JP2007158276A - 圧電／電歪デバイス及び圧電／電歪デバイスの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物を移動させる際に、重心の移動を少なくし、これによって、圧電／電歪デバイスを固定する部分で発生する反力を小さくし、対象物を駆動する際の制御を容易にし、駆動周波数を高く（応答速度を速く）できるようにする。
【解決手段】略直方体の回転体１２と、該回転体１２の対向する一対の面１２ａ及び１２ｂのうち、一方の面１２ａの第１端部１４ａに固定される第１可動部１６ａと、該第１可動部１６ａを駆動する第１圧電／電歪素子１８ａと、回転体１２の他方の面１２ｂにおける第２端部１４ｂ（第１端部１４ａと対角線上にある端部）に固定される第２可動部１６ｂと、該第２可動部１６ｂを駆動する第２圧電／電歪素子１８ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電／電歪素子の変位動作に基づいて回転動作する回転体を備えた圧電／電歪デバイス、もしくは回転体の回転変位を圧電／電歪素子により検出できる圧電／電歪デバイス及び圧電／電歪デバイスの駆動方法に関し、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の位置制御用のアクチュエータ、微小反射鏡の角度制御、アンテナの回転制御、ＸＹステージのθ軸の制御、マニュピュレータの回転制御等に用いて好適な圧電／電歪デバイス及び圧電／電歪デバイスの駆動方法に関する。

近時、光学や磁気記録、精密加工等の分野において、サブミクロンオーダーで光路長や位置を調整可能な変位素子が必要とされており、圧電／電歪材料（例えば強誘電体等）に電圧を印加したときに惹起される逆圧電効果や電歪効果による変位を利用した変位素子の開発が進められている。

しかし、従来の圧電アクチュエータにおいては、圧電／電歪材料の伸縮方向の変位をそのまま可動部に伝達していたため、可動部の作動量が小さいという問題があった。

そこで、デバイスの長寿命化、デバイスのハンドリング性並びに可動部への部品の取付性又はデバイスの固定性を向上させることができ、これにより、相対的に低電圧で可動部を大きく変位することができると共に、デバイス、特に、可動部の変位動作の高速化（高共振周波数化）を達成させることができ、しかも、有害な振動の影響を受け難く、高速応答が可能で、機械的強度が高く、ハンドリング性、耐衝撃性、耐湿性に優れた変位素子、並びに可動部の振動を精度よく検出することが可能なセンサ素子を得ることができる圧電／電歪デバイスが提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００２−２６４１１号公報

ところで、対象物を移動させる際に、回転動作を取り入れたいという要望がある。例えばハードディスクドライブは、垂直記録型のハードディスクドライブが開発され、磁気ヘッドの位置決め機構に回転動作を取り入れる等である。また、応答性に優れた角度微調制御デバイスの開発に対する期待もある。

対象物を移動させる際に、回転動作を取り入れる場合、振動の発生をなるべく抑え、回転体の回転動作に伴って発生する応力をなるべく制御系に伝達させないことが高精度な制御を行う上で好ましい。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、対象物を移動させる際に、重心の移動を少なくし、これによって、圧電／電歪デバイスを固定する部分で発生する反力を小さくすることができ、対象物を駆動する際の制御が容易になり、駆動周波数を高くすること（応答速度を速くすること）ができる圧電／電歪デバイス及び圧電／電歪デバイスの駆動方法を提供することを目的とする。

本発明に係る圧電／電歪デバイスは、略直方体の回転体と、前記回転体の対向する一対の面のうち、一方の面の第１端部に固定される第１可動部と、前記第１可動部を駆動する第１圧電／電歪素子と、前記一対の面のうち、他方の面における前記第１端部と対角線上にある第２端部に固定される第２可動部と、前記第２可動部を駆動する第２圧電／電歪素子とを有する。

この場合、第１圧電／電歪素子にて第１可動部を形成してもよいし、第２圧電／電歪素子にて第２可動部を形成してもよい。

本発明は、２つの可動部（第１可動部及び第２可動部）で回転体を挟持し、２つの可動部をそれぞれ圧電／電歪素子（第１圧電／電歪素子及び第２圧電／電歪素子）で駆動することによって、回転体を回転動作させるというものである。

特に、回転体を２つの可動部で挟持する場合に、回転体の対向する一対の面のうち、一方の面の第１端部に第１可動部を固定し、他方の面における第２端部（第１端部と対角線上にある第２端部）に第２可動部を固定するようにしているため、回転体が回転動作しても回転体の重心の移動はほとんどない。

このように、本発明においては、対象物を移動させる際に、重心の移動が少ないため、圧電／電歪デバイスを固定する部分で発生する反力を小さくすることができ、対象物を駆動する際の制御が容易になる。また、駆動周波数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。

これにより、回転体の回転駆動において高精度な制御を行わせることができ、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の位置制御用のアクチュエータ、微小反射鏡の角度制御、アンテナの回転制御、ＸＹステージのθ軸の制御、マニュピュレータの回転制御等に用いて好適となる。

そして、本発明において、第１固定部と、該第１固定部から延設された対向する第１薄板及び第２薄板とを有する第１基体と、第２固定部と、該第２固定部から延設された対向する第３薄板及び第４薄板とを有する第２基体とを備え、前記第１可動部は、前記第１基体における前記第１薄板又は前記第２薄板の一端であり、前記第２可動部は、前記第２基体における前記第３薄板又は前記第４薄板の一端であり、前記第１圧電／電歪素子は、少なくとも前記第１基体の前記第１薄板又は前記第２薄板から前記第１固定部に跨るように固定され、前記第２圧電／電歪素子は、少なくとも前記第２基体の前記第３薄板又は前記第４薄板から前記第２固定部に跨るように固定されていてもよい。

あるいは、前記第１圧電／電歪素子は、前記第１基体の前記第１薄板から前記第１固定部に跨る位置と、前記第１基体の前記第２薄板から前記第１固定部に跨る位置とに固定され、前記第２圧電／電歪素子は、前記第２基体の前記第３薄板から前記第２固定部に跨る位置と、前記第２基体の前記第４薄板から前記第２固定部に跨る位置とに固定されていてもよい。

本発明において、前記回転体は、前記第１可動部と前記第２可動部とで接着剤を介して挟持されていてもよい。また、前記固定部をセラミックにて構成してもよい。

また、本発明において、前記固定部に接続される枠部を有するようにしてもよい。この場合、前記枠部をセラミックにて構成してもよいし、金属にて構成してもよい。

また、本発明において、前記固定部が金属板に固定されていてもよい。

次に、本発明に係る圧電／電歪デバイスの駆動方法は、上述した圧電／電歪デバイスの駆動方法であって、前記第１可動部の移動方向と前記第２可動部の移動方向とが逆方向であることを特徴とする。

ここで、第１圧電／電歪の駆動方向とは第１可動部が移動する方向を示し、第２圧電／電歪の駆動方向とは第２可動部が移動する方向を示す。

また、回転体は、略直方体であり、厚みを有するため、第１可動部及び第２可動部への固定位置によっては回転のほか、ねじれを生じさせることも可能となる。従って、第1圧電／電歪素子の駆動方向と第２圧電／電歪素子の駆動方向とを逆方向にすることによって、回転体は重心を中心に回転動作するようになる。

従って、本発明においては、対象物を移動させる際に、重心の移動が少ないため、圧電／電歪デバイスを固定する部分で発生する反力を小さくすることができ、対象物を駆動する際の制御が容易になる。また、駆動周波数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。

これにより、回転体の回転駆動において高精度な制御を行わせることができ、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の位置制御用のアクチュエータ、微小反射鏡の角度制御、アンテナの回転制御、ＸＹステージのθ軸の制御、マニュピュレータの回転制御等に用いて好適となる。

以上説明したように、本発明に係る圧電／電歪デバイス及び圧電／電歪デバイスの駆動方法によれば、対象物を移動させる際に、重心の移動を少なくし、これによって、圧電／電歪デバイスを固定する部分で発生する反力を小さくすることができ、対象物を駆動する際の制御が容易になり、駆動周波数を高くすること（応答速度を速くすること）ができる。

以下、本発明に係る圧電／電歪デバイス及びその駆動方法の実施の形態例を図１〜図７Ｃを参照しながら説明する。

本実施の形態に係る圧電／電歪デバイスは、圧電／電歪素子により電気的エネルギと機械的エネルギとを相互に変換する素子を包含する概念である。従って、各種アクチュエータや振動子等の能動素子、特に、逆圧電効果や電歪効果による変位を利用した変位素子として最も好適に用いられるほか、加速度センサ素子や衝撃センサ素子等の受動素子としても好適に使用され得る。

第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａは、図１に示すように、略直方体の回転体１２と、該回転体１２の対向する一対の面１２ａ及び１２ｂのうち、一方の面１２ａの第１端部１４ａに固定される第１可動部１６ａと、該第１可動部１６ａを駆動する第１圧電／電歪素子１８ａと、回転体１２の他方の面１２ｂにおける第２端部１４ｂ（第１端部１４ａと対角線上にある端部）に固定される第２可動部１６ｂと、該第２可動部１６ｂを駆動する第２圧電／電歪素子１８ｂとを有する。

具体的には、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａは、第１基体２０Ａと第２基体２０Ｂとを具備する。

第１基体２０Ａは、第１固定部２２ａと、該第１固定部２２ａから延設された対向する第１薄板２４ａ及び第２薄板２４ｂとを有し、第２基体２０Ｂは、第２固定部２２ｂと、該第２固定部２２ｂから延設された対向する第３薄板２４ｃ及び第４薄板２４ｄとを有する。

そして、第１可動部１６ａは、第１基体２０Ａにおける第１薄板２４ａの一端であり、第２可動部１６ｂは、第２基体２０Ｂにおける第３薄板２４ｃの一端である。また、第１圧電／電歪素子１８ａは、第１基体２０Ａの第１薄板２４ａから第１固定部２２ａに跨るように固定され、第２圧電／電歪素子１８ｂは、第２基体２０Ｂの第３薄板２４ｃから第２固定部２２ｂに跨るように固定されている。

また、回転体１２の第１端部１４ａと第１基体２０Ａの第１可動部１６ａは接着剤２６にて固定され、回転体１２の第２端部１４ｂと第２基体２０Ｂの第２可動部１６ｂは接着剤２６にて固定されている。なお、回転体１２の他の端部（第３端部１４ｃ及び第４端部１４ｄ）は、回転体１２に固定しなくてもよいが、強度を確保するために、図１に示すように、それぞれ接着剤２６にて回転体に固定することが好ましい。

ここで、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａの駆動方法について図２Ａ〜図２Ｃの模式図を参照しながら説明する。なお、図２Ａ〜図２Ｃでは、第１圧電／電歪素子１８ａ及び第２圧電／電歪素子１８ｂの図示を省略してある。

先ず、第１圧電／電歪素子１８ａ及び第２圧電／電歪素子１８ｂに電界を加えない場合は、図２Ｂに示すように、例えば回転体１２は、その長辺が、基準線ｍ（第１固定部２２ａの中心と第２固定部２２ｂの中心を結ぶ線）とほぼ平行となるように維持されている。

この状態から、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂ（図１参照）にそれぞれ一方向の電界（例えば正方向の電界）を印加することによって、図２Ａに示すように、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂに圧縮歪（「→ ←」で示す）が発生する。これによって、第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂは共に逆方向に移動する。具体的には、第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂは共に外方に移動し、第１可動部１６ａは第２薄板２４ｂから離間する方向に移動し、第２可動部１６ｂは第４薄板２４ｄから離間する方向に移動する。この第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂの外方への移動によって、回転体１２は一方向に回転動作することとなる。

反対に、図２Ｂに示す状態から、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂにそれぞれ他方向の電界（例えば負方向の電界）を印加することによって、図２Ｃに示すように、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂに引張歪（「← →」で示す）が発生する。これによって、第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂは共に逆方向に移動する。具体的には、第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂは共に内方に移動し、第１可動部１６ａは第２薄板２４ｂに接近する方向に移動し、第２可動部１６ｂは第４薄板２４ｄに接近する方向に移動する。この第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂの内方への移動によって、回転体１２は他方向に回転動作することとなる。

このように、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａにおいては、第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂで回転体１２を挟持し、第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂをそれぞれ第１圧電／電歪素子１８ａ及び第２圧電／電歪素子１８ｂで駆動することによって、回転体１２を回転動作させるようにしている。

特に、回転体１２を第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂで挟持する場合に、回転体１２の対向する一対の面１２ａ及び１２ｂのうち、一方の面１２ａの第１端部１４ａに第１可動部１６ａを固定し、他方の面１２ｂにおける第２端部１４ｂ（第１端部１４ａと対角線上にある第２端部）に第２可動部１６ｂを固定するようにしているため、回転体１２が回転動作しても回転体１２の重心の移動はほとんどない。

従って、この第１の実施の形態においては、回転体１２並びに回転体１２に接続された対象物を移動させる際に、重心の移動が少ないため、圧電／電歪デバイス１０Ａを固定する部分（第１固定部２２ａ及び第２固定部２２ｂ）で発生する反力を小さくすることができ、回転体１２並びに対象物を駆動する際の制御が容易になる。また、駆動周波数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。

これにより、回転体１２並びに対象物の回転駆動において高精度な制御を行わせることができ、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の位置制御用のアクチュエータ、微小反射鏡の角度制御、アンテナの回転制御、ＸＹステージのθ軸の制御、マニュピュレータの回転制御等に用いて好適となる。また、第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａを用いたアクチュエータを他のアクチュエータと組合わせることでより複雑な動作が可能となる。

ここで、各部材の好ましい態様について説明する。

第１基体２０Ａ及び第２基体２０Ｂは、セラミックス（例えばジルコニア）にて構成してもよく、金属にて構成してもよい。

それぞれの利点を示すと、第１基体２０Ａ及び第２基体２０Ｂを金属にて構成した場合は、衝撃性が高くなる。

第１基体２０Ａ及び第２基体２０Ｂをセラミックスにて構成した場合は、圧電／電歪デバイス１０Ａを配置する場合の位置精度を高めることができる。また、所定の駆動電圧における最大回転量（最大変位量）のバラツキが小さいという利点がある。

回転体１２は、その上にスライダー、センサ、ステージ等を載置してもよく、また回転体１２自身がスライダー、ステージ等であってもよい。

第１薄板２４ａ〜第４薄板２４ｄは、基本的には第１基体２０Ａ及び第２基体２０Ｂ（第１固定部２２ａ及び第２固定部２２ｂ）と同材料であるが、第１基体２０Ａ及び第２基体２０Ｂと異なる材料にて形成するようにしてもよい。例えば、第１薄板２４ａ〜第４薄板２４ｄを圧電／電歪材料にて形成する場合もある。

第１圧電／電歪素子１８ａ及び第２圧電／電歪素子１８ｂは、それぞれ一対の電極層と圧電層の組で構成され、圧電層は１層でもよく多層でもよい。

第１圧電／電歪素子１８ａは第１薄板２４ａに固定され、第２圧電／電歪素子１８ｂは第３薄板２４ｃに固定されているが、第１薄板２４ａ及び第３薄板２４ｃがそれぞれセラミックスにて構成されている場合、第１圧電／電歪素子１８ａと第１薄板２４ａは焼成により固着され、第２圧電／電歪素子１８ｂと第３薄板２４ｃも焼成により固着される。

第１薄板２４ａ及び第３薄板２４ｃがそれぞれ金属にて構成されている場合は、第１圧電／電歪素子１８ａと第１薄板２４ａは接着剤により固定され、第２圧電／電歪素子１８ｂと第３薄板２４ｃも接着剤により固定される。

図３に示すように、第１基体２０Ａ及び第２基体２０Ｂは枠部２８にて連結されていてもよい。枠部２８で第１基体２０Ａと第２基体２０Ｂとを連結することにより、第１基体２０Ａ及び第２基体２０Ｂの相対的な位置を精度よく配置することができる。この場合、圧電／電歪デバイス１０Ａの第１固定部２２ａの主面と第２固定部２２ｂの主面にスペーサ３０を介して枠部２８を固定することが好ましい。

そして、圧電／電歪デバイスの第１基体及び第２基体、スペーサ並びに枠部をそれぞれセラミックスにて構成した場合は、これら第１基体及び第２基体、スペーサ並びに枠部を一体焼結体として構成することができる。また、枠部を金属にて構成した場合は、スペーサを有機接着剤としてもよい。なお、図３では、回転体１２の図示を省略してある。

第１固定部２２ａ及び第２固定部２２ｂは、サスペンションのような金属板に接着されてもよい。

次に、第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂについて図４及び図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら説明する。なお、図５Ａ〜図５Ｃでは、第１圧電／電歪素子１８ａ及び第２圧電／電歪素子１８ｂの図示を省略してある。

この第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂは、図４に示すように、上述した第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。

すなわち、第１可動部１６ａが第１基体２０Ａにおける第２薄板２４ｂの一端であり、第２可動部１６ｂが第２基体２０Ｂにおける第４薄板２４ｄの一端である。また、第１圧電／電歪素子１８ａは、第１基体２０Ａの第２薄板２４ｂから第１固定部２２ａに跨るように固定され、第２圧電／電歪素子１８ｂは、第２基体２０Ｂの第４薄板２４ｄから第２固定部２２ｂに跨るように固定されている。

ここで、第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂの駆動方法について図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら説明する。

先ず、第１圧電／電歪素子１８ａ及び第２圧電／電歪素子１８ｂ（図４参照）に電界を加えない場合は、図５Ｂに示すように、例えば回転体１２は、その長辺が、基準線ｍとほぼ平行となるように維持されている。

この状態から、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂにそれぞれ他方向の電界（例えば負方向の電界）を印加することによって、図５Ａに示すように、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂに引張歪（「← →」で示す）が発生する。これによって、第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂは共に内方に移動し、第１可動部１６ａは第１薄板２４ａに接近する方向に移動し、第２可動部１６ｂは第３薄板２４ｃに接近する方向に移動する。この第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂの内方への移動によって、回転体１２は一方向に回転動作することとなる。

反対に、図５Ｂに示す状態から、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂにそれぞれ一方向の電界（例えば正方向の電界）を印加することによって、図５Ｃに示すように、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂに圧縮歪（「→ ←」で示す）が発生する。これによって、第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂは共に外方に移動し、第１可動部１６ａは第１薄板２４ａから離間する方向に移動し、第２可動部１６ｂは第３薄板２４ｃから離間する方向に移動する。この第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂの外方への移動によって、回転体１２は他方向に回転動作することとなる。

この第２の実施の形態においても、回転体１２並びに回転体１２に接続された対象物を移動させる際に、重心の移動が少ないため、圧電／電歪デバイス１０Ｂを固定する部分（第１固定部２２ａ及び第２固定部２２ｂ）で発生する反力を小さくすることができ、回転体１２並びに対象物を駆動する際の制御が容易になる。また、駆動周波数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。

次に、第３の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｃについて図６及び図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら説明する。なお、図７Ａ〜図７Ｃでは、第１圧電／電歪素子１８ａ〜第４圧電／電歪素子１８ｄの図示を省略してある。

この第３の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｃは、図６に示すように、上述した第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ａと第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｂとを組み合わせた構成を有する。

すなわち、第１の実施の形態と同様に、回転体１２の対向する一対の面１２ａ及び１２ｂのうち、一方の面１２ａの第１端部１４ａに固定される上述した第１可動部１６ａと、該第１可動部１６ａを駆動する上述した第１圧電／電歪素子１８ａと、他方の面１２ｂにおける上述した第２端部１４ｂ（第１端部１４ａと対角線上にある端部）に固定される上述した第２可動部１６ｂと、該第２可動部１６ｂを駆動する上述した第２圧電／電歪素子１８ｂとを有する。

さらに、回転体１２の対向する一対の面１２ａ及び１２ｂのうち、一方の面１２ａの第３端部１４ｃに固定される第３可動部１６ｃと、該第３可動部１６ｃを駆動する第３圧電／電歪素子１８ｃと、他方の面１２ｂにおける第４端部１４ｄ（第３端部１４ｃと対角線上にある端部）に固定される第４可動部１６ｄと、該第４可動部１６ｄを駆動する第４圧電／電歪素子１８ｄとを有する。

第１圧電／電歪素子１８ａは、第１の実施の形態と同様に、第１基体２０Ａの第１薄板２４ａから第１固定部２２ａに跨るように固定され、第２圧電／電歪素子１８ｂは、第２基体２０Ｂの第３薄板２４ｃから第２固定部２２ｂに跨るように固定されている。

また、第３圧電／電歪素子１８ｃは、第１基体２０Ａの第２薄板２４ｂから第１固定部２２ａに跨るように固定され、第４圧電／電歪素子１８ｄは、第２基体２０Ｂの第４薄板２４ｄから第２固定部２２ｂに跨るように固定されている。

ここで、第３の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｃの駆動方法について図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら説明する。

先ず、第１圧電／電歪素子１８ａ〜第４圧電／電歪素子１８ｄ（図６参照）に電界を加えない場合は、図７Ｂに示すように、例えば回転体１２は、その長辺が、基準線ｍとほぼ平行となるように維持されている。

この状態から、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂにそれぞれ一方向の電界（例えば正方向の電界）を印加し、第３圧電／電歪素子１８ｃと第４圧電／電歪素子１８ｄにそれぞれ他方向の電界（例えば負方向の電界）することによって、図７Ａに示すように、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂに圧縮歪（「→ ←」で示す）が発生し、第３圧電／電歪素子１８ｃと第４圧電／電歪素子１８ｄに引張歪（「← →」で示す）が発生する。

これによって、第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂが共に外方に移動すると共に、第３可動部１６ｃ及び第４可動部１６ｄが共に内方に移動する。すなわち、第１可動部１６ａは第２薄板２４ｂから離間する方向に移動し、第２可動部１６ｂは第４薄板２４ｄから離間する方向に移動し、第３可動部１６ｃは第１薄板２４ａに接近する方向に移動し、第４可動部１６ｄは第３薄板２４ｃに接近する方向に移動する。この第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂの外方への移動並びに第３可動部１６ｃ及び第４可動部１６ｄの内方への移動によって、回転体１２は一方向に回転動作することとなる。

反対に、図７Ｂに示す状態から、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂにそれぞれ他方向の電界（例えば負方向の電界）を印加し、第３圧電／電歪素子１８ｃと第４圧電／電歪素子１８ｄにそれぞれ一方向の電界（例えば正方向の電界）することによって、図７Ｃに示すように、第１圧電／電歪素子１８ａと第２圧電／電歪素子１８ｂに引張歪（「← →」で示す）が発生し、第３圧電／電歪素子１８ｃと第４圧電／電歪素子１８ｄに圧縮歪（「→ ←」で示す）が発生する。

これによって、第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂが共に内方に移動すると共に、第３可動部１６ｃ及び第４可動部１６ｄが共に外方に移動する。すなわち、第１可動部１６ａは第２薄板２４ｂに接近する方向に移動し、第２可動部１６ｂは第４薄板２４ｄに接近する方向に移動し、第３可動部１６ｃは第１薄板２４ａから離間する方向に移動し、第４可動部１６ｄは第３薄板２４ｃから離間する方向に移動する。この第１可動部１６ａ及び第２可動部１６ｂの内方への移動並びに第３可動部１６ｃ及び第４可動部１６ｄの外方への移動によって、回転体１２は他方向に回転動作することとなる。

この第３の実施の形態においても、回転体１２並びに回転体１２に接続された対象物を移動させる際に、重心の移動が少ないため、圧電／電歪デバイス１０Ｃを固定する部分（第１固定部２２ａ及び第２固定部２２ｂ）で発生する反力を小さくすることができ、回転体１２並びに対象物を駆動する際の制御が容易になる。また、駆動周波数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。

特に、この第３の実施の形態においては、第１圧電／電歪素子１８ａ〜第４圧電／電歪素子１８ｄにて回転体１２を回転動作するようにしているため、第１圧電／電歪素子１８ａ〜第４圧電／電歪素子１８ｄに印加する電圧のダイナミックレンジを狭くすることができ、駆動回路の負担を軽減させることができる。

第３の実施の形態に係る圧電／電歪デバイス１０Ｃにおいては、第１圧電／電歪素子１８ａ〜第４圧電／電歪素子１８ｄの引張歪と圧縮歪の組み合わせによって、回転体１２を回転動作する例を示したが、第１圧電／電歪素子１８ａ〜第４圧電／電歪素子１８ｄの引張歪と圧縮歪の組み合わせは必須ではなく、引張歪だけ、あるいは圧縮歪だけであっても回転体１２の回転動作は可能である。特に、第１圧電／電歪素子１８ａ〜第４圧電／電歪素子１８ｄの圧縮歪のみによる駆動方法が好ましい。

なお、本発明に係る圧電／電歪デバイス及び圧電／電歪デバイスの駆動方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスを示す構成図である。 図２Ａ〜図２Ｃは第１の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの動作を示す模式的に示す説明図である。 第１基体と第２基体を枠部にて連結した状態を示す側面図である。 第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスを示す構成図である。 図５Ａ〜図５Ｃは第２の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの動作を示す模式的に示す説明図である。 第３の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスを示す構成図である。 図７Ａ〜図７Ｃは第３の実施の形態に係る圧電／電歪デバイスの動作を示す模式的に示す説明図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｃ…圧電／電歪デバイス １２…回転体
１２ａ…一方の面 １２ｂ…他方の面
１４ａ…第１端部 １４ｂ…第２端部
１６ａ…第１可動部 １６ｂ…第２可動部
１８ａ…第１圧電／電歪素子 １８ｂ…第２圧電／電歪素子
２０Ａ…第１基体 ２０Ｂ…第２基体
２２ａ…第１固定部 ２２ｂ…第２固定部
２４ａ…第１薄板 ２４ｃ…第３薄板
２６…接着剤 ２８…枠部
３０…スペーサ

Claims (10)

1. 略直方体の回転体と、
   前記回転体の対向する一対の面のうち、一方の面の第１端部に固定される第１可動部と、
   前記第１可動部を駆動する第１圧電／電歪素子と、
   前記一対の面のうち、他方の面における前記第１端部と対角線上にある第２端部に固定される第２可動部と、
   前記第２可動部を駆動する第２圧電／電歪素子と、
   を有する圧電／電歪デバイス。
2. 請求項１記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   第１固定部と、該第１固定部から延設された対向する第１薄板及び第２薄板とを有する第１基体と、
   第２固定部と、該第２固定部から延設された対向する第３薄板及び第４薄板とを有する第２基体とを備え、
   前記第１可動部は、前記第１基体における前記第１薄板又は前記第２薄板の一端であり、
   前記第２可動部は、前記第２基体における前記第３薄板又は前記第４薄板の一端であり、
   前記第１圧電／電歪素子は、少なくとも前記第１基体の前記第１薄板又は前記第２薄板から前記第１固定部に跨るように固定され、
   前記第２圧電／電歪素子は、少なくとも前記第２基体の前記第３薄板又は前記第４薄板から前記第２固定部に跨るように固定されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
3. 請求項２記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記第１圧電／電歪素子は、前記第１基体の前記第１薄板から前記第１固定部に跨る位置と、前記第１基体の前記第２薄板から前記第１固定部に跨る位置とに固定され、
   前記第２圧電／電歪素子は、前記第２基体の前記第３薄板から前記第２固定部に跨る位置と、前記第２基体の前記第４薄板から前記第２固定部に跨る位置とに固定されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
4. 請求項２又は３記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記回転体は、前記第１可動部と前記第２可動部とで接着剤を介して挟持されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記固定部がセラミックからなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
6. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記固定部に接続される枠部を有することを特徴とする圧電／電歪デバイス。
7. 請求項６記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記枠部がセラミックからなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
8. 請求項６記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記枠部が金属からなることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
9. 請求項２〜８のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスにおいて、
   前記固定部が金属板に固定されていることを特徴とする圧電／電歪デバイス。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電／電歪デバイスの駆動方法であって、
    前記第１可動部の移動方向と前記第２可動部の移動方向とが逆方向であることを特徴とする圧電／電歪デバイスの駆動方法。

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