(57)【要約】【課題】直進駆動及び回転駆動を同時に行うことができる圧電アクチュエータを提供することにある。【解決手段】ステータ１１の軸方向の貫通孔１２には直進往復動自在かつ回転自在にシャフト１３が装着される。ステータ１１の各外周面には圧電セラミックス１４，２３が軸方向に相互にずらして設けられている。各圧電セラミックス１４には軸方向に電気的に分離された２つの電極１５，１６が形成されており、一方、回転方向に相互にずらして設けられた圧電セラミックス２３には電極２４〜２７が形成されている。これらの電極１５，１６および電極２４〜２７に相互に位相の異なる交流電圧を同時に印加することで、貫通孔１２の内周面に軸方向の楕円運動と回転方向の楕円運動とが同時に形成され、シャフト１３が直進駆動すると同時に回転駆動する。【選択図】図１
2009219281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトをその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動する圧電アクチュエータであって、
前記シャフトの外周面に摩擦係合する内周面を有する貫通孔が形成され、前記シャフトが直線往復動自在かつ回転自在に装着されるステータと、
前記ステータの外周面に設けられる第１の圧電素子と、
前記シャフトの軸方向に電気的に分離され、前記第１の圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための少なくとも２つの電極と、
前記シャフトの回転方向に相互にずらして前記ステータの外周面にそれぞれ設けられる少なくとも２つの第２の圧電素子と、
前記第２の各圧電素子に設けられ、前記第２の各圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための電極とを有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
シャフトをその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動する圧電アクチュエータであって、
前記シャフトの外周面に摩擦係合する内周面を有する貫通孔が形成され、前記シャフトが直線往復動自在かつ回転自在に装着されるステータと、
前記ステータの外周面に前記シャフトの軸方向に設けられる少なくとも２つの第１の圧電素子と、
前記第１の各圧電素子に設けられ、前記第１の各圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための電極と、
前記シャフトの回転方向に相互にずらして前記ステータの外周面にそれぞれ設けられる少なくとも２つの第２の圧電素子と、
前記第２の各圧電素子に設けられ、前記第２の各圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための電極とを有す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１または２記載の圧電アクチュエータにおいて、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とを相互に前記シャフトの軸方向にずらして前記ステータに設け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または２記載の圧電アクチュエータにおいて、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とを相互に前記シャフトの回転方向にずらして前記ステータに設けることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記第１の圧電素子を前記シャフトを中心として相互に対向させて前記ステータに設けるとともに、前記第２の圧電素子を前記シャフトを中心として相互に対向させて前記ステータに設けることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記第２の各圧電素子に設けられた電極は、前記シャフトの軸方向に分離され、この分離された一対の電極には、同位相の交流電圧が印加されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項７】
シャフトをその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動する圧電アクチュエータであって、
前記シャフトの外周面に摩擦係合する内周面を有する貫通孔が形成され、前記シャフトが直線往復動自在かつ回転自在に装着されるステータと、
前記ステータの外周面に設けられる圧電素子と、
前記シャフトの軸方向に電気的に分離され、前記圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための少なくとも２つの電極と、
前記シャフトの外周面または前記ステータの内周面のいずれか一方に形成され、螺旋状部を有するカム溝と、
前記シャフトの外周面または前記ステータの内周面の他方に設けられ、前記カム溝に係合するカム突起とを有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項８】
シャフトをその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動する圧電アクチュエータであって、
前記シャフトの外周面に摩擦係合する内周面を有する貫通孔が形成され、前記シャフトが直線往復動自在かつ回転自在に装着されるステータと、
前記ステータの外周面に前記シャフトの軸方向に設けられる少なくとも２つの圧電素子と、
前記各圧電素子に設けられ、前記各圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための電極と、
前記シャフトの外周面または前記ステータの内周面のいずれか一方に形成され、螺旋状部を有するカム溝と、
前記シャフトの外周面または前記ステータの内周面の他方に設けられ、前記カム溝に係合するカム突起とを有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記シャフトと前記ステータの少なくとも一方に形成され、前記シャフトの外周面と前記ステータの内周面との摩擦接触圧を設定する設定部を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９記載の圧電アクチュエータにおいて、前記設定部は前記シャフトに中心方向に切り込まれて軸方向に延びるスリットであり、前記シャフトの弾性変形により前記摩擦接触圧を設定することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項９記載の圧電アクチュエータにおいて、前記設定部は前記ステータに中心方向に切り込まれて軸方向に延びるスリットであり、前記ステータの弾性変形により前記摩擦接触圧を設定することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記シャフトと前記ステータのいずれか一方に耐摩耗性材料からなるスライダを設けることを特徴とする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、シャフトを直進駆動すると同時に回転駆動する圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
被駆動部材を回転駆動するために回転型の超音波モータが使用され、被駆動部材を直進駆動するためにリニア型の超音波モータが使用されている。これらのアクチュエータは、振動体の弾性振動を摩擦力により被駆動部材の運動に変換して被駆動部材を駆動するようにしている。振動体は金属等の弾性体とこれに貼り合わされる圧電素子とにより形成されており、超音波モータは圧電アクチュエータとも言われる。
【０００３】
回転型の圧電アクチュエータとしては、外周部に振動体が設けられた円板形状の固定子と、振動体に接触するロータが設けられた回転軸とを有する超音波モータが特許文献１に記載されている。リニア型の圧電アクチュエータとしては、複数の突起が設けられた直線帯状弾性体を圧電振動子により振動させ、突起に配置された移動体を直進駆動するようにしたリニアモータが特許文献２に記載されている。
【０００４】
超音波モータには、交流電圧を圧電素子に印加してその弾性振動により被駆動部材を駆動する定在波方式と、所定の位相差を持った交流電圧を一対の圧電素子に印加してその弾性振動で発生した進行波により被駆動部材を駆動する進行波方式とがある。進行波方式の超音波モータでは、被駆動部材の表面の楕円運動により摩擦駆動されて被駆動部材は進行波の進行方向とは逆向きに駆動される。
【特許文献１】特開平２−１５９９８４号公報
【特許文献２】特開２００１−２１１６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
進行波方式の超音波モータは、進行波の進行に伴う振動体の表面の楕円運動により移動体を摩擦駆動しており、この摩擦力を効率良く移動体に作用させるために回転型の圧電アクチュエータにおいては特許文献１に記載されるように皿ばね等のばね部材を回転軸とロータとの間に組み付けている。リニア型の圧電アクチュエータにおいても直進駆動される移動体には、ばね部材等により帯状弾性体に対して押し付け力が加えられることになる。
【０００６】
圧電アクチュエータは振動体の弾性振動を摩擦力により被駆動部材の回転運動や直動運動に変換しているので、電磁式や流体式のアクチュエータに比して小型化することができるという利点を有しており、カメラの自動焦点機構や手術用顕微鏡等に実用化されている。しかしながら、振動体と被駆動部材との間に摩擦力を加えるために、ばね部材を圧電アクチュエータに組み込む必要があり、圧電アクチュエータの小型化には限度があった。しかも、圧電アクチュエータは回転型とリニア型とでは、振動体の構造が相違していることから、基本構造が相互に全く相違しており、回転型とリニア型とでは互換性がないだけではなく、被駆動部材を直進駆動しつつ回転駆動することはできない。
【０００７】
圧電アクチュエータを小型化し、さらに、一つの圧電アクチュエータで直進駆動及び回転駆動の双方を実現するために、立方体形状のステータに貫通孔を形成し、その貫通孔の内周面に摩擦係合する外周面を有するシャフト状の被駆動部材を設けるとともに、上記ステータの貫通孔を取り囲む４つの外周面に厚さ方向に分極した圧電素子を取り付けた圧電アクチュエータが提案されている。
【０００８】
この圧電アクチュエータでは、周方向に設けた４つの圧電素子に相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加すると、各圧電素子の幅方向の伸縮によりステータの貫通孔の内周面に回転方向の楕円運動が発生して被駆動部材がその軸を中心として回転駆動する。また、上記の各圧電素子に軸方向に分離した２つの電極を設け、この２つの電極に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加すると、各圧電素子の軸方向の伸縮によりステータの貫通孔の内周面に軸方向の楕円運動が発生して被駆動部材がその軸方向に直進駆動する。
【０００９】
しかしながら、上記の圧電アクチュエータにあっては、一つの圧電アクチュエータで直進駆動及び回転駆動の双方が可能となるが、直進駆動及び回転駆動を同時に行うことはできず、このため、直進駆動及び回転駆動を同時に行うことができる圧電アクチュエータの出現が望まれていた。
【００１０】
本発明の目的は、直進駆動及び回転駆動を同時に行うことが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】
【００１１】
本発明の圧電アクチュエータは、シャフトをその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動する圧電アクチュエータであって、前記シャフトの外周面に摩擦係合する内周面を有する貫通孔が形成され、前記シャフトが直線往復動自在かつ回転自在に装着されるステータと、前記ステータの外周面に設けられる第１の圧電素子と、前記シャフトの軸方向に電気的に分離され、前記第１の圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための少なくとも２つの電極と、前記シャフトの回転方向に相互にずらして前記ステータの外周面にそれぞれ設けられる少なくとも２つの第２の圧電素子と、前記第２の各圧電素子に設けられ、前記第２の各圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための電極とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の圧電アクチュエータは、シャフトをその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動する圧電アクチュエータであって、前記シャフトの外周面に摩擦係合する内周面を有する貫通孔が形成され、前記シャフトが直線往復動自在かつ回転自在に装着されるステータと、前記ステータの外周面に前記シャフトの軸方向に設けられる少なくとも２つの第１の圧電素子と、前記第１の各圧電素子に設けられ、前記第１の各圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための電極と、前記シャフトの回転方向に相互にずらして前記ステータの外周面にそれぞれ設けられる少なくとも２つの第２の圧電素子と、前記第２の各圧電素子に設けられ、前記第２の各圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための電極とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の圧電アクチュエータは、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とを相互に前記シャフトの軸方向にずらして前記ステータに設けることを特徴とする。本発明の圧電アクチュエータは、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とを相互に前記シャフトの回転方向にずらして前記ステータに設けることを特徴とする。本発明の圧電アクチュエータは、前記第１の圧電素子を前記シャフトを中心として相互に対向させて前記ステータに設けるとともに、前記第２の圧電素子を前記シャフトを中心として相互に対向させて前記ステータに設けることを特徴とする。
【００１４】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記第２の各圧電素子に設けられた電極は、前記シャフトの軸方向に分離され、この分離された一対の電極には、同位相の交流電圧が印加されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の圧電アクチュエータは、シャフトをその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動する圧電アクチュエータであって、前記シャフトの外周面に摩擦係合する内周面を有する貫通孔が形成され、前記シャフトが直線往復動自在かつ回転自在に装着されるステータと、前記ステータの外周面に設けられる圧電素子と、前記シャフトの軸方向に電気的に分離され、前記圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための少なくとも２つの電極と、前記シャフトの外周面または前記ステータの内周面のいずれか一方に形成され、螺旋状部を有するカム溝と、前記シャフトの外周面または前記ステータの内周面の他方に設けられ、前記カム溝に係合するカム突起とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の圧電アクチュエータはシャフトをその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動する圧電アクチュエータであって、前記シャフトの外周面に摩擦係合する内周面を有する貫通孔が形成され、前記シャフトが直線往復動自在かつ回転自在に装着されるステータと、前記ステータの外周面に前記シャフトの軸方向に設けられる少なくとも２つの圧電素子と、前記各圧電素子に設けられ、前記各圧電素子に位相の異なる交流電圧を印加するための電極と、前記シャフトの外周面または前記ステータの内周面のいずれか一方に形成され、螺旋状部を有するカム溝と、前記シャフトの外周面または前記ステータの内周面の他方に設けられ、前記カム溝に係合するカム突起とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の圧電アクチュエータは、前記シャフトと前記ステータの少なくとも一方に形成され、前記シャフトの外周面と前記ステータの内周面との摩擦接触圧を設定する設定部を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記設定部は前記シャフトに中心方向に切り込まれて軸方向に延びるスリットであり、前記シャフトの弾性変形により前記摩擦接触圧を設定することを特徴とする。本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記設定部は前記ステータに中心方向に切り込まれて軸方向に延びるスリットであり、前記ステータの弾性変形により前記摩擦接触圧を設定することを特徴とする。
【００１９】
本発明の圧電アクチュエータは、前記シャフトと前記ステータのいずれか一方に耐摩耗性材料からなるスライダを設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
ステータの外周面に設けられた第１の圧電セラミックスの軸方向の伸縮によってステータの内周面には軸方向の楕円運動が発生する。また、ステータの外周面に設けられた第２の圧電セラミックスの軸方向と直交する幅方向の伸縮によってステータの内周面には回転方向の楕円運動が発生する。この第１の圧電セラミックスと第２の圧電セラミックスを同時に伸縮させることで、シャフトを直進駆動と同時に回転駆動させることができる。
【００２１】
ステータの外周面に設けられた圧電セラミックスの軸方向の伸縮によってステータの内周面に軸方向の楕円運動が発生すると、シャフトは直進駆動するとともに、カム機構を介してシャフトを回転駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である圧電アクチュエータの斜視図であり、図２（Ａ）は図１における２Ａ−２Ａ線断面図であり、図２（Ｂ）は図１における２Ｂ−２Ｂ線断面図であり、図３は図１におけるステータの３−３線断面図であり、図４は図１に示す圧電アクチュエータと交流電源との接続状態を示す回路図であり、図５は図１に示す圧電アクチュエータの動作原理を示す概略断面図である。
【００２３】
この圧電アクチュエータ１０ａは、直進駆動と回転駆動を同時に行うことができる圧電アクチュエータであり、図１および図３に示すように、２つの略立方体形状の金属製のステータ体１１ａ，１１ｂを備えるステータ１１を有している。ステータ１１は、２つのステータ体１１ａ、１１ｂが連結部材１１ｃにより軸方向（図３において横方向）に連結されており、ステータ体１１ａ，１１ｂには軸方向に貫通する断面円形状の貫通孔１２がそれぞれ形成されている。貫通孔１２には軸方向に延びる断面円形状のシャフト１３が摺動自在に挿入されている。被駆動部材であるシャフト１３は、外周面に設けられた後述するスライダを介してステータ体１１ａの貫通孔１２の内周面１２ａ及びステータ体１１ｂの貫通孔１２の内周面１２ｂに摩擦係合しており、シャフト１３がステータ１１に直線往復動自在かつ回転自在に装着されている。
【００２４】
ステータ１１としては耐摩耗性と振動の温度特性の点から例えば燐青銅が用いられるが、これに限定されるものではない。また、シャフト１３としては例えばステンレスやアルミニウムが用いられるが、これらに限定されるものではない。シャフト１３は、中実形状に限定されず、中空形状であっても良いことはもちろんである。さらに、ステータ１１は、連結部材１１ｃを設けずにステータ体１１ａ，１１ｂを一体に形成するようにしても良い。
【００２５】
ステータ体１１ａの外周には、貫通孔１２の形成方向に平坦となった４つの平面部を有しており、図２（Ｂ）に示すように、それぞれの平面部には振動源である第１の圧電セラミックス１４が貼り付け等により取り付けられている。この４つの圧電セラミックス１４とステータ体１１ａとにより、シャフト１３をその軸方向に直進駆動する直動用の振動体が形成される。圧電セラミックス１４は、ステータ体１１ａの外周面にシャフト１３を中心として相互に対向させて設けられている。直動用のステータ体１１ａは、少なくとも１つの圧電セラミックス１４が設けられるように、少なくとも１つの平面部を有する形状であれば良い。
【００２６】
それぞれの圧電セラミックス１４は、厚さ方向に分極されており、この分極方向と同一方向の電圧を印加するとシャフト１３の軸方向に収縮し、分極方向と反対方向の電圧を印加するとシャフト１３の軸方向に延伸する。圧電セラミックス１４としては、チタン酸バリウムやチタンジルコン酸鉛などが用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
図１及び図３に示すように、圧電セラミックス１４の外面（ステータ体１１ａと反対側の面）には、シャフト１３の軸方向に電気的に分離された２つの電極１５，１６を有する直動用の電極が形成されており、軸方向に相互にずらして設けられた電極１５，１６は、それぞれ図示しないリード線により電気回路に接続されている。直動用の圧電セラミックス１４の外面に形成される電極は、２つで１対の電極対を構成しており、位相が異なる交流電圧を印加するため、電極は少なくとも２つ必要である。
【００２８】
一方、圧電セラミックス１４の内面（ステータ体１１ａ側の面）には、電極１７が電極１５，１６に対応して形成されており、圧電セラミックス１４は、電極１７を介してステータ体１１ａの外周面に取り付けられている。電極１７は、ステータ体１１ａと電気的に接触しており、ステータ体１１ａが接地されることにより、それぞれの圧電セラミックス１４の一方の側は接地された状態となっている。
【００２９】
図４に示すように、それぞれの電極１５は交流電源１８に接続され、また、それぞれの電極１６は交流電源１９に接続されている。交流電源１８，１９は、ともに同一の共振周波数かつ同一の振幅で相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を電極１５，１６を介して圧電セラミックス１４に印加する直動用の電源ユニットを構成している。
【００３０】
このように、各圧電セラミックス１４は、シャフト１３の軸方向に電気的に分離された２つの電極１５，１６を設けることにより、第１の電極１５が設けられた第１の伸縮領域２０と第２の電極１６が設けられた第２の伸縮領域２１との２つの伸縮領域を軸方向に有することになり、これにより直動用の振動源を構成している。なお、ステータ１１の外面の平面部にシャフト１３の軸方向に相互にずらして２つの圧電セラミックスを取り付けることにより、軸方向に２つの伸縮領域を設けて直動用の振動源を構成するようにしても良い。また、電極１７を電極１５，１６に対応させて２つの電極により形成したり、電極１７を設けずに圧電セラミックス１４の一方の側を直接ステータ体１１ａの外周面に取り付けたりしても良い。
【００３１】
ステータ体１１ｂの外周には、貫通孔１２の形成方向に平坦となった４つの平面部を有しており、図２（Ａ）に示すように、それぞれの平面部には振動源である第２の圧電セラミックス２３が貼り付け等により取り付けられている。この４つの圧電セラミックス２３とステータ体１１ｂとにより、シャフト１３をその軸中心に回転駆動する回転用の振動体が形成される。回転用の圧電セラミックス２３はシャフト１３の回転方向に少なくとも２つ設ける必要があり、回転用のステータ体１１ｂは回転方向に相互にずらして設けられた少なくとも２つの平面部を有する形状である必要がある。さらに駆動の安定性などを考慮すると、回転用の圧電セラミックス２３は、シャフト１３の回転方向に３つ以上、特に４つ設けることが好ましく、回転用のステータ体１１ｂは回転方向に相互にずらして設けられた少なくとも３つ、好ましくは４つの平面部を有する形状であることが好ましい。
【００３２】
圧電セラミックス２３は、ステータ体１１ｂの外周面にシャフト１３を中心として相互に対向させるとともにシャフト１３の回転方向に相互にずらして設けられている。それぞれの圧電セラミックス２３は厚さ方向に分極されており、この分極方向と同一方向の電圧を印加するとシャフト１３と直交する幅方向に収縮し、分極方向と反対方向の電圧を印加するとシャフト１３と直交する幅方向に延伸する。
【００３３】
図２（Ａ）に示すように、４つの圧電セラミックス２３の外面（ステータ体１１ｂと反対側の面）には、電極２４〜２７が形成されており、これらは図示しないリード線により電気回路に接続されている。一方、圧電セラミックス２３の内面（ステータ体１１ｂ側の面）には、電極１７が電極２４〜２７に対応して形成されており、圧電セラミックス２３は電極１７を介してステータ体１１ｂの外周面に取り付けられる。電極１７はステータ体１１ｂと電気的に接触しており、ステータ体１１ｂが接地されることによりそれぞれの圧電セラミックス２３の一方の側は接地された状態となっている。
【００３４】
図４に示すように、電極２４〜２７はそれぞれ交流電源２８〜３１に接続されている。交流電源２８〜３１は、ともに同一の共振周波数かつ同一の振幅で相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を電極２４〜２７を介して各圧電セラミックス２３に印加する回転用の電源ユニットを構成している。
【００３５】
このように、４つの圧電セラミックス２３は回転方向に分離されて配置されており、これらにより第１の電極２４が設けられた第１の伸縮領域３２と、第２の電極２５が設けられた第２の伸縮領域３３と、第３の電極２６が設けられた第３の伸縮領域３４と、第４の電極２７が設けられた第４の伸縮領域３５との４つの伸縮領域を有する構成となっている。
【００３６】
交流電源１８，１９の交流電圧は、正弦波状で相互に９０°位相が相違しており、図５に示すように伸縮領域２０，２１にそれぞれ伸縮による弾性振動を発生させている。図５（Ａ）〜（Ｄ）はこの弾性振動の４分の１周期ごとの状態を示しており、電極１５，１６に圧電セラミックス１４の分極方向と反対方向の電圧を印加すると、伸縮領域２０，２１はともに延伸して図５（Ａ）に示す状態となり、電極１５に分極方向と同一方向の電圧を印加するとともに電極１６に分極方向と反対方向の電圧を印加すると、伸縮領域２０は収縮するが、伸縮領域２１は延伸して図５（Ｂ）に示す状態となる。さらに、電極１５，１６に圧電セラミックス１４の分極方向と同一方向の電圧を印加すると、伸縮領域２０，２１はともに収縮して図５（Ｃ）に示す状態になり、電極１５に分極方向と反対方向の電圧を印加するとともに電極１６に分極方向と同一方向の電圧を印加すると、伸縮領域２０は延伸するが、伸縮領域２１は収縮して図５（Ｄ）に示す状態となる。
【００３７】
電極１５，１６に相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加することにより、上記のように図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す状態が連続的に変化し、交流電圧を印加し続けている間は伸縮による弾性振動が繰り返される。貫通孔１２の内周面１２ａには、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように圧電セラミックス１４がシャフト１３の軸方向に伸縮するのに伴い、シャフト１３の軸方向一端側つまり図中の左方向へ進行する進行波の波面が形成される。
【００３８】
内周面１２ａに形成された進行波が進行すると、シャフト１３の外周面とステータ体１１ａの内周面１２ａとの接触部分が進行方向に向かって連続的に変化する。この変化を貫通孔１２の内周面１２ａの何れかの一点についてみると、進行波の進行に伴って図において反時計回りに楕円運動をしている。図５（Ｃ）に示すように、この楕円運動の頂点ではステータ体１１ａの内周面１２ａとシャフト１３に設けたスライダの外周面とが接触して進行波の進行方向と逆向きの摩擦力が作用して、シャフト１３は進行波の進行方向と逆向きの図５において右方向に摩擦駆動される。
【００３９】
また、交流電源２８〜３１の交流電圧は相互に９０°位相が相違しており、シャフト１３の回転方向に相互にずらしてステータ体１１ｂに設けられた各伸縮領域３２〜３５に弾性振動を発生させている。ステータ体１１ｂの貫通孔１２の内周面１２ｂには、４つの圧電セラミックス２３がシャフト１３と直交する幅方向に伸縮するのに伴い、図２（Ａ）において反時計回りの回転方向へ進行する進行波の波面が形成される。つまり、内周面１２ｂにおいて各伸縮領域３２〜３５の弾性振動によって、内周面１２ｂに弾性振動の進行波の波面が形成される。この進行波の進行によりステータ体１１ｂの内周面１２ｂには回転方向に楕円運動が発生する。この楕円運動によって、ステータ体１１ｂの内周面１２ｂと摩擦係合するスライダを有するシャフト１３は進行波の進行方向と逆向きに摩擦駆動される。
【００４０】
このように、ステータ体１１ａの外周面に設けられた圧電セラミックス１４に軸方向に分離されて形成された電極１５，１６に相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加することで、貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の進行波の波面が形成され、貫通孔１２の内周面１２ａでは軸方向の楕円運動が発生する。この楕円運動によって、内周面１２ａと摩擦係合するシャフト１３は進行波の進行方向と逆向きに摩擦駆動される。
【００４１】
また、ステータ体１１ｂの外周面に回転方向に相互にずらして設けられた圧電セラミックス２３に形成された電極２４〜２７に相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加することで、貫通孔１２の内周面１２ｂでは回転方向の楕円運動が発生する。この楕円運動によって、内周面１２ｂと摩擦係合するシャフト１３は進行波の進行方向と逆向きに摩擦駆動される。
【００４２】
図４に示すように、圧電アクチュエータ１０ａに直動用の電源１８，１９と回転用の電源２８〜３１とを同時に接続すると、ステータ体１１ａの貫通孔１２の内周面１２ａでは軸方向の楕円運動が発生し、また、ステータ体１１ｂの貫通孔１２の内周面１２ｂでは回転方向の楕円運動が発生する。このため、シャフト１３は、これら２つの楕円運動によって軸方向に直進駆動すると同時に軸中心に回転駆動することになる。したがって、一つの圧電アクチュエータ１０ａでシャフト１３をその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動することができる。
【００４３】
また、内周面１２ａに形成される楕円運動の方向や内周面１２ｂに形成される楕円運動の方向を反転させることで、シャフト１３の直進駆動の方向や回転駆動の方向を変化させることができる。圧電アクチュエータ１０ａに直動用の電源１８，１９のみを接続してシャフト１３を回転駆動させずに直進駆動させたり、圧電アクチュエータ１０ａに回転用の電源２８〜３１のみを接続してシャフト１３を直進駆動させずに回転駆動させたりしても良い。
【００４４】
図１および図２に示すように、シャフト１３の外周面には耐摩耗性材料からなるスライダ３７が設けられており、スライダ３７を介してシャフト１３が貫通孔１２の内周面１２ａ，１２ｂに摩擦係合されている。このスライダ３７により、貫通孔１２の内周面１２ａ，１２ｂやシャフト１３の外周面の摩耗が低減されるため、圧電アクチュエータ１０ａの駆動効率の低下を防止することができるとともにシャフト１３の駆動時における防音効果が得られる。
【００４５】
シャフト１３およびスライダ３７には中心方向に切り込まれて軸方向に伸びるスリット３８が形成されており、スリット３８は、スライダ３７を介してシャフト１３の外周面とステータ１１の内周面１２ａ，１２ｂとの摩擦接触圧を設定する設定部となっている。シャフト１３およびスライダ３７にスリット３８を形成することによって、シャフト１３は、スリット３８の間隔を狭める方向に弾性変形が可能となっており、シャフト１３の弾性復元力によって、スライダ３７を介してシャフト１３の外周面とステータ１１の内周面１２ａ，１２ｂとの間に適正な摩擦接触圧を付与することができるようになっている。したがって、スライダ３７を介してシャフト１３の外周面とステータ１１の内周面１２ａ，１２ｂとの間に簡易な構成で摩擦力を発生させることができ、圧電アクチュエータ１０ａの駆動効率を向上させることができるとともに、シャフト１３自体によって摩擦接触圧を発生させることができるため、摩擦接触圧を付与するばね部材等を設けなくても良く、圧電アクチュエータ１０ａの小型化が可能である。
【００４６】
また、摩擦接触圧によりシャフト１３の外周面がステータ１１の内周面１２ａ，１２ｂに押し付けられているので、スライダ３７の外周面やステータ１１の内周面１２ａ，１２ｂが使用によって摩耗した場合においても駆動効率の低下を防止することができる。さらに、摩擦接触圧を調整させることにより、シャフト１３がステータ１１の内周面１２ａ，１２ｂに強く圧接するように設定すれば、停止時においてもシャフト１３をステータ１１に保持する保持力を有することになるため、停止時のシャフト１３の直動や回転を防止することも可能となる。
【００４７】
シャフト１３の軸方向両端部の外周面には、横方向に突出するストッパ３９が取り付けられており、シャフト１３の軸方向変位の最大変位量を規定するとともに、シャフト１３のステータ１１からの抜けを防止している。ストッパ３９は、必ずしもシャフト１３に取り付ける必要はなく、ステータ１１や圧電アクチュエータ１０ａの外部に取り付けるようにしても良い。
【００４８】
また、この種の圧電アクチュエータでは、進行波を形成させる振動体の伸縮がミクロンオーダーであり、１サイクルの変位量が極めて小さいため、超音波領域の周波数の振動を発生させている。この振動の他の機器への伝播と振動による駆動効率の低下を防止するために、ステータ１１は防振支持台４０を介して固定される。なお、防振支持台４０を介してシャフト１３を固定するようにしても良い。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、圧電セラミックス１４に電気的に分離した２つの電極１５，１６を形成し、電極１５，１６に位相が９０°異なる交流電圧を印加して貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の楕円運動を発生させてシャフト１３を直進駆動させるものを例示したが、ステータ１１の外周面にシャフト１３の軸方向に２つの圧電セラミックスを貼付け、この２つの圧電セラミックスに位相が９０°異なる交流電圧を印加して貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の楕円運動を発生させてシャフト１３を直進駆動させるように構成してもよい。
【００５０】
図６は本発明の他の実施形態である圧電アクチュエータの斜視図であり、図７は図６における７−７線断面図であり、図８は図６に示す圧電アクチュエータと交流電源との接続状態を示す回路図である。なお、これらの図において、前述した圧電アクチュエータと共通する部材には同一の符号が付されている。
【００５１】
この圧電アクチュエータ１０ｂは、直進駆動と回転駆動を同時に行うことができる圧電アクチュエータであり、図６および図７に示すように、断面正八角形状の金属製のステータ１１を有している。ステータ１１には、軸方向に貫通する断面円形状の貫通孔１２が形成されており、貫通孔１２には軸方向に延びる断面円形状のシャフト１３が摺動自在に挿入されている。被駆動部材であるシャフト１３は、外周面に設けたスライダ３７を介して貫通孔１２の内周面１２ａに摩擦係合しており、シャフト１３がステータ１１に直線往復動自在かつ回転自在に装着されている。
【００５２】
ステータ１１の外周には、貫通孔１２の形成方向に平坦となった８つの平面部を有しており、図７に示すように、それぞれの平面部に振動源である第１の圧電セラミックス１４と第２の圧電セラミックス２３とが周方向に交互に設けられて、４つの圧電セラミックス１４と４つの圧電セラミックス２３とステータ１１とにより振動体が形成されている。圧電セラミックス１４，２３は、ステータ１１の外周面にシャフト１３を中心として相互に対向させるとともにシャフト１３の回転方向に相互にずらして設けられている。
【００５３】
本実施の形態では断面正八角形状のステータ１１の外周面に圧電セラミックス１４と圧電セラミックス２３とを交互に４つずつ配置したが、直進駆動用として少なくとも１つの圧電セラミックス１４が必要である。また、回転用の圧電セラミックス２３は、シャフト１３の回転方向に少なくとも２つ設ける必要があり、さらに駆動の安定性などを考慮すると、回転用の圧電セラミックス２３は、シャフト１３の回転方向に３つ以上、特に４つ設けることが好ましい。そのため、ステータ１１には回転用の圧電セラミックス２３の取り付け用の平面部として、回転方向にずらして設けられた少なくとも４つの平面部を有する形状であることが好ましい。
【００５４】
４つの圧電セラミックス１４は、直動用の圧電セラミックスを構成しており、上記の圧電アクチュエータ１０ａにおける直動用の圧電セラミックス１４と同様の構造となっている。また、４つの圧電セラミックス２３は、回転用の圧電セラミックスを構成しており、上記の圧電アクチュエータ１０ａにおける回転用の圧電セラミックスと同様の構造となっている。したがって、圧電セラミックス１４，２３についての説明は省略する。
【００５５】
図８に示すように、圧電アクチュエータ１０ｂに接続された電気回路の電源ユニットは、圧電セラミックス１４に設けられた電極１５，１６に相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加する直動用の電源１８，１９と、圧電セラミックス２３に設けられた電極２４〜２７に相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加する回転用の電源２８〜３１とを有している。
【００５６】
直動用の電源１８，１９によりステータ１１の外周面に設けられた圧電セラミックス１４に軸方向に電気的に分離されて形成された電極１５，１６に相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加することで、貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の進行波の波面が形成され、貫通孔１２の内周面１２ａでは軸方向の楕円運動が発生する。この楕円運動によって、内周面１２ａと摩擦係合するシャフト１３は進行波の進行方向と逆向きに摩擦駆動される。
【００５７】
また、回転用の電源２８〜３１によりステータ１１の外周面に回転方向に相互にずらして設けられた圧電セラミックス２３に形成された電極２４〜２７に相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加することで、貫通孔１２の内周面１２ａに回転方向の進行波の波面が形成され、貫通孔１２の内周面１２ａでは回転方向の楕円運動が発生する。この楕円運動によって、内周面１２ｂと摩擦係合するシャフト１３は進行波の進行方向と逆向きに摩擦駆動される。
【００５８】
図８に示すように、直動用の電源１８，１９と回転用の電源２８〜３１とを同時に接続すると、ステータ１１の貫通孔１２の内周面１２ａでは軸方向の楕円運動と回転方向の楕円運動が同時に発生する。このため、シャフト１３は、これら２つの楕円運動によって軸方向に直進駆動すると同時に軸中心に回転駆動することになる。したがって、一つの圧電アクチュエータ１０ｂでシャフト１３をその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動することができる。
【００５９】
また、内周面１２ａに形成される軸方向の楕円運動や回転方向の楕円運動の方向を反転させることで、シャフト１３の直進駆動の方向や回転駆動の方向を変化させることができる。直動用の電源１８，１９のみを接続してシャフト１３を回転駆動せずに直進駆動させたり、回転用の電源２８〜３１のみを接続してシャフト１３を直進駆動させずに回転駆動させたりしても良い。
【００６０】
圧電アクチュエータ１０ａと同様に、シャフト１３の外周面には、耐摩耗性材料からなるスライダ３７が設けられており、スライダ３７を介してシャフト１３が貫通孔１２の内周面１２ａに摩擦係合されている。このスライダ３７により、貫通孔１２の内周面１２ａやシャフト１３の外周面の摩耗が低減されるため、圧電アクチュエータ１０ｂの駆動効率の低下を防止することができるとともに、シャフト１３の駆動時における防音効果が得られる。
【００６１】
また、シャフト１３およびスライダ３７には中心方向に切り込まれて軸方向に伸びるスリット３８が形成されており、シャフト１３とステータ１１の内周面１２ａとの間に簡易な構成で摩擦力を発生させることができ、圧電アクチュエータ１０ｂの駆動効率を向上させることができるとともに、シャフト１３自体によって摩擦接触圧を発生させることができるため、摩擦接触圧を付与するばね部材等を設けなくても良く、圧電アクチュエータ１０ｂの小型化が可能である。
【００６２】
なお、本実施の形態においては、圧電セラミックス１４に電気的に分離した２つの電極１５，１６を形成し、電極１５，１６に位相が９０°異なる交流電圧を印加して貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の楕円運動を発生させてシャフト１３を直進駆動させるものを例示したが、ステータ１１の外周面にシャフト１３の軸方向に２つの圧電セラミックスを貼付け、この２つの圧電セラミックスに位相が９０°異なる交流電圧を印加して貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の楕円運動を発生させてシャフト１３を直進駆動させるように構成してもよい。
【００６３】
図９は本発明の他の実施形態である圧電アクチュエータの斜視図であり、図１０（Ａ）は図９における１０Ａ−１０Ａ線断面図であり、図１０（ｂ）は図９における１０Ｂ−１０Ｂ線断面図であり、図１１は図９に示す圧電アクチュエータと交流電源との接続状態を示す回路図である。なお、これらの図において、前述した圧電アクチュエータと共通する部材には同一の符号が付されている。
【００６４】
この圧電アクチュエータ１０ｃは、直進駆動と回転駆動を同時に行うことができる圧電アクチュエータであり、図９に示すように、略立方体形状の金属製のステータ１１を有している。ステータ１１には、軸方向に貫通する断面円形状の貫通孔１２が形成されており、貫通孔１２には軸方向に延びる断面円形状のシャフト１３が摺動自在に挿入されている。被駆動部材であるシャフト１３は、外周面に設けたスライダ３７を介して貫通孔１２の内周面１２ａに摩擦係合しており、シャフト１３がステータ１１に直線往復動自在かつ回転自在に装着されている。
【００６５】
図１０に示すように、ステータ１１の外周には、貫通孔１２の形成方向に平坦となった４つの平面部を有しており、これらの平面部には振動源である直進駆動用の第１の圧電セラミックス１４が１つと、回転駆動用の第２の圧電セラミックス２３が３つ設けられており、これらの圧電セラミックス１４，２３とステータ１１とにより振動体が形成されている。圧電セラミックス１４，２３は、ステータ１１の外周面にシャフト１３を中心として相互に対向させるとともにシャフト１３の回転方向に相互にずらして設けられている。
【００６６】
本実施形態では、圧電セラミックス１４を１つ、圧電セラミックス２３を３つ設けたが、直進駆動用として少なくとも１つの圧電セラミックス１４が必要である。また、回転用の圧電セラミックス２３はシャフト１３の回転方向に少なくとも２つ設ける必要があり、さらに駆動の安定性などを考慮すると、回転用の圧電セラミックス２３はシャフト１３の回転方向に３つ以上、特に４つ設けることが好ましい。そのため、ステータ１１には回転用の圧電セラミックス２３の取り付け用平面部として、回転方向にずらして設けられた少なくとも４つの平面部を有する形状であることが好ましい。
【００６７】
第１の圧電セラミックス１４は、厚さ方向に分極されており、この分極方向と同一方向の電圧を印加するとシャフト１３の軸方向に収縮し、分極方向と反対方向の電圧を印加するとシャフト１３の軸方向に延伸する。また、第２の圧電セラミックス２３も厚さ方向に分極されており、この分極方向と同一方向の電圧を印加するとシャフト１３の軸方向と直交する幅方向に収縮し、分極方向と反対方向の電圧を印加するとシャフト１３の軸方向と直交する幅方向に延伸する。
【００６８】
図１０に示すように、第１の圧電セラミックス１４の外面（ステータ１１と反対側の面）には、シャフト１３の軸方向に電気的に分離された２つの電極１５，１６が形成されており、また、３つの圧電セラミックス２３のそれぞれの外面（ステータ１１と反対側の面）には、シャフト１３の軸方向に電気的に分離された電極２４ａ，２４ｂ、電極２５ａ，２５ｂ、および電極２６ａ，２６ｂが形成されており、それぞれ図示しないリード線により電気回路に接続されている。
【００６９】
一方、各圧電セラミックス１４，２３の内面（ステータ１１側の面）には、電極１７が形成されており、各圧電セラミックス１４，２３の内面は、電極１７を介してステータ１１の外周面とに貼付け等により取り付けられている。電極１７はステータ１１と電気的に接触しており、ステータ１１が接地されることによりそれぞれの圧電セラミックス１４，２３の一方の側は接地された状態となっている。
【００７０】
図１１に示すように、電極１５には交流電源１８が接続され、電極１６には交流電源１９が接続されており、交流電源１８，１９は、ともに同一の共振周波数かつ同一の振幅で相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を電極１５，１６を介して第１の圧電セラミックス１４に印加する直動用の電源ユニットを構成している。また、電極２４ａ，２４ｂには交流電源２８が接続され、電極２５ａ，２５ｂには交流電源２９が接続され、電極２６ａ，２６ｂには交流電源３０が接続されており、交流電源２８〜３０は、ともに同一の共振周波数かつ同一の振幅で相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を第２の圧電セラミックス２３に印加する回転用の電源ユニットを構成している。
【００７１】
第１の圧電セラミックス１４に軸方向に分離されて形成された電極１５，１６に相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加することで、貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の進行波の波面が形成され、貫通孔１２の内周面１２ａでは軸方向の楕円運動が発生する。この楕円運動によって、内周面１２ａと摩擦係合するシャフト１３は進行波の進行方向と逆向きに摩擦駆動される。
【００７２】
また、第２の圧電セラミックス２３に形成された電極２４ａ，２４ｂ、電極２５ａ，２５ｂ、および電極２６ａ，２６ｂに相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を印加することで、貫通孔１２の内周面１２ａでは回転方向の楕円運動が発生する。この楕円運動によって、内周面１２ａと摩擦係合するシャフト１３は進行波の進行方向と逆向きに摩擦駆動される。
【００７３】
図１１に示すように、圧電アクチュエータ１０ｃに直動用の電源１８，１９と回転用の電源２８〜３０とを同時に接続すると、ステータ１１の貫通孔１２の内周面１２ａでは軸方向の楕円運動と回転方向の楕円運動が発生する。このため、シャフト１３は、これら２つの楕円運動によって軸方向に直進駆動すると同時に軸中心に回転駆動することになる。したがって、一つの圧電アクチュエータ１０ｃでシャフト１３をその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動することができる。
【００７４】
また、内周面１２ａに形成される軸方向の楕円運動の方向や回転方向の楕円運動の方向を反転させることで、シャフト１３の直進駆動の方向や回転駆動の方向を変化させることができる。また、圧電アクチュエータ１０ｃに直動用の電源１８，１９のみを接続してシャフト１３を回転駆動させずに直進駆動させたり、圧電アクチュエータ１０ｃに回転用の電源２８〜３０のみを接続してシャフト１３を直進駆動させずに回転駆動させたりしても良い。
【００７５】
図９および図１０に示すように、シャフト１３の外周面には耐摩耗性材料からなるスライダ３７が設けられており、スライダ３７を介してシャフト１３が貫通孔１２の内周面１２ａに摩擦係合されている。このスライダ３７により、貫通孔１２の内周面１２ａやシャフト１３の外周面の摩耗が低減されるため、圧電アクチュエータ１０ｃの駆動効率の低下を防止することができるとともに、シャフト１３の駆動時における防音効果が得られる。
【００７６】
シャフト１３およびスライダ３７には中心方向に切り込まれて軸方向に伸びるスリット３８が形成されており、スリット３８はスライダ３７を介してシャフト１３の外周面とステータ１１の内周面１２ａとの摩擦接触圧を設定する設定部となっている。シャフト１３およびスライダ３７にスリット３８を形成したことによって、シャフト１３はスリット３８の間隔を狭める方向に弾性変形が可能となっており、シャフト１３をステータ１１の内周面１２ａに装着した後、シャフト１３の弾性復元力によって、スライダ３７を介してシャフト１３の外周面とステータ１１の内周面１２ａとの間に適正な摩擦接触圧を付与することができるようになっている。したがって、スライダ３７を介してシャフト１３の外周面とステータ１１の内周面１２ａとの間に簡易な構成で摩擦力を発生させることができ、圧電アクチュエータ１０ｃの駆動効率を向上させることができるとともに、シャフト１３自体によって摩擦接触圧を発生させることができるため、摩擦接触圧を付与するばね部材等を設けなくても良く、圧電アクチュエータ１０ｃの小型化が可能である。
【００７７】
また、摩擦接触圧によりシャフト１３の外周面がステータ１１の内周面１２ａに押し付けられているので、スライダ３７の外周面やステータ１１の内周面１２ａが使用によって摩耗した場合においても駆動効率の低下を防止することができる。さらに、摩擦接触圧を調整することにより、シャフト１３がステータ１１の内周面１２ａに強く圧接するように設定すれば、停止時においてもシャフト１３をステータ１１に保持する保持力を有することになるため、停止時のシャフト１３の直動や回転を防止することも可能となる。
【００７８】
なお、本実施の形態においては、圧電セラミックス１４に電気的に分離した２つの電極１５，１６を形成し、電極１５，１６に位相が９０°異なる交流電圧を印加して貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の楕円運動を発生させてシャフト１３を直進駆動させるものを例示したが、ステータ１１の外周面にシャフト１３の軸方向に２つの圧電セラミックスを貼付け、この２つの圧電セラミックスに位相が９０°異なる交流電圧を印加して貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の楕円運動を発生させてシャフト１３を直進駆動させるように構成してもよい。また、第１の圧電セラミックス１４と第２の圧電セラミックス２３とを相互にシャフト１３の回転方向にずらしてステータ１１に設けたが、図１に示すようにシャフト１３の軸方向にずらしてステータ１１に設けるようにしても良い。
【００７９】
図１２は本発明の他の実施形態である圧電アクチュエータの斜視図であり、図１３は図１２における１３−１３線断面図であり、図１４は図１２における１４−１４線断面図であり、図１５は図１２に示す圧電アクチュエータと交流電源との接続状態を示す回路図である。なお、これらの図において、前述した圧電アクチュエータと共通する部材には同一の符号が付されている。
【００８０】
この圧電アクチュエータ１０ｄは、直進駆動と回転駆動を同時に行うことができる圧電アクチュエータであり、図１２に示すように、略立方体形状の金属製のステータ１１には、軸方向に貫通する断面円形状の貫通孔１２が形成されている。貫通孔１２には軸方向に延びる断面円形状のシャフト１３が摺動自在に挿入されている。被駆動部材であるシャフト１３の外周面は貫通孔１２の内周面１２ａに摩擦係合しており、シャフト１３がステータ１１に直線往復動自在かつ回転自在に装着される。
【００８１】
ステータ１１は直動用のステータとなっており、上記の圧電アクチュエータ１０ａのステータ体１１ａと同様の構造となっている。したがって、ステータ１１についての説明は省略する。
【００８２】
図１２および図１４に示すように、シャフト１３の外周面には螺旋状のカム溝４２が形成されており、ステータ１１にはこのカム溝４２に係合するカム突起４３が設けられている。カム突起４３はカム溝４２内を摺動自在となっている。なお、カム溝４２をステータ１１の内周面１２ａに形成したり、カム突起４３をシャフト１３やアクチュエータ１３の外部に設けたりしても良い。
【００８３】
図１５に示すように、それぞれの電極１５は交流電源１８に接続され、また、それぞれの電極１６は交流電源１９に接続されている。交流電源１８，１９は、ともに同一の共振周波数かつ同一の振幅で相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧を電極１５，１６を介して圧電セラミックス１４に印加する直動用の電源ユニットを構成している。圧電アクチュエータ１０ｄに交流電源１８，１９が接続されると、ステータ１１の外周面に設けられた各圧電セラミックス１４の軸方向に電気的に分離されて形成された２つの電極１５，１６に相互に位相が９０°異なる正弦波状の交流電圧が印加されて、貫通孔１２の内周面に１２ａに軸方向の進行波の波面が形成され、貫通孔１２の内周面１２ａでは軸方向の楕円運動が発生する。この楕円運動によって、内周面１２ａと摩擦係合するシャフト１３は進行波の進行方向と逆向きに摩擦駆動される。シャフト１３の軸方向の直進駆動に伴ってカム突起４３はカム溝４２内を摺動し、このカム機構によりシャフト１３は直進駆動すると同時に回転駆動する。
【００８４】
このように、直進駆動を行う圧電アクチュエータ１０ｄのシャフト１３に螺旋状のカム溝４２を形成し、このカム溝４２に係合するカム突起４３をステータ１１に設けたので、一つの圧電アクチュエータ１０ｄでシャフト１３をその軸方向に直進駆動すると同時にその軸中心に回転駆動することができる。回転駆動を行う圧電アクチュエータに螺旋状のカム溝４２とカム突起４３を設けることで、回転駆動すると同時に直進駆動するようにしても良い。
【００８５】
なお、本実施の形態においては、圧電セラミックス１４に電気的に分離した２つの電極１５，１６を形成し、電極１５，１６に位相が９０°異なる交流電圧を印加して貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の楕円運動を発生させてシャフト１３を直進駆動させるものを例示したが、ステータ１１の外周面にシャフト１３の軸方向に２つの圧電セラミックスを貼付け、この２つの圧電セラミックスに位相が９０°異なる交流電圧を印加して貫通孔１２の内周面１２ａに軸方向の楕円運動を発生させてシャフト１３を直進駆動させるように構成してもよい。
【００８６】
図１６は摩擦接触圧を設定する設定部の変形例を示す断面図である。図１６（Ａ）に示すステータ１１には１対の対角から中心方向に切り込まれて軸方向に延びるスリット４４が形成されており、スリット４４はシャフト１３の外周面とステータ１１の内周面１２ａとの摩擦接触圧を設定する設定部となっている。このスリット４４によりステータ１１の各外周面に矢印で示すように横方向の圧縮力を付与することでステータ１１は横方向に弾性変形自在であり、シャフト１３の外周面とステータ１１の内周面１２ａとの間に適正な摩擦接触圧を付与することができるようになっている。このような設定部を設けたステータ１１を圧電アクチュエータ１０ａ〜１０ｄのステータ１１として用いるようにしても良い。また、図１６（Ｂ）に示すように、内周面１２ａから放射方向に切り込まれて軸方向に延びるスリット４４を設定部として形成するようにしても良い。
【００８７】
本発明は上記実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、スライダ３７をステータ１１の内周面１２ａに設けるようにしたり、スライダ３７を一部切り欠いた形状にしたりしても良い。また、圧電セラミックス２３に設けられる各電極２４〜２７を、電極１５，１６を有する直動用の電極対と同様に軸方向に電気的に分離するようにして、この軸方向の電極対に同位相の交流電圧を印加するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施の形態である圧電アクチュエータの斜視図である。
【図２】（Ａ）は図１における２Ａ−２Ａ線断面図であり、（Ｂ）は図１における２Ｂ−２Ｂ線断面図である。
【図３】図１におけるステータの３−３線断面図である。
【図４】図１に示す圧電アクチュエータと交流電源との接続状態を示す回路図である。
【図５】図１に示す圧電アクチュエータの動作原理を示す概略断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態である圧電アクチュエータの斜視図である。
【図７】図６における７−７線断面図である。
【図８】図６に示す圧電アクチュエータと交流電源との接続状態を示す回路図である。
【図９】本発明の他の実施形態である圧電アクチュエータの斜視図である。
【図１０】（Ａ）は図９における１０Ａ−１０Ａ線断面図であり、（ｂ）は図９における１０Ｂ−１０Ｂ線断面図である。
【図１１】図９に示す圧電アクチュエータと交流電源との接続状態を示す回路図である。
【図１２】本発明の他の実施形態である圧電アクチュエータの斜視図である。
【図１３】図１２における１３−１３線断面図である。
【図１４】図１２における１４−１４線断面図である。
【図１５】図１２に示す圧電アクチュエータと交流電源との接続状態を示す回路図である。
【図１６】摩擦接触圧を設定する設定部の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ａ〜１０ｄ  圧電アクチュエータ
１１      ステータ
１１ａ，１１ｂ  ステータ体
１１ｃ    連結部材
１２      貫通孔
１２ａ，１２ｂ  内周面
１３      シャフト
１４      圧電セラミックス（第１の圧電素子）
１５〜１７  電極
１８，１９  交流電源
２０，２１  伸縮領域
２３      圧電セラミックス（第２の圧電素子）
２４〜２７  電極
２８〜３１  交流電源
３２〜３５  伸縮領域
３７      スライダ
３８      スリット（設定部）
３９      ストッパ
４０      防振支持台
４２      カム溝
４３      カム突起
４４      スリット（設定部）
【図１】
2009219281.tif 000003
【図２】
2009219281.tif 000004
【図３】
2009219281.tif 000005
【図４】
2009219281.tif 000006
【図５】
2009219281.tif 000007
【図６】
2009219281.tif 000008
【図７】
2009219281.tif 000009
【図８】
2009219281.tif 000010
【図９】
2009219281.tif 000011
【図１０】
2009219281.tif 000012
【図１１】
2009219281.tif 000013
【図１２】
2009219281.tif 000014
【図１３】
2009219281.tif 000015
【図１４】
2009219281.tif 000016
【図１５】
2009219281.tif 000017
【図１６】
2009219281.tif 000018