(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノリシック構造の板状圧電材料の対向する表裏面のそれぞれに、相互に絶縁された状態で配置され、所望の動作をさせるための形状と大きさ・相対位置を持つ多数個の電極と、
前記多数個の電極をそれぞれ独立して直流電源に接続できるスイッチ回路とを備え、
前記スイッチ回路によって前記多数個の電極をそれぞれ独立に前記直流電源の正極または負極に接続する制御、またはいずれにも接続しない制御を行うことにより、正極に接続されている電極と負極に接続されている電極との間に発生する分極時の電界の向きと大きさを可変として任意の分極状態を作り出すとともに、正極になっている電極と負極になっている電極との間に発生する駆動時の電界の向きと大きさを可変にして、前記多数個の電極の配置領域において伸縮動作と曲がり動作と回旋動作との全部または一部を行わせること、
を特徴とする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において、
前記板状圧電材料は、矩形状に形成され、表裏面のほぼ全面または特定領域に前記多数個の電極がアレイ状に配置されていること、
を特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記矩形状の板状圧電材料は、一端側が固定部であり、他端側の表裏面に前記多数個の電極がアレイ状に配置されていること、
を特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記板状圧電材料は、円盤状に形成され、表裏面に前記多数個の電極が同心円状に配置される、
を特徴とする圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自由度の高い空間的な微小変位を伴うことにより、物体の移動や位置決めをしたり、流体の進路を変えたりするのに用いる圧電アクチュエータに係り、特にモノリシック構造の圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
［発明の概要］
本発明は、ユニモルフ構造やバイモルフ構造のいずれをも用いずに、より高精度な曲げ動作をも可能にする構成を持つモノリシック構造の圧電アクチュエータに関し、複雑な動作を行うことができるようにハイブリッド構造のものではなく、部品点数の少ないモノリシック構造の板状圧電材料の対向する面に所望の動作をさせるための形状と大きさ・相対位置を持つ多数個の電極を配置し、これらの電極を独立に直流電源に接続できるスイッチ回路に繋ぎ、分極時や駆動時に発生させる電界の状態を可変することで、伸縮動作と曲がり動作と回旋動作の全部または一部を精度良く行わせ、圧電材料の形状や姿勢を制御する。
【０００３】
【従来の技術】
圧電材料の逆圧電効果を用いた圧電アクチュエータは、それ自体の強度や変位発生効率から大変位量を持つアクチュエータとしては不向きと言われているが、数ｎｍ〜数ｍｍ程度の微小変位量を必要とする目的には応用されている。
【０００４】
逆圧電効果では、例えば電極に対して垂直に伸びる方向で歪みが発生する場合、圧電材料の体積は変わらないので、横方向では縮む現象が発生する。特にこの伸縮による変位を利用したものが多い。すなわち、伸びと縮みをそのまま利用したり、もしくは同様の機能を持たせるための電極を付加した圧電材料を積層化して変位量を増大させている。
【０００５】
積層型は、発生力が大きく、変位量を積層の数で制御できることから色々な分野で応用されている。通常、伸び方向の変位を利用するための設計になっているが、曲げ動作を行うことを可能としたものもある（例えば特開平５−２６１０６１号公報）。特開平５−２６１０６１号公報に記載のアクチュエータは、円盤状のユニモルフ型素子を積層したものである。１層に着目すると、円盤上に多数に分割されたそれぞれ対になる電極を配置し、それぞれの電極対に電圧を印加することで歪みを発生させ、その歪みを積層化によって積算し、曲げ動作を可能としている。
【０００６】
一方、曲げ動作や稔り動作（回旋動作）を目的としたものとしてユニモルフ型やバイモルフ型のアクチュエータが知られている。ユニモルフ型は、一枚の弾性体に、表裏面に対称な電極を持つ一枚の圧電材料を接着等により積層した構造を持つものである。バイモルフ型は、曲げ量を増大させる目的で弾性体を表裏面に対称な電極を持つ２枚の圧電材料で挟むように配置したものである。
【０００７】
特開平５−３１８３７３号公報等では、ユニモルフ型やバイモルフ型のアクチュエータを応用して自由度の高いアクチュエータを提案している。また、特開平１１−２０６１４９号公報では、ユニモルフ型やバイモルフ型のアクチュエータで必要とされる組立や接着等のアセンブル工程を不要とする一体型のアクチュエータが提案されている。この特開平１１−２０６１４９号公報に記載のアクチュエータは、逆圧電効果の縦効果を利用するために櫛形電極を用い、さらに曲げを助長するために通常の逆圧電効果による伸縮を司る基板を塗布や印刷、厚膜・薄膜化技術などで積層化した構造となっている。
【０００８】
大きな発生力や変位量を必要としない用途では、積層を構成する１層だけの発生力や変位量で充分な場合もある。例えば、構造体の中に空間を設けて２本のヒンジを配置し、この２本のヒンジそれぞれの伸縮動作を用いて構造体を横方向（Ｘ軸）へ変位させている例もある。
【０００９】
このとき、一枚の板状またはバルク状の圧電材料により作製したアクチュエータの発生力や変位量で性能的に充分であれば、そのような圧電材料を加工して必要な部分にだけ電極を配置するモノリシック構造にすることは、組立や配線工程を減らし、作製精度の悪化やコストを低減すると言う点で優れたプロセスであると言える。
【００１０】
また、圧電材料を用いたセンサやアクチュエータは、いずれも印加電圧と変位又は歪みの間でヒステリシスを持つことに関し、特開平５−５６６６７号公報では、圧電材料に配置する電極を細分化し、特に変位特性が不安定で変位誤差要因となる低電圧領域での使用をさけ、安定的に微細精度の変位が得られる方法を提案している。この場合には、電極を微細に分割して伸縮方向の変位に対して精度と変位量を両立させている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来は、圧電アクチュエータを用いて曲げ動作や捻り動作（回旋動作）を行うために弾性体を併用したユニモルフやバイモルフ型のアクチュエータが主流である。しかし、これらは圧電材料と弾性体などの複数の材料を用いたハイブリッド構造となっているので、単一の圧電材料のみを用いたモノリシック構造の圧電アクチュエータよりもコストが掛かる。
【００１２】
また、独立して制御できる電極は２つもしくは２つ以上と数が少なく、これらの電極に加える電圧によってのみ変位や曲げ動作角度を制御しているので、複雑な姿勢制御を行うことが難しい。
【００１３】
本発明の目的は、モノリシック構造の板状圧電材料を用いてハイブリッド構造のものよりも高精度な曲げ動作や複雑な姿勢制御が行える圧電アクチュエータを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の圧電アクチュエータは、モノリシック構造の板状圧電材料の対向する表裏面のそれぞれに、相互に絶縁された状態で配置され、所望の動作をさせるための形状と大きさ・相対位置を持つ多数個の電極と、前記多数個の電極をそれぞれ独立して直流電源に接続できるスイッチ回路とを備え、前記スイッチ回路によって前記多数個の電極をそれぞれ独立に前記直流電源の正極または負極に接続する制御、またはいずれにも接続しない制御を行うことにより、正極に接続されている電極と負極に接続されている電極との間に発生する分極時の電界の向きと大きさを可変として任意の分極状態を作り出すとともに、正極になっている電極と負極になっている電極との間に発生する駆動時の電界の向きと大きさを可変にして、前記多数個の電極の配置領域において伸縮動作と曲がり動作と回旋動作との全部または一部を行わせることを特徴としている。
【００１５】
上記本発明の圧電アクチュエータでは、前記板状圧電材料は、矩形状に形成され、表裏面のほぼ全面または特定領域に前記多数個の電極がアレイ状に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
また、上記本発明の圧電アクチュエータでは、前記矩形状の板状圧電材料は、一端側が固定部であり、他端側の表裏面に前記多数個の電極がアレイ状に配置されていることを特徴としている。
【００１７】
さらに、上記本発明の圧電アクチュエータでは、前記板状圧電材料は、円盤状に形成され、表裏面に前記多数個の電極が同心円状に配置されていることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態による圧電アクチュエータの構成図である。図１に示すように、この圧電アクチュエータは、モノリシック構造の圧電板材１の表裏面に、多数の電極２ａ〜２ｉ及び３ａ〜３ｉをアレイ状に対称配置し、それぞれの電極がスイッチ４ａ〜４ｉ及び５ａ〜５ｉの対応するスイッチを介して個別に直流電源６に接続されるようにしたものである。なお、以下の説明では、適宜、電極２ａ〜２ｉは電極群２と称し、電極３ａ〜３ｉは電極群３と称することがある。
【００１９】
これらの電極は、デイップコート・スプレーコート・スピンコート・印刷・スパック・蒸着・メッキ・電気泳動のいずれかもしくは複数の手段によって圧電板材１の表裏面に形成し、フォトリソグラフイ・ダイシング・レーザー加工・研磨・研削・アプレーション・アッシングのいずれか、もしくは複数の手段によって複数個のアレイ状となるように整形したものである。
【００２０】
なお、以下に示す各種の実施例から理解できるように、圧電板材１は、矩形板状や円盤状など目的に応じた形状とすることができる。また、アレイ状の電極の相対位置は、お互いが電気的に接触しなければどのような位置関係でも構わない。動作の目的に応じて任意の配置とすることができる。
【００２１】
以上の構成において、アレイ状の電極は、スイッチ４ａ〜４ｉ及び５ａ〜５ｉを通して、それぞれが独立して直流電源６の正極または負極に接続されるか、またはいずれにも接続されない状態になる。
【００２２】
したがって、これらのスイッチを独立にオンオフすることで、電極の接続状態及び極性を独立に制御し、正極に接続されている電極と負極に接続されている電極との間に発生する分極時の電界の向きと大きさを可変し、任意の分極状態を作り出すことができる。
【００２３】
また、アレイ状電極に接続されるスイッチを独立にオンオフすることで、アレイ状電極の接続状態及び極性を独立に制御し、正極になっている電極と負極になっている電極との間に発生する駆動時の電界の向きと大きさを可変し、その結果モノリシック構造の圧電板材１の内部に生ずる歪みによる伸縮の度合いを調節し、伸縮動作と単一もしくは複数の曲げ動作及び単一もしくは複数の回旋動作を行うことができる。
【００２４】
次に、以上の動作の確認結果を図２〜図７を用いて説明する。図２は、動作確認をするために作製した圧電アクチュエータの具体的な寸法例を示す側面図である。図３は、具体的な外観及び寸法例を示す斜視図である。図２及び図３に示すように、圧電板材１は、長さ１５ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの矩形状に形成した。この圧電板材１の図２中の左端から５．５ｍｍの区間が測定時固定部１ａであり、そこから右端までの９．５ｍｍの区間が電極形成領域１ｂである。この電極形成領域１ｂでは、両端に０．５ｍｍのスペースをとった残りの８．５ｍｍの領域の表面及び裏面に、長さ２ｍｍ、幅８００μｍ、厚さ４００ｎｍのクロム金電極（電極群２及び電極群３）を１ｍｍピッチで対称に作製した。
【００２５】
図４は、圧電板材１内部の電界強度分布形成の説明図である。なお、圧電板材１内の電界強度分布は、実際には、圧電板材１の徹小領域での組成分布、圧電定数、分極強度、分極方向、動作時電界強度分布、動作電界方向、などとの間に複雑な相関を持つため複雑であるが、図４では簡略化して示してある。
【００２６】
図４において、初めに全てのスイッチ４ａ〜４ｉ及び５ａ〜５ｉを閉じて通電状態にし、電極２ａ〜２ｉを直流電源６の正極に接続し、電極３ａ〜３ｉを直流電源６の負極に接続し、電極群２と電極群３との間に直流６００Ｖを３０秒間印加し、マクロ的に１ｋＶ／ｍｍの直流電界を発生させて圧電板材１に分極処理を施した。したがって、圧電板材１内には、表裏面に垂直で、表面から裏面に向かう分極電界（初期分極電界）７が発生すると考えられる。
【００２７】
その後、電極群２と電極群３のそれぞれ選択した電極だけが通電できるようにスイッチを切り替え、選択された電極群２と電極群３との間で、分極時と同方向に２００Ｖ／ｍｍの電界を加えて動作を試みた。このときには、分極時とは異なった電界強度分布状態が発生していると思われる。
【００２８】
例えば、図４に示すように、電極群２ではスイッチ４ａ〜４ｃを閉じて電極２ａ〜２ｃを直流電源６の正極に接続し、電極群３ではスイッチ５ｂを閉じて電極３ｂを直流電源６の負極に接続し、２００Ｖ／ｍｍの電界を加えた。この場合、図４に示すように、３つの電極２ａ〜２ｃから１つの電極３ｂに向かう電界（動作時電界）が発生すると考えられる。
【００２９】
図５は、変位測定の説明図である。図５に示すように、電極が配されていない長さ５ｍｍの測定時固定部１ａをクランプ１０に固定し、逆側の先端部の変位を測定した。電極選択パターンによって、曲げ動作が発生し先端部で上下方向に３．０μｍの変位を確認した。
【００３０】
図６は、姿勢制御動作の説明図である。図５と同様に、電極が配されていない長さ５ｍｍの測定時固定部１ａを固定し、逆側の先端部を平行移動させるための姿勢制御を行った場合、変位としては１．７μｍを確認した。変位の測定には、レーザ顕微鏡及び表面粗さ測定器を改修して用いている。
【００３１】
図７は、回旋動作の説明図である。（ａ）は未動作状態図、（ｂ）は動作状態図である。なお、図７（ｂ）では、電極は図示省略した。図５と同様に、電極が配されていない長さ５ｍｍの部分を固定する（図７（ａ））。電極選択パターンによって、曲げ動作が発生し逆側の先端部に回旋動作を行わせることができた（図７（ｂ））。
【００３２】
《実施例１》
図８は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例１）を示す図である。ＨＤＤやスライダ型光ヘッドを用いたディスク記録再生装置では、姿勢を保ちながらトラッキングやスペース制御（フォーカシング）を高精度に実現するアクチュエータが必要となってくる。
【００３３】
図８では、ディスク装置におけるスライダの姿勢を保ちながら回転中のディスクとのスペース高さ調節を行うアクチュエータとして用いた場合の例が示されている。
【００３４】
図８において、姿勢制御スペーシング制御アクチュエータ２０は、本実施の形態による圧電アクチュエータであり、電極が配置されていない部分が支柱２１に固定され、逆側の電極形成領域がディスク２２上に延在保持されている。この電極形成領域の先端部下面には、スライダ２３が固定されている。
【００３５】
ディスク２２がディスク回転用モータ２４により回転駆動される前の状態、ないしは駆動初期の状態では、スライダ２４は、図８（ａ）に示すように、ディスク２２の上部にスペース２５の間隔を置いてディスク２２の面に並行に支持されている。
【００３６】
この状態で、姿勢制御スペーシング制御アクチュエータ２０に前述した上下方向への変位動作及び姿勢制御動作を行わせることで、スライダ２４は、図８（ｂ）に示すように、ディスク２２の上部にスペース２５の間隔よりも狭い間隔のスペース２６を置いてディスク２２の面に並行に位置させ、それを維持させることができる。
【００３７】
このように、本実施の形態による圧電アクチュエータは、センシングデバイスの移動や位置決めをするアクチュエータとして利用することができる。
【００３８】
《実施例２》
図９は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例２）を示す図である。図９では、放送用デジタルＶＴＲ等で使われている磁気ヘッドの突き出し量も制御できるトラッキングアクチュエータとしての利用例が示されている。
【００３９】
図９（ａ）において、駆動走行される磁気テープ３１に磁気ヘッド３２が摺接し、信号の記録・再生が行われる。この磁気ヘッド３２は、拡大図に示すように、ＶＴＲドラム３０内においてトラッキングアクチュエータ３３の先端部に取り付けられ、ＶＴＲドラム３０の周面から飛び出し磁気テープ３１に摺接できるようになっている。
【００４０】
図９（ｂ）において、ＶＴＲでは、磁気ヘッド３２により正常な磁気情報の記録再生が行われるトラックは、トラック３５のように本来直線であるべきであるが、実際にはトラック３６のように曲がっていることが多い。この曲がりがトラックの幅に対して大きくなると、記録時に直前に書いたトラックに重ね書きしてしまったり、再生時に正しく記録信号が読み取れないなどの好ましくない現象が発生する。
【００４１】
これを防ぐために磁気ヘッド３２の位置が正しいトラック位置となるように制御することをトラッキングといい、記録時または再生時にトラックの曲がり具合をセンシングしてその情報をフィードバックすることにより、磁気ヘッド３２の位置をアクティブに制御する方法をダイナミックトラッキングという。
【００４２】
この位置制御には、従来、バイモルフ型の圧電アクチュエータが用いられることが多く、ダイナミックトラッキング機能付きＶＴＲ（図９（ａ））では、数μｍ程度のトラッキングずれ（図９（ｂ））を補正するように磁気ヘッド３２の位置制御を行っている。
【００４３】
この時、従来では、磁気テープ３１と磁気ヘッド３２の接触角度が通常の状態から大きく変化しないように姿勢制御を行っているが、トラッキングアクチュエータ３３の全長は変わらないため、例えば図９（ｃ）に示すように、姿勢制御の程度によっては、磁気ヘッド３２が磁気テープ３１に接触できる破線で示す状態（イ）と接触できない実線で示す状態（ロ）とが生じ、磁気テープ３１と磁気ヘッド３２との間にスペース３７が発生する。このようなスペース３７は、磁気信号の記録・再生時のＳＮ比の悪化につながると言われている。
【００４４】
そこで、本実施の形態による圧電アクチュエータは、伸縮動作も可能であるので、トラッキングアクチュエータ３３として本実施の形態による圧電アクチュエータを用いれば、図９（ｄ）に示すように、姿勢制御によって磁気ヘッド３２の位置が破線で示す状態（ハ）から実線で示す状態（ニ）に移っても、双方の状態において磁気ヘッド３２を磁気テープ３１に接触させることができる。
【００４５】
つまり、本実施の形態による圧電アクチュエータを用いることにより、トラッキング動作及び姿勢制御動作の他にこのスペースの発生を防ぐため動作（ヘッド突き出し量制御）を行うことができ、磁気テープと磁気ヘッドとの間のスペースの発生によるＳＮ比の劣化を防ぐことができる。
【００４６】
《実施例３》
図１０は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例３）を示す図である。図１０では、ＡＦＭ(Atomic Force Microscopy)など微小領域を観察するために高精度微小位置決めを必要とする装置のマニピュレータに応用できることが示されている。図１０（ａ）は従来のＡＦＭセンシング部の構成図である。図１０（ｂ）は本実施の形態によるカンチレバー兼マニピュレータの構成図である。
【００４７】
図１０（ａ）において、ＡＦＭセンシング部は、マニピュレータ４１に支持されるカンチレバー４２の先端にティップと呼ばれるセンサ部４３が取り付けられている。このＡＦＭセンシング部では、マニピュレータ４１により、カンチレバー４２を精度良くＸ軸方向４４、Ｙ軸方向４５、Ｚ軸方向４６へ移動させることで、特定領域の観察対象４７のセンシングを行うことができる。現在、このマニピュレータ４１は、バイモルフ型やユニモルフ型である。
【００４８】
図１０（ｂ）において、本実施の形態によるカンチレバー５１は、モノリシック構造の圧電板材を矩形板状に形成したものからなり、長手方向のほぼ中間部の表裏面に電極群５２が形成されている。長手方向の一端は固定部５３であり、自由端である他端に上記したセンサ部４３が取り付けられている。
【００４９】
電極群５２に上述したように電圧を印加することにより、カンチレバー５１は、精度良くＸ軸方向５４、Ｙ軸方向５５、Ｚ軸方向５６へ移動させることができるので、特定領域の観察対象４７のセンシングを行うことができる。
【００５０】
このようにカンチレバーとマニピュレータを組み合わせた構造にすることで、部品点数が少なく安価で、簡単にスキャン動作が行えるアクチュエータが実現できる。なお、図示省略したが、本実施の形態の圧電アクチュエータは、上記従来のカンチレバー４２を動作させるマニピュレータ４１としても利用できることは勿論である。
【００５１】
《実施例４》
図１１は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例４）を示す図である。図１１では、本実施の形態による圧電アクチュエータが持つ伸縮動作と曲がり動作を併用することによってリレースイッチが構成できることが示されている。（ａ）は構成図、（ｂ）（ｃ）は動作説明図である。
【００５２】
図１１（ａ）において、矩形状の圧電板材６１の両面に形成される電極６２は、配線６３により図示しないスイッチ回路を介して直流電源に接続されている。すなわち、図１に示した本実施の形態による圧電アクチュエータそのものが直接的に構成されているのであり、図中、下方端が固定部で、図示する電極６２の形成領域が自由端である。
【００５３】
圧電板材６１の自由端の先端には、スイッチ電極６４が取り付けられている。このスイッチ電極６４の左側には、多数のリレー接点６５ａ〜６５（ｃ）が圧電板材６１に沿った上下方向に配置され、右側にも対称に多数のリレー接点６５ａ〜６５（ｃ）が上下方向に配置されている。そして、スイッチ電極６４には、スイッチする対象の信号線６６が接続されている。
【００５４】
この構成により、圧電板材６１の電極６２形成部分が、伸縮動作と曲がり動作を行うことによって、スイッチ電極６４が位置を上下方向と左右方向に変位させて多数のリレー接点（６５ａ〜６５ｆ）と選択的に接触し、信号線６６と導通させることができる。
【００５５】
例えば、図示例では、スイッチ電極６４は、リレー接点６５（ｂ）（ｅ）の配置位置にあるので、図１１（ｂ）に示すように圧電板材６１に伸縮動作を伴わずに右に曲がる動作を行わせるだけで、スイッチ電極６４をリレー接点６５（ｅ）に接触させることができる。同様に、圧電板材６１に伸縮動作を伴わずに左に曲がる動作を行わせるだけで、スイッチ電極６４をリレー接点６５（ｂ）に接触させることができる。
【００５６】
また、図１１（ｃ）に示すように、圧電板材６１に縮み動作と左に曲がる動作を行わせることで、スイッチ電極６４をリレー接点６５（ｃ）に接触させることができる。同様に、圧電板材６１に縮み動作と右に曲がる動作を行わせることで、スイッチ電極６４をリレー接点６５ｆに接触させることができる。
【００５７】
また、図示省略したが、圧電板材６１に伸長動作を行わせ、左に曲がる動作を行わせることで、スイッチ電極６４をリレー接点６５ａに接触させ、右に曲げる動作を行わせることで、スイッチ電極６４をリレー接点６５（ｄ）に接触させることができる。
【００５８】
このように一つの圧電アクチュエータの伸縮動作と曲がる動作により、リレースイッチを構成する多数のリレー接点を選択して個別に働かせることができる。
【００５９】
《実施例５》
図１２は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例５）を示す図である。図１２では、本実施の形態による圧電アクチュエータが持つ曲げ動作を利用することによって流体の流量を調節するマイクロバルブが構成できることが示されている。（ａ）は構成図、（ｂ）は動作説明図である。
【００６０】
図１２（ａ）において、筐体７１の内部には、曲げ動作圧電アクチュエータ７２が配置されている。筐体７１には、右側上部に流体７５を取り込む流体流入口７３が設けられ、左側上部に流体７５を排出する流体排出口７４が設けられている。
【００６１】
次に、動作を説明する。図１２（ｂ）において、流体排出口７４を曲げ動作アクチュエータ７２により封鎖して流体流入口７３から流体７５を取り込む（Ｓ１）。曲げ動作アクチュエータ７２を平らにしていくと、筐体７１の内部が流体７５で満たされる（Ｓ２）。曲げ動作アクチュエータ７２で流体流入口７３を封鎖しつつ曲げ動作を大きくすると、流体排出口７４から流体７５が排出される（Ｓ３）。なお、このマイクロバルブの原理は、インジェクターなどにも応用できる。
【００６２】
《実施例６》
図１３は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例６）を示す図である。図１３では、本実施の形態による圧電アクチュエータの複数個を羽のように波打つ動作を行わせることで、流体クラッチの力伝達効率の調整装置として利用できることが示されている。（ａ）は構成を示す斜視図、（ｂ）は構成を示す側面断面図、（ｃ）（ｄ）は動作説明図である。
【００６３】
図１３（ａ）（ｂ）において、任意の構造体８１の表面には、曲げ動作圧電アクチュエータ８２がアレイ状（図示例では５×２）に埋め込まれて配置されている。各曲げ動作圧電アクチュエータ８２は、矩形状の圧電板材の表裏面のほぼ全面に、電極が形成されているので、一端から他端に向かって順々に曲がり動作を行わせることにより、波状に変位させることができる。
【００６４】
曲げ動作圧電アクチュエータ８２が平らな状態にある場合には、構造体８１の表面を流れる流体は、直線矢印８３の直進するが、図１３（ｃ）（ｄ）に示すように、各曲げ動作圧電アクチュエータ８２が波状に曲がると、構造体８１側の流体に対する抵抗が大きくなり、波線矢印８４のように、流れを波状に変化させることができる。
【００６５】
なお、以上は複数の曲げ動作圧電アクチュエータを用いた場合であるが、１個の曲げ動作圧電アクチュエータによっても同様の動作を行わせることができる。また、この原理は、空気や水などの流体の流速や流量を制御したり、構造体に浮力を与える装置にも利用することができる。
【００６６】
《実施例７》
図１４は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例７）を示す図である。図１４では、電極を同心円状に配置した圧電アクチュエータをアレイ状に構成し、それぞれの圧電アクチュエータの突起の高さを調整することで、点図表示装置やマクロ的なテクスチヤ（つるつる感やざらざら感）可変装置に応用できる表面凹凸可変装置が示されている。（ａ）は構成を示す斜視図、（ｂ）は構成を示す側面図、（ｃ）は動作説明図である。
【００６７】
図１４（ａ）（ｂ）において、基盤９１上にアレイ配置される複数の圧電アクチュエータ（図示例では３×３）９２は、円盤状の圧電板材の表面と裏面に同心円状に多数の電極が配置されている。手で触る上面には、安全のために、基盤９１及び圧電アクチュエータ９２の上から突起を認識させる程度の厚さで絶縁膜９３がコーティングされている。
【００６８】
この電極群に選択的に電圧を加え、矩形板状の圧電アクチュエータで発生させるものと同様に歪みを発生させると、円盤状の圧電アクチュエータ９２の中心部分を押し上げる、もしくは凹ませることができ、図１４（ｃ）に示すように静止状態に比べ微小な突起９４を発生することができる。
【００６９】
この円盤状の圧電アクチュエータ９２を微小な間隔でアレイ状に配置することで、基盤９１表面の見かけ上の表面性が可変でき、マクロ的には摩擦係数が変化することになる。これにより、突起の空間周波数を変え、手で擦ったときなどに感じるつるつる感やざらざら感といった表面感覚の表現を変えることができる。
【００７０】
このように、物質表面の凹凸や粗さといった表面性を人為的に変化させることで、主にテクスチヤを変化させるタイプの触覚ディスプレイ（微小領域の摩擦係数可変装置）として応用することができる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、圧電板材の圧電定数、圧電板材の機械的構造、電極の形状、電極の大きさ、電極の配置位置、分極時の電極選択パターン、分極時の電圧、使用時の電極選択パターン、使用時の電圧を変更することにより、動作時の電界強度分布を変化させ、この電界強度分布の偏在により歪みを制御することができるので、部品点数の少ないモノリシック構造の圧電アクチュエータにより精度良く伸縮動作と曲げ・稔れ動作を実現することができ、各種の多様な用途に利用可能な圧電アクチュエータが提供できる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多電極方式で微細領域に安定した動作ができる電圧を掛ける２値の制御を行うことで、一微細領域の伸縮変位量が決定できるので、より簡単に伸縮量の制御を行うことができ、精度良く曲げ・稔れ動作を行わせることができるモノリシック状の圧電アクチュエータが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による圧電アクチュエータの構成図である。
【図２】動作確認をするために作製した圧電アクチュエータの具体的な寸法例を示す側面図である。
【図３】上記作製した圧電アクチュエータの具体的な外観及び寸法例を示す斜視図である。
【図４】圧電板材内部の電界強度分布形成の説明図である。
【図５】変位測定の説明図である。
【図６】姿勢制御動作の説明図である。
【図７】回旋動作の説明図である。（ａ）は未動作状態図、（ｂ）は動作状態図である。
【図８】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例１）を示す図である。
【図９】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例２）を示す図である。（ａ）はダイナミックトラッキング機能付ＶＴＲの要部を示す図、（ｂ）はトラックずれの説明図、（ｃ）はトラッキングによるスペース発生の説明図、（ｄ）は本実施の形態による圧電アクチュエータを用いた場合のトラッキング動作とスペース発生の防止動作の説明図である。
【図１０】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例３）を示す図である。（ａ）は従来のＡＦＭセンシング部の構成図、（ｂ）本実施の形態によるカンチレバー兼マニピュレータの構成図である。
【図１１】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例４）を示す図である。（ａ）は構成図、（ｂ）（ｃ）は動作説明図である。
【図１２】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例５）を示す図である。（ａ）は構成図、（ｂ）は動作説明図である。
【図１３】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例６）を示す図である。（ａ）は構成を示す斜視図、（ｂ）は構成を示す側面断面図、（ｃ）（ｄ）は動作説明図である。
【図１４】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例（実施例７）を示す図である。（ａ）は構成を示す斜視図、（ｂ）は構成を示す側面図、（ｃ）は動作説明図である。
【符号の説明】
１  圧電板材
１ａ  測定時固定部
１ｂ  電極形成領域
２、３  電極群
２ａ〜２ｉ、３ａ〜３ｉ  電極
４ａ〜４ｉ、５ａ〜５ｉ  スイッチ
６  直流電源
７  分極電界（初期分極電界）
１０  クランプ
２０  姿勢制御スペーシング制御アクチュエータ
２１  支柱
２２  ディスク
２３  スライダ
２４  ディスク回転用モータ
２５、２６  スペース
３０  ＶＴＲドラム
３１  磁気テープ
３２  磁気ヘッド
３３  トラッキングアクチュエータ
３５  曲がりのない正常な記録・再生のトラック
３６  トラッキングずれの原因となる曲がっているトラック
３７  スペース
４１  マニピュレータ
４２  カンチレバー
４３  センサ部（ティップ）
４４  Ｘ軸動作方向
４５  Ｙ軸動作方向
４６  Ｚ軸動作方向
４７  観察対象
５１  カンチレバー
５２  電極群
５３  固定部
５４  Ｘ軸動作方向
５５  Ｙ軸動作方向
５６  Ｚ軸動作方向
６１  圧電板材
６２  電極
６３  配線
６４  スイッチ電極
６５ａ〜６５ｆ  リレースイッチを構成するリレー接点
６６  スイッチする対象の信号線
７１  筐体
７２  曲げ動作圧電アクチュエータ
７３  流体流入口
７４  流体排出口
７５  流体
８１  任意の構造体
８２  曲げ動作圧電アクチュエータ
８３  変更前の流体の流れ
８４  変更された流体の流れ
９１  基盤
９２  円盤状の圧電アクチュエータ
９３  表面コーティング
９４  微小突起
【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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