移動させられる。従って、圧電素子の高さ（厚さ）を大きくすることなく、移動体駆動部を適切な距離だけ移動させることができる。この結果、高さ方向の長さが小さく、それ故に小型化された圧電アクチュエータが提供され得る。
【００１７】
本圧電アクチュエータの一態様は、前記シートの前記移動体駆動部が形成された面と反対側の面上であって前記移動体駆動部と対向する部分に「前記移動体駆動部に向う力を付与するバネ要素」を備える。これによれば、シートの移動体駆動部が移動体の接触部に向けて押圧されるので、シートの移動体駆動部と移動体の接触部との間に適切な大きさの摩擦力（静止摩擦力等）を発生させることができる。従って、より確実に移動体を移動させることができる。
【００１８】
更に、前記平板状圧電素子は、前記平板状圧電素子の前記上面に直交する方向から見た場合に長手方向と同長手方向と直交する幅方向（短手方向）を有する帯状（例えば、長方形状、楕円形状、及び長円形状等）であることが望ましい。
【００１９】
更に、本圧電アクチュエータが、そのような平板状圧電素子を少なくとも二つ有している場合、
その少なくとも二つの平板状圧電素子は、
前記シートの前記上面に直交する方向から見た場合に前記二つの平板状圧電素子のそれぞれの前記長手方向と平行な中心線が同一直線上にあり、且つ、
前記移動体駆動部を挟んで対向するように配置され得る。
【００２０】
これによれば、一つの平板状圧電素子を長手方向に沿って伸びるように変形させ、同時に、他の一つの平板状圧電素子を長手方向に沿って縮むように変形させることにより、移動体駆動部に適切な大きさの力を加えて移動体駆動部を適切に変位させることができる。
【００２１】
更に、前記少なくとも二つの平板状圧電素子は、前記シートの前記上面に直交する方向から見た場合に前記二つの平板状圧電素子のそれぞれの前記長手方向と平行な中心線が前記移動体駆動部において交差するように配置され得る。これによれば、移動体駆動部を二次元的に（即ち、Ｘ軸方向及びＸ軸と直交するＹ軸方向の両方向に）移動させることができる。
【００２２】
この場合、更に、前記少なくとも二つの平板状圧電素子は、前記シートの前記上面に直交する方向から見た場合に、前記移動体駆動部と前記接触部との接触点に対して回転対称位置となるように配置されることができる。加えて、本圧電アクチュエータが前記平板状圧電素子を四つ有する場合には、その四つの平板状圧電素子は前記シートの前記上面に直交する方向から見た場合に十字状に配置されることができる。
【００２３】
なお、本圧電アクチュエータは縦方向及び横方向に略一定の間隔を隔てて隣接するように配列されてなるアクチュエータアレイとして使用することもできる。
【００２４】
本発明装置の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータの概略断面図である。
【図２】図１に示した移動体保持部材及び移動体の平面図である。
【図３】図１に示したシートの平面図である。
【図４】図１に示したシート、平板状圧電素子、及び、摩擦部材の平面図である。
【図５】図１に示したシート及び平板状圧電素子の概略断面図である。
【図６】図１に示した移動体保持部材及び移動体の概略斜視図である。
【図７】図１に示した第２支持部材の平面図である。
【図８】図１に示した平板状圧電素子に対して分極処理を施すための回路の図である。
【図９】図１に示した圧電アクチュエータを駆動するための回路の図である。
【図１０】図１に示した圧電アクチュエータに印加される駆動電圧、及び、摩擦部材の変位、を示したタイムチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータの概略断面図である。
【図１２】図１１に示した圧電シート、上部電極及び摩擦部材の平面図である。
【図１３】図１に示した圧電アクチュエータをアレイ化する際に使用される移動体保持部材及び移動体の平面図である。
【図１４】図１に示した圧電アクチュエータをアレイ化する際に使用されるシート、平板状圧電素子、及び、摩擦部材の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ本発明の各実施形態に係る圧電アクチュエータについて説明する。各実施形態に係る圧電アクチュエータは、例えば、リソグラフィ装置、位置決めステージ、カメラレンズ移動装置等に適用されるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
＜第１実施形態＞
図１乃至図７に示したように、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータ１０は、４つの平板状圧電素子２０（図４を参照。）を備える。更に、圧電アクチュエータ１０は、シート３０、摩擦部材４０、移動体５０、第１支持部を兼ねる移動体保持部材６０、第２支持部７０、ミラー８０、バネ要素９０、及び、基部１００を備える。
【００２８】
圧電アクチュエータ１０は、図１３及び図１４からも理解されるように、複数の圧電アクチュエータ１０が「縦方向及び横方向に略一定の間隔を隔てて隣接するように配列されてなる（即ち、格子状、マトリクス状に配置されてなる）」アクチュエータアレイとして作成され得る。以下、一つの圧電アクチュエータ１０について説明する。
【００２９】
４つの平板状圧電素子２０のそれぞれは板体である。即ち、平板状圧電素子２０は平板形状を有している。従って、平板状圧電素子２０の上面及び下面は何れも平面（平坦面）であり且つ互いに平行である。更に、平板状圧電素子２０が圧電アクチュエータ１０に取り付けられた状態において、平板状圧電素子２０の上面及び下面はＸ−Ｙ平面と平行である。平板状圧電素子２０の上面及び下面は平板状圧電素子２０の主面とも称呼される。
【００３０】
平板状圧電素子２０は、平板状圧電素子２０の上面に直交する方向（Ｚ軸方向、以下、「素子主面直交方向」とも称呼する。）から平板状圧電素子２０を見た場合、図４に示したように、長辺及び短辺を有する長方形状を有している。即ち、平板状圧電素子２０の平面視の形状（素子主面直交方向から平板状圧電素子２０を見た形状）は、長手方向（長辺）と、その長手方向と直交する幅方向（短手方向、短辺）を有する帯状である。
【００３１】
図５に模式的に示したように、平板状圧電素子２０は、圧電層（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなる層）２１、上部電極（上部電極層）２２、及び、下部電極（下部電極層）２３、を備えている。上部電極２２は圧電層２１の上部に形成されている。下部電極２３は圧電層２１の下部に形成されている。即ち、上部電極２２及び下部電極２３は圧電層２１を挟んで互いに対向するように形成されている。この結果、上部電極２２の上面が平板状圧電素子２０の上面２０ａとなり、下部電極２３の下面が平板状圧電素子２０の下面２０ｂとなる。圧電層２１は厚さ方向に分極処理がなされている。その分極の向きは、素子の主面に直交する方向であって、下部電極２３から上部電極２２に向う向き（Ｚ軸正方向）である（図５における圧電層２１内の矢印を参照。）。なお、図５において、摩擦部材４０は省略されている。
【００３２】
シート（連結シート）３０は、
銅、ステンレス、ニッケル及びコバール等の金属材料や、アルミナ、ジルコニア及びＰＺＴ等のセラミック材料からなる薄板シート；
シリコン等の単結晶ウェハ（シート）；
ポリエステル及びポリイミド等の樹脂材料からなるフィルム(シート）；並びに、
これらの種類のうちの互いに異なる材質からなる複数のシートを重ねて一体化した複合シート；
である。従って、シート３０の上面及び下面は何れも平面（平坦面）であり且つ互いに平行である。
【００３３】
シート３０が圧電アクチュエータ１０に組み込まれた状態において、シート３０の上面及び下面はＸ−Ｙ平面と平行である。シート３０の上面及び下面はシート３０の主面とも称呼される。シート３０の上面に直交する方向（Ｚ軸方向、以下、「シート主面直交方向」とも称呼する。）からシート３０を見た場合のシート３０の形状（シート３０の平面視の形状）は、図３に示したように、Ｘ軸に平行な辺及びＹ軸に平行な辺を有する正方形である。従って、シート３０は、平面視において、Ｙ軸方向の中心線であってＸ軸と平行な中心線ＣＬ１（第１中心線ＣＬ１）と、Ｘ軸方向の中心線であってＹ軸と平行な中心線ＣＬ２（第２中心線ＣＬ２）と、を有する。第１中心線ＣＬ１と第２中心線ＣＬ２との交点は、シート３０の中心と称呼される。
【００３４】
シート３０には、４つの穴（貫通穴）３１〜３４が形成されている。これらの穴３１〜３４により、平面視で「シート３０の中に形成され、中心がシート３０の中心と一致し、更に、二つの辺がＸ軸に平行であり、他の二つの辺がＹ軸に平行である第１の仮想正八角形ＶＨ１」の外側の領域が残される。更に、これらの穴３１〜３４により、「シート３０の中に形成され、中心がシート３０の中心と一致し、更に、二つの辺がＸ軸に平行であり、他の二つの辺がＹ軸に平行であり、第１の仮想正八角形ＶＨ１よりも小さい第２の仮想正八角形ＶＨ２」の内側の領域が残される。加えて、これらの穴３１〜３４により、「第１の仮想正八角形ＶＨ１の外側の領域と第２の仮想正八角形ＶＨ２の内側の領域とを連結する４つの帯状部Ｂ１〜Ｂ４」が残される。４つの帯状部Ｂ１〜Ｂ４のそれぞれの幅は、平板状圧電素子２０の幅よりも僅かに大きい。
【００３５】
帯状部Ｂ１は、第１中心線ＣＬ１よりもＹ軸正方向側に配置され、その長手方向に平行な中心線は第２中心線ＣＬ２と一致している。
帯状部Ｂ２は、第２中心線ＣＬ２よりもＸ軸負方向側に配置され、その長手方向に平行な中心線は第１中心線ＣＬ１と一致している。
帯状部Ｂ３は、第１中心線ＣＬ１よりもＹ軸負方向側に配置され、その長手方向に平行な中心線は第２中心線ＣＬ２と一致している。
帯状部Ｂ４は、第２中心線ＣＬ２よりもＸ軸正方向側に配置され、その長手方向に平行な中心線は第１中心線ＣＬ１と一致している。
【００３６】
４つの平板状圧電素子２０それぞれは、図４に示したように、シート３０の上面であって、４つの帯状部Ｂ１〜Ｂ４のそれぞれに配置・固定される。これにより、平板状圧電素子２０の上面及び下面はシート３０の上面及び下面とそれぞれ平行となる。即ち、平板状圧電素子２０は、平板状圧電素子２０の主面（上面）がシート３０の主面（上面）と平行になるように、シート３０の主面（上面）に形成される。
【００３７】
なお、帯状部Ｂ２の上部に形成された平板状圧電素子２０は、便宜上、Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）と称呼される。
帯状部Ｂ４の上部に形成された平板状圧電素子２０は、便宜上、Ｘ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）と称呼される。
帯状部Ｂ３の上部に形成された平板状圧電素子２０は、便宜上、Ｙ軸第１圧電素子２０（Ｙ１）と称呼される。
帯状部Ｂ１の上部に形成された平板状圧電素子２０は、便宜上、Ｙ軸第２圧電素子２０（Ｙ２）と称呼される。
【００３８】
摩擦部材４０は、例えば、アルミナ及びジルコニア等の耐摩耗性の高いセラミック材料、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド及びポリテトラフルオロエチレン等の摺動性の良いプラスチック材料、カーボン繊維及び無機質ウィスカ等を含んだ複合樹脂材料、ステンレス、ニッケル及び銅等の金属材料等からなる。摩擦部材４０は、図１及び図４に示したように、平板状である。即ち、摩擦部材４０の上面及び下面は何れも平面（平坦面）であり且つ互いに平行である。摩擦部材４０が圧電アクチュエータ１０に取り付けられた状態において、摩擦部材４０の上面に直交する方向（Ｚ軸方向、以下、「摩擦部材主面直交方向」とも称呼する。）から摩擦部材４０を見た場合、図４に示したように、摩擦部材４０は「前述した第２の仮想正八角形ＶＨ２」よりも小さい平板である。摩擦部材４０の平面形状（摩擦部材主面直交方向から摩擦部材４０を見た場合の形状）は、特に限定されず、円形であってもよく、四角形、六角形及び八角形等の多角形であってもよい。摩擦部材４０は、シート３０の上面であって、第２の仮想正八角形ＶＨ２の内側の領域に、その中心がシート３０の中心と一致するように配置・固定される。摩擦部材４０は、後述するように、移動体５０（接触部５１）と接触し移動体５０を移動させる。従って、シート３０の摩擦部材４０が配置されている部分は移動体駆動部とも称呼される。
【００３９】
摩擦部材４０は、移動体５０の接触部５１との摩擦力を適切な大きさにすることにより移動体５０を移動させるための部材である。従って、シート３０に摩擦部材４０を設けない場合であっても、シート３０と接触部５１との間に適切な摩擦力が生じるのであれば、摩擦部材４０は必要ない。その場合であっても、摩擦部材４０が配置される領域に対応する領域は移動体駆動部と称呼される。
【００４０】
Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）は、その長手方向に平行な中心線（幅方向の中心線）が第１中心線ＣＬ１と一致するように、第２中心線ＣＬ２よりもＸ軸負側に配置される。
Ｘ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）は、その長手方向に平行な中心線（幅方向の中心線）が第１中心線ＣＬ１と一致するように、第２中心線ＣＬ２よりもＸ軸正側に配置される。
【００４１】
この結果、二つの平板状圧電素子２０（Ｘ１、Ｘ２）は、その二つの平板状圧電素子の長手方向と平行な中心線が一つの直線（第１中心線ＣＬ１）上に存在し、且つ、移動体駆動部としての摩擦部材４０を挟んで対向するように、シート３０の上面に配置されている。
【００４２】
Ｙ軸第１圧電素子２０（Ｙ１）は、その長手方向に平行な中心線（幅方向の中心線）が第２中心線ＣＬ２と一致するように、第１中心線ＣＬ１よりもＹ軸負側に配置される。
Ｙ軸第２圧電素子２０（Ｙ２）は、その長手方向に平行な中心線（幅方向の中心線）が第２中心線ＣＬ２と一致するように、第１中心線ＣＬ１よりもＹ軸正側に配置される。
【００４３】
この結果、二つの平板状圧電素子２０（Ｙ１、Ｙ２）は、その二つの平板状圧電素子の長手方向と平行な中心線が一つの直線（第２中心線ＣＬ２）上に存在し、且つ、移動体駆動部としての摩擦部材４０を挟んで対向するように、シート３０の上面に配置されている。
更に、四つの平板状圧電素子２０は、十字状に配置されていると言うこともできる。
【００４４】
移動体５０は、図１及び図２に示したように、上面が平坦であり、下面が球状であり、上面に直交する方向から移動体５０を見た場合（即ち、平面視において）円形状を有している。移動体５０は、銅、ステンレス、ニッケル及びコバール等の金属材料、アルミナ及びジルコニア等のセラミックス材料、ガラス、並びに、シリコン等の材料からなり、後述する移動体保持部材６０と一体的に構成してもよい。移動体５０の下面は接触部５１を構成している。接触部５１は摩擦部材４０の上面と接触する。
【００４５】
移動体保持部材６０は、銅、ステンレス、ニッケル及びコバール等の金属材料、アルミナ及びジルコニア等のセラミックス材料、ガラス、並びに、シリコン等の材料からなる板体である。移動体保持部材６０の上面は平面（平坦面）である。移動体保持部材６０が圧電アクチュエータ１０に組み込まれた状態において、移動体保持部材６０の上面はＸ−Ｙ平面と平行である。移動体保持部材６０の上面に直交する方向（Ｚ軸方向、以下、「保持部主面直交方向」とも称呼する。）から移動体保持部材６０を見た場合の移動体保持部材６０の形状（移動体保持部材６０の平面視の形状）は、図２に示したように、Ｘ軸に平行な辺及びＹ軸に平行な辺を有する正方形である。従って、移動体保持部材６０は、平面視において、Ｙ軸方向の中心線であってＸ軸と平行な中心線ＤＬ１（第１中心線ＤＬ１）と、Ｘ軸方向の中心線であってＹ軸と平行な中心線ＤＬ２（第２中心線ＤＬ２）と、を有する。第１中心線ＤＬ１と第２中心線ＤＬ２との交点は、移動体保持部材６０の中心と称呼される。
【００４６】
移動体保持部材６０の厚さは、図２に破線により示した正八角形ＳＨ１の外側領域において大きく、正八角形ＳＨ１の内側領域において小さい。この正八角形ＳＨ１は第１の仮想正八角形ＶＨ１と同一の形状を有している。即ち、移動体保持部材６０は、その外周部に厚肉部を有している。この厚肉部は第１支持部とも称呼される。このように、第１支持部は、移動体保持部材６０と一体的に構成することができる。但し、第１支持部は、移動体保持部材６０とは別部材として構成され、その第１支持部材と移動体保持部材６０とが接着又は接合されてもよい。第１支持部の下面は、平坦面であり、移動体保持部材６０が圧電アクチュエータ１０に組み込まれた状態においてＸ−Ｙ平面と平行である。
【００４７】
移動体保持部材６０はジンバル構造を有する。より具体的に述べると、移動体保持部材６０は、平面視において八角形形ＳＨ１の内側に円形の穴６１を備えている。円形の穴６１の中心は移動体保持部材６０の中心と一致している。更に、移動体保持部材６０は、リング部（所定幅を有する円環部）６２を備えている。リング部６２の中心は移動体保持部材６０の中心と一致している。リング部６２の外径は円形の穴６１の径よりも小さい。リング部６１の内径は移動体５０の外径よりも大きい。
【００４８】
移動体保持部材６０は、第１のヒンジ部（梁部）６３ａ、第２のヒンジ部（梁部）６３ｂ、第３のヒンジ部（梁部）６３ｃ及び第４のヒンジ部（梁部）６３ｄを備えている。
【００４９】
第１のヒンジ部６３ａは、Ｘ軸方向に長手方向を有する帯状であって、第２中心線ＤＬ２よりもＸ軸正側の位置にて「リング部６２」と「移動体保持部材６０の円形の穴６１の外側部」とを連結している。第１のヒンジ部６３ａの長手方向に平行な中心線は移動体保持部材６０の第１中心線ＤＬ１と一致している。
【００５０】
第２のヒンジ部６３ｂは、Ｘ軸方向に長手方向を有する帯状であって、第２中心線ＤＬ２よりもＸ軸負側の位置にて「リング部６２」と「移動体保持部材６０の円形の穴６１の外側部」とを連結している。第２のヒンジ部６３ｂの長手方向に平行な中心線は移動体保持部材６０の第１中心線ＤＬ１と一致している。
【００５１】
第３のヒンジ部６３ｃは、Ｙ軸方向に長手方向を有する帯状であって、第１中心線ＤＬ１よりもＹ軸正側の位置にて移動体５０とリング部６２とを連結している。第３のヒンジ部６３ｃの長手方向に平行な中心線は移動体保持部材６０の第２中心線ＤＬ２と一致している。
【００５２】
第４のヒンジ部６３ｄは、Ｙ軸方向に長手方向を有する帯状であって、第１中心線ＤＬ１よりもＹ軸負側の位置にて移動体５０とリング部６２とを連結している。第４のヒンジ部６３ｄの長手方向に平行な中心線は移動体保持部材６０の第２中心線ＤＬ２と一致している。
【００５３】
この結果、移動体５０は、移動体保持部材６０に、実質的に二つの軸の周りに回転可能となるように保持されている。即ち、図６に示したように、移動体５０がＸ軸周りに回動しようとする力を受けたとき、第１のヒンジ部６３ａ及び第２のヒンジ部６３ｂがＸ軸周りに捩じれる。この結果、移動体５０はＸ軸周りに回転することができる。同様に、移動体５０がＹ軸周りに回動しようとする力を受けたとき、第３のヒンジ部６３ｃ及び第４のヒンジ部６３ｄがＹ軸周りに捩じれる。この結果、移動体５０はＹ軸周りに回転することができる。
【００５４】
第２支持部７０は、図７に示したように、銅、ステンレス、ニッケル及びコバール等の金属材料、アルミナ、ジルコニア及びＰＺＴ等のセラミックス材料、ガラス、シリコン等の材料、並びに、ポリエステル、ポリイミド及びエポキシ等の樹脂材料からなる板体である。従って、第２支持部７０の上面及び下面は何れも平面（平坦面）であり且つ互いに平行である。第２支持部７０が圧電アクチュエータ１０に組み込まれた状態において、第２支持部７０の上面及び下面はＸ−Ｙ平面と平行である。第２支持部７０の上面及び下面は第２支持部７０の主面とも称呼される。第２支持部７０の上面に直交する方向（Ｚ軸方向、以下、「第２支持部主面直交方向」とも称呼する。）から第２支持部７０を見た場合の第２支持部７０の形状（第２支持部７０の平面視の形状）は、図７に示したように、Ｘ軸に平行な辺及びＹ軸に平行な辺を有する正方形である。従って、第２支持部７０は、平面視において、Ｙ軸方向の中心線であってＸ軸と平行な中心線ＥＬ１（第１中心線ＥＬ１）と、Ｘ軸方向の中心線であってＹ軸と平行な中心線ＥＬ２（第２中心線ＥＬ２）と、を有する。第１中心線ＥＬ１と第２中心線ＥＬ２との交点は、第２支持部７０の中心と称呼される。第２支持部７０には貫通穴７１が設けられている。この貫通穴７１の平面視における形状は「正八角形ＳＨ１及び第１の仮想正八角形ＶＨ１」と同一の正八角形ＫＨ１である。
【００５５】
図１に示したように、シート３０は、移動体保持部材６０の厚肉部（第１支持部）と、第２支持部７０と、に挟持される（且つ、接合される）ことによって支持されている。より具体的に述べると、シート３０は、Ｚ軸方向から圧電アクチュエータ１０を見た場合、正八角形ＳＨ１、第１の仮想正八角形ＶＨ１及び正八角形ＫＨ１が一致するように、第１支持部と第２支持部７０とに挟持される。シート３０が第１支持部と第２支持部７０との間に挟持されたとき、移動体５０（接触部５１）は摩擦部材４０の上面に押し付けられるようになっている。
【００５６】
バネ要素（押圧手段）９０は、図１に示したように、基部１００と第２支持部７０との間に挟持されている。バネ要素９０は、ステンレス、りん青銅及びベリリウム銅合金等の材料からなる「弾性を有する板体」であって、その一部に湾曲部９１を備える。湾曲部９１は、シート３０を挟んで摩擦部材４０と対向する位置（シート３０の中心を含む領域）に当接している。これにより、バネ要素９０は、シート３０の中心部付近にＺ軸正方向に向かう力を付与する。
【００５７】
移動体５０の上部には円柱状の支柱部８１が固定されている。支柱部８１の上部にはミラー８０が固定されている。従って、移動体５０が回動させられることによって、ミラー８０の角度が変更される。支柱部８１は、シリコン、ステンレス、ニッケル及び銅などの材料からなる。
【００５８】
図８は、このように構成された圧電アクチュエータ１０において、Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）及びＸ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）の分極処理を行う場合の回路の例を示している。本例においては、図５に示したように、下部電極２３がＸ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）及びＸ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）の両方に共通であるので、その下部電極２３を直流電源ＤＣの陽極に接続する。更に、Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）及びＸ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）のそれぞれの上部電極２２を直流電源ＤＣの陰極に接続する。これにより、下部電極２３から上部電極２２に向う電界がそれぞれの圧電層２１に加わり、分極処理がなされる。Ｙ軸第１圧電素子２０（Ｙ１）及びＹ軸第２圧電素子２０（Ｙ２）も同様に分極処理を施すことができる。
【００５９】
図９は、圧電アクチュエータ１０の駆動回路の例を示している。この駆動回路はスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４と、駆動電源ＶＳと、を備える。この駆動回路において、スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ４が同時に閉じられたとき、スイッチング素子Ｓ２及びスイッチング素子Ｓ３は同時に開かれる。このとき、駆動電源ＶＳの陽極（＋）に正の電位が発生していると、Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）においては上部電極２２の電位が下部電極２３の電位よりも高くなり、Ｘ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）においては上部電極２２の電位が下部電極２３の電位よりも低くなる。このため、Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）のＸ軸方向長さは長くなり、Ｘ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）のＸ軸方向長さは短くなる。よって、摩擦部材４０はＸ軸正方向に変位する（図１０の実線を参照。）。
【００６０】
ところで、図１０に示したように、駆動電源ＶＳが発生する駆動電圧は、各周期において、最初は徐々に増大し（時刻ｔ０−ｔ１、ｔ２−ｔ３、ｔ４−ｔ５を参照。）、次いで、急激に減少する（時刻ｔ１−ｔ２、ｔ３−ｔ４、ｔ５−ｔ６を参照。）。
【００６１】
例えば、時刻ｔ０から時刻ｔ１において駆動電圧が徐々に増大しているとき、Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）はＸ軸方向において緩慢に伸張し、Ｘ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）はＸ軸方向において緩慢に縮小する。その結果、摩擦部材４０はＸ軸正方向に緩慢に移動する。従って、摩擦部材４０と接触部５１（移動体５０）とは実質的に相対移動せず、それらの間には「静止摩擦力又はそれに近い大きな動摩擦力」（第１の摩擦力）が作用する。よって、接触部５１は摩擦部材４０とともに移動するから、移動体はＹ軸周りに第１の回転方向に回動する。
【００６２】
次いで、時刻ｔ１以降において駆動電圧が急激に減少すると、Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）はＸ軸方向において急激に縮小し、Ｘ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）はＸ軸方向において急激に伸張する。その結果、摩擦部材４０はＸ軸負方向に急激に移動する。従って、接触部５１（移動体５０）は摩擦部材４０の上面を滑り、それらの間には小さな動摩擦力（前記第１の摩擦力よりも小さい第２の摩擦力）が作用する。よって、接触部５１は駆動電圧が急激に減少し始めた時点（時刻ｔ１）の位置に留まる。以降、このような動作が繰り返されることにより、移動体５０はＹ軸の回りに第１の回転方向に所望の角度だけ回転させられる。
【００６３】
一方、スイッチング素子Ｓ２及びスイッチング素子Ｓ３が同時に閉じられたとき、スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ４は同時に開かれる。このとき、駆動電源ＶＳの陽極（＋）に正の電位が発生していると、Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）においては上部電極２２の電位が下部電極２３の電位よりも低くなり、Ｘ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）においては上部電極２２の電位が下部電極２３の電位よりも高くなる。このため、Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）のＸ軸方向長さは短くなり、Ｘ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）のＸ軸方向長さは長くなる。よって、摩擦部材４０はＸ軸負方向に変位する（図１０の破線を参照。）。そして、前述した駆動電圧により、摩擦部材４０の変位は図１０の破線に示したように変化する。その結果、移動体５０はＹ軸の周りに「第１の回転方向とは反対の第２の回転方向」に所望の角度だけ回転させられる。
【００６４】
なお、駆動電圧の大きさを最初急激に増大させ次いで徐々に減少させると、駆動電圧の大きさを最初徐々に増大させ次いで急激に減少させた上述した場合の移動体５０の回転方向と逆の方向に移動体５０を回転させることもできる。
【００６５】
なお、移動体５０をＸ軸の周りに回動させたい場合、図９のＸ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）及びＸ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）をＹ軸第１圧電素子２０（Ｙ１）及びＹ軸第２圧電素子２０（Ｙ２）にそれぞれ置換した回路を構成しておき、Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）及びＸ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）への駆動電圧の印加期間と重ならない期間において、同様の駆動電圧をＹ軸第１圧電素子２０（Ｙ１）及びＹ軸第２圧電素子２０（Ｙ２）に印加すればよい。従って、下部電極２３は、総て（４つ）の平板状圧電素子２０（Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２）に共通の電極層であってもよい。
【００６６】
＜第２実施形態＞
次に、図１１及び図１２を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータ１１０について説明する。先に説明した第１実施形態に係る圧電アクチュエータ１０において、平板状圧電素子２０はシート３０と別体であり、平板状圧電素子２０はシート３０に固定されていた。これに対し、第２実施形態に係る圧電アクチュエータ１１０は、シート３０に代わるシートを「圧電体からなるシート（以下、「圧電シート」と称呼する。）１２０」に置換する。従って、圧電シート１２０はシート３０と同一の形状を有する。
【００６７】
更に、図１２に示したように、「圧電アクチュエータ１０の平板状圧電素子２０が形成される場所に対応する圧電シート１２０の部分（領域）」に「上部電極（上部電極層）１２１及び下部電極（下部電極層）１２２」を形成する。これにより、圧電シート１２０の所定の領域に、上部電極１２１と下部電極１２２とにより挟まれた部分が作成され、その部分が平板状圧電素子として機能する。この場合、図１１から理解されるように、平板状圧電素子の上面は上部電極１２１の上面であるので、平板状圧電素子の上面と圧電シート１２０の上面とは平行となる。また、平板状圧電素子の下面は下部電極１２２の下面であるので、平板状圧電素子の下面と圧電シート１２０の上面及び下面とは平行となる。なお、圧電シート１２０の中央部の上面には、シート３０と同様、摩擦部材４０が配設される。
【００６８】
そして、圧電アクチュエータ１１０は、「上部電極１２１と下部電極１２２との間に第１実施形態と同様の駆動電圧を印加し、上部電極１２１と下部電極１２２とに挟まれている圧電シート１２０の部分を伸縮させ、それにより、摩擦部材４０の位置を変化させる。
【００６９】
この圧電アクチュエータ１１０によれば、シートと平板状圧電素子とを一体化できるので、部品点数を低減できるとともに、製造工程を簡素化できる。よって、より安価な圧電アクチュエータを提供することが可能である。
【００７０】
以上、説明したように、本発明による圧電アクチュエータの各実施形態は、平板状圧電素子の主面（上面）と平行な方向の伸縮変形を利用して移動体を移動させるので、圧電素子の高さを高くする必要がなく、よって、より小型な圧電アクチュエータを提供することができる。
【００７１】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において以下に述べるような種々の変形例を採用することができる。
【００７２】
・移動体５０は回転する移動体であったが、Ｘ−Ｙ平面内において平行移動する移動体であってもよい。或いは、移動体はＸ軸方向にのみ移動させられる移動体であってもよい。
・下部電極２３、１２２は、複数の圧電素子に共通の電極層であったが、それぞれの圧電素子に固有の下部電極を形成してもよい。その場合、下部電極は上部電極に対向する位置に形成される。
【００７３】
・平板状圧電素子は、一つ以上であればよい。
例えば、圧電アクチュエータ１０は、図４に示した４つの平板状圧電素子のうちＸ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）のみを備えていてもよい。
例えば、圧電アクチュエータ１０は、図４に示した４つの平板状圧電素子のうち「Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）及びＸ軸第２圧電素子２０（Ｘ２）」のみを備えていてもよい。
例えば、圧電アクチュエータ１０は、図４に示した４つの平板状圧電素子のうち「Ｘ軸第１圧電素子２０（Ｘ１）及びＹ軸第１圧電素子２０（Ｙ１）」のみを備えていてもよい。
【００７４】
平板状圧電素子２０と摩擦部材４０とは、シート３０の異なる面上に作成されてもよい。即ち、摩擦部材４０がシート３０の上面に作成され、且つ、平板状圧電素子２０がシート３０の下面側に固定されてもよい。反対に、平板状圧電素子２０がシート３０の上面に作成され、且つ、摩擦部材４０がシート３０の下面側に固定されてもよい。
【００７５】
更に、バネ要素９０は、他の形状を有する弾性体（例えば、コイルスプリング）から構成されていてもよい。バネ要素９０がなくても摩擦部材４０と接触部５１との間に適切な摩擦力を発生することができる場合、バネ要素９０を省略することができる。
【００７６】
このように、本発明に係る圧電アクチュエータの態様においては、
平板状圧電素子（２０）は、平板状圧電素子の上面がシート（３０）の上面と平行となるようにシート（３０）に対して形成されており、
シート（３０）は、シートの上面及び下面のうちの一方の面上に移動体駆動部（４０）を有し、
移動体（５０）は、シート（３０）と移動体駆動部（４０）にて接触する接触部（５１）を有している。
【００７７】
更に、本発明に係る圧電アクチュエータの態様は、平板状圧電素子（２０）の上面と平行な方向の伸縮変形により移動体駆動部（４０）をシート（３０）の上面と平行な方向に移動させるとともに、移動体駆動部（４０）と接触部（５１）との間に生じる摩擦力によって移動体（５０）を移動させるように構成されている。
【００７８】
更に、圧電アクチュエータの態様は、シート（３０）の移動体駆動部（４０）が形成された面と反対側の面上であって移動体駆動部（４０）と対向する部分に「移動体駆動部（４０）に向う力を付与するバネ要素（９０）」を備える。
【００７９】
更に、少なくとも二つの平板状圧電素子（２０）は、
シート（３０）の上面に直交する方向から見た場合に二つの平板状圧電素子（２０）のそれぞれの長手方向と平行な中心線が移動体駆動部（４０）において交差するように配置されている。
【００８０】
加えて、前記少なくとも二つの平板状圧電素子（２０）は、シート（３０）の上面に直交する方向から見た場合（即ち、平板状圧電素子（２０）及びシート（３０）の平面視において）、移動体駆動部（４０）と接触部（５１）との接触点で、各々の中心軸が交差するように配置されている。更に、平板状圧電素子（２０）及びシート（３０）の平面視において、少なくとも二つの平板状圧電素子（２０）が移動体駆動部（４０）と接触部（５１）との接触点に関して回転対称位置となるように配置されていると言うこともできる。
【符号の説明】
【００８１】
１０…圧電アクチュエータ、２０…平板状圧電素子、２１…圧電層、２２…上部電極、２３…下部電極、３０…シート、４０…摩擦部材、５０…移動体、５１…接触部、６０…移動体保持部材、６３ａ…ヒンジ部、６３ｂ…ヒンジ部、６３ｃ…ヒンジ部、６３ｄ…ヒンジ部、７０…第２支持部、８０…ミラー、９０…バネ要素。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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