アクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法
【課題】構成が簡易でかつ簡単な制御で駆動できるアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータ（２）は、ずり圧電性材料で構成された薄膜（１６）と、薄膜（１６）の第１の主面に形成された第１の電極と、薄膜（１６）の第２の主面に形成された第２の電極を備え、第１の電極と第２の電極間に所定の交流電圧を印加することで薄膜（１６）の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させることを特徴とする。
【解決手段】アクチュエータ（２）は、ずり圧電性材料で構成された薄膜（１６）と、薄膜（１６）の第１の主面に形成された第１の電極と、薄膜（１６）の第２の主面に形成された第２の電極を備え、第１の電極と第２の電極間に所定の交流電圧を印加することで薄膜（１６）の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を印加することで回転力及び駆動力を発生するアクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な空間において回転動作や並進動作を得るためのアクチュエータの開発が昨今求められている。このアクチュエータは更に軽量であることが要求されている。
【０００３】
図７は、東京大学及びＩＭＲＥにより開発された、ＰＺＴ管状モータ５０を説明する図である（非特許文献１参照）。ステータ（ＰＺＴ管）５６の平面図（図７（ｃ））に示されるように、ＰＺＴ管の外側側面には４分割された電極が設けられ、径方向に分極されている。図７（ｃ）に示すように正弦電圧と余弦電圧を印加すると、回転たわみモードが励振される（図７（ａ）、（ｂ））。なお、図７（ａ）は、回転たわみモードが励振された際の管状モータ５０の様子を示す図であり、図７（ｂ）は回転たわみモードの動作を模式的に示す図である。図７に示す管状モータ５０は、その両端で２つのロータ５４ａ、５４ｂを同時に回転することができ、その動作は皿回しモータとよく似ている（図７（ｂ）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許公報第２７２２２０６号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Takeshi Morita, Minoru Kuribayashi Kurosawa,、Ieee Transactions on Ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, vol. 45, no. 5, september 1998, pp1178-1187。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の図７に示す管状モータ５０には４つの異なる電極を設けなければならず、電極構成は複雑である。また、それら電極には、異なる位相を有する複数の交流電圧（正弦電圧、余弦電圧）を印加しなければならず、それら電圧間の制御が複雑である。
【０００７】
これを解決するものとして、特許文献１には、中空円筒形のセラミック圧電体の内面及び外面に電極を設け、それら電極間に、セラミック圧電体の高さ方向の共振周波数と円周方向の共振周波数とを持つ交流電圧を印加する超音波駆動装置（回転アクチュエータ）が開示されている。この超音波駆動装置は、円筒形のセラミック圧電体の高さ及び半径が所定の関係式を満たし、且つ、上記の共振周波数の交流電圧が印加されるとき、微小な空間において回転動作を得るための回転アクチュエータとして機能する。
【０００８】
しかし、特許文献１に開示される、セラミック圧電体で形成される超音波駆動装置では、回転アクチュエータとして回転動作を発生するには、円筒形のセラミック圧電体の高さ及び半径が厳密に所定の関係（式）を満足せねばならず、且つ、高さ方向と円周方向の両方に正確に共振を生じさせる周波数を持つ交流電圧が印加されねばならない。つまり、特許文献１に開示される超音波駆動装置は、このような厳密な条件を満たしたときしか回転アクチュエータとして機能しない。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するために為されたものであり、構成が簡易で簡単な制御で駆動でき、且つ、動作条件が厳密でないアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るアクチュエータは、
ずり圧電性材料で構成された薄膜と、
薄膜の第１の主面に形成された第１の電極と、
薄膜の第２の主面に形成された第２の電極を備え、
第１の電極と第２の電極間に所定の交流電圧を印加することで薄膜の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させる。
【００１１】
薄膜は高分子フィルムで形成されることが好ましい。更に、ずり圧電性材料は、例えば、圧電性ポリ乳酸材料で形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、全体構成が簡易で簡単な制御で駆動でき、且つ動作条件が厳密でないアクチュエータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態に係る回転アクチュエータの全体構成の斜視図、（ｂ）本発明の第１の実施形態に係る回転アクチュエータを構成する円筒体の斜視図、及び（ｃ）回転作用を受ける回転体の平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る回転アクチュエータの円筒体の製造を概略説明するための図である。
【図３】（ａ）表裏に電極を備えるずり圧電性を示すポリ乳酸の高分子フィルムに、電圧Ｖを印加したときのずりの発生の様子を示す図、（ｂ）表裏に電極を備える圧電性ポリ乳酸の高分子フィルムに交流電圧を印加したとき、高分子フィルムに縦波（粗密波）が発生する様子を模式的に示す図、及び（ｃ）図３（ｂ）の点線Ｃの領域内で発生した表面波（擬似レイリー波）を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）円筒体上端に発生する擬似レイリー波を模式的に示す図、及び（ｂ）擬似レイリー波による移動の速さｖが発生していることを示す図である。
【図５】（ａ）本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの全体構成の斜視図、（ｂ）本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの全体構成の平面図、及び（ｃ）本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの全体構成の正面図である。
【図６】（ａ）本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータの全体構成の斜視図、及び（ｂ）本発明の第３の実施形態に係る別のアクチュエータの全体構成の斜視図である。
【図７】従来のＰＺＴ管状モータの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態を説明する。
【００１５】
[第１の実施形態]
１．全体構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転アクチュエータ２の全体構成を示す図である。図１（ａ）は、第１の実施形態に係る回転アクチュエータ２の全体構成の斜視図であり、図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る回転アクチュエータ２を構成する円筒体４の斜視図であり、更に、図１（ｃ）は、回転作用を受ける回転体６の平面図である。
【００１６】
回転アクチュエータ２は円筒体４で構成される。円筒体４は、後で説明するように薄膜である高分子フィルムで構成されている。円筒の外側面全体には導電性の金属が薄く蒸着されて第１の電極が形成され、円筒の内側面全体にも導電性の金属が薄く蒸着されて第２の電極が形成されている。第１の電極と第２の電極は夫々、導線１４ａ、１４ｂにより交流電源８に接続されている。この構成により、円筒体４において、高分子フィルムに第１の電極と第２の電極により交流電圧が印加されることになる。
【００１７】
円筒体４は、その一方の開口端１２が水平面１０に接し、かつ円筒体４が鉛直方向に起立するように水平面１０に固定される。鉛直状に起立した円筒体４の他方の開口端には、回転力を受ける回転体６（図１（ｃ）参照）が載置される。回転体６は、例えば、円形、半球形、球形形状を有することが好ましい。また、回転体６は、円筒体４の中心線と回転体６の中心点とが一致するように載置されると、より高い回転性能が得られる。
【００１８】
図１（ａ）に示す回転アクチュエータ２において、交流電源８から所定の周波数の交流電圧を円筒体４に印加すると、円筒体４上端に載置された回転体６が回転する動作が確認できた。
【００１９】
２．回転アクチュエータの製造方法
第１の実施形態の回転アクチュエータ２の製造方法について説明する。図２は、第１の実施形態に係る回転アクチュエータ２の円筒体４の製造方法を概略説明するための図である。回転アクチュエータ２の円筒体４の材料として、圧電性ポリ乳酸などからなる、ずり圧電性を有する薄膜である高分子フィルムを用いた（図２（ａ））。この高分子フィルム１６は、厚さ３５μｍであり、円筒形に形成した際に高さ１０ｃｍ及び直径１ｃｍとなるような寸法を有する。
【００２０】
高分子フィルム１６の両主面に導電性の金属を薄く蒸着し、電極１８ａ、１８ｂを形成する（図２（ｂ１）、（ｂ２）参照）。図２（ｂ１）は高分子フィルム１６の一方の主面（外側面）に電極１８ａが形成された様子を示し、図２（ｂ２）は高分子フィルム１６の他方の主面（内側面）に電極１８ｂが形成された様子を示す。このように、電極は高分子フィルム１６の両主面上に形成される。高分子フィルム１６の一方の主面の第１の電極１８ａには、交流電源８に接続するための第１の導線１４ａが接続され、高分子フィルム１６の他方の主面の第２の電極１８ｂには、交流電源８に接続するための第２の導線１４ｂが接続される。
【００２１】
電極が形成された高分子フィルム２０は、図２（ｃ）に示すように、円筒形状に成形され、円筒体４が形成される。
【００２２】
なお、本願発明の発明者は、以上のようにして形成された円筒アクチュエータ（円筒体の高さ１０ｃｍ、直径１ｃｍ、高分子フィルムの厚さ３５μｍ）に対して、周波数５．２５ｋＨｚ、電圧３５０Ｖの交流電圧を印加すると、回転体が２．５Ｈｚの回転動作を行なうことを確認している。
【００２３】
３．動作原理
回転アクチュエータ２の動作原理を説明する。前述のように、高分子フィルム１６の厚さは３５μｍであり、高さ（図３（ａ）におけるｈ）は１０ｃｍであり、幅（図３（ｂ）におけるｔ）は円筒形状を形成したときに径が１ｃｍとなるような長さであるとする。
【００２４】
回転アクチュエータ２の回転力の発生は、円筒体４上端開口部に擬似的なレイリー波（pseudo-Rayleigh wave）（以下、擬似レイリー波と称する。）が発生することに起因すると考えられる。
【００２５】
圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム１６に交流電圧を印加することにより、高分子フィルム１６には、（１）圧電作用によるずり波が発生する。図３（ａ）は、表裏に電極を備える圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム２０に、電圧Ｖを印加したときのずり（shear）の発生の様子を示した図である。電圧Ｖの印加によりずり（変位）ｌが発生し、そのときのずり角（変位角）が「θ」である。ここで、印加される電圧が交流電圧であるならば、変位ｌはずり波となることが分かる。
【００２６】
また、高分子フィルム１６に交流電圧を印加することにより、高分子フィルム１６には、さらに、（２）交流電圧の周波数に共振する縦波（定在波）が発生する。図３（ｂ）は、両主面に電極を備える圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム２０に交流電圧を印加したときに、高分子フィルム２０に縦波が発生する様子を模式的に示した図である。
【００２７】
上記の（１）ずり波と（２）縦波との融合により、円筒体４上端開口部に微小なレイリー波が発生する。
【００２８】
ここで本実施形態では、定在波の縦波に完全に共振する周波数（共振周波数）の交流電圧が印加されるのではなく、共振周波数から僅かにずれた周波数の交流電圧が印加される。
【００２９】
印加される交流電圧の周波数が共振周波数である場合には、高分子フィルム２０において完全な共振（縦波）が誘発され、この完全な共振の下にある縦波と上記ずり波との融合により、高分子フィルム２０の端縁部にて、対称性を具備するレイリー波が発生すると考えられる。これに対して、印加される交流電圧が「共振周波数から僅かにずれた周波数」である場合には、高分子フィルム２０において、完全な共振から僅かにずれた共振が誘発され、この完全な共振から僅かにずれた共振の下にある縦波と、上記ずり波との融合により、高分子フィルム２０の端縁部にて、僅かに非対称的な擬似レイリー波が発生すると考えられる。結果として、この僅かに非対称的な擬似レイリー波により、高分子フィルム２０の端縁部において、所定方向の駆動力（図４（ｂ）参照）が生じると考えられる。言い換えれば、高分子フィルム２０の端縁部において所定方向に駆動力を生じるように、共振周波数から僅かにずれた周波数の交流電圧が印加される。
【００３０】
具体的には、本実施形態に係る高分子フィルム２０に対して、共振周波数（ｆｐ）から正側に所定値（Δｆ）だけずれた周波数（ｆｐ＋Δｆ）と、共振周波数（ｆｐ）から負側に所定値（Δｆ）だけずれた周波数（ｆｐ−Δｆ）の交流電圧を駆動電圧として印加する。どちらの駆動電圧を印加しても、擬似レイリー波が生じる。周波数「ｆｐ−Δｆ」の交流電圧の印加による駆動力の方向は、周波数「ｆｐ＋Δｆ」の交流電圧の印加による駆動力の方向とは、逆の方向となる。これは、発生する擬似レイリー波の非対称性が、周波数「ｆｐ＋Δｆ」の交流電圧を印加したときの擬似レイリー波の非対称性とは、逆になるからであると考えられる。従って、駆動周波数を「ｆｐ＋Δｆ」と「ｆｐ−Δｆ」とで切り替えることにより、駆動力の方向を切り替えることができる。
【００３１】
図３（ｃ）は、図３（ｂ）の点線Ｃの領域内で発生した擬似レイリー波を模式的に示している。図３（ｃ）の矢印で示される擬似レイリー波は、円筒体４上端開口に載置される物体を図の左から右へ押しやるように、その物体に作用すると考えられる。つまり、この擬似レイリー波によって、円筒体４上端開口に置かれた回転体６が一定の角速度で回転すると考えられる。
【００３２】
次に、擬似レイリー波の発生条件を検討する。
【００３３】
３−１．縦波共振について
まず、縦波共振について説明する。高分子フィルムとして使用する圧電性ポリ乳酸は、例えば、以下のような物性を有する。
・密度ρ＝１．１４×１０３ｋｇ／ｍ３
・ヤング率Ｙ＝２．０７ＧＰａ
このとき、縦波の速度ｖは、以下の数１のように求められる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
半径１ｃｍに対する円周（０．０１ｍ×２π）において、λ／２の（縦波の）定在波が発生すると、交流電源の周波数と、縦波とが共振することになる。なお、λは波長であり、この場合、λ＝０．０１ｍ×２π×２＝６．２８ｃｍとなる。ここで、ｖ＝λ×ｆである（ｆは周波数）であるから、以下の式（数２）が成り立つ。
【００３６】
【数２】
【００３７】
上記数２より、ｆ≒１０ｋＨｚとなる。従って、１０ｋＨｚの周波数の交流電圧を印加すれば、回転アクチュエータ２の円筒体４に縦波共振が発生すると考えられる。
【００３８】
３−２．ずり波について
次に、高分子フィルム１６の圧電性により生じる「ずり波」について説明する。圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム１６は、例えば、以下のような圧電率ｄを有する。
・圧電率ｄ＝１０ｐＣ（ピコファラッド）／Ｎ（ニュートン）
【００３９】
このとき、ずり角（変位角）θは、以下の数３のように表される。
【００４０】
【数３】
なお、Ｅは電界の大きさである。印加される電圧が３５０Ｖであり、高分子フィルムの厚さ（即ち、電極間の距離）が３５μｍであるとすると、θの値は次の数４のようになる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
図３（ａ）に示すように、変位ｌ＝ｈ×θであるから、このときの変位ｌは次の数５のようになる。
【００４３】
【数５】
【００４４】
３−３．擬似レイリー波について
上記[３−１]及び[３−２]における、波長（λ）０．０６ｍ程度の共振する縦波と、変位１０−５ｍ程度のずり波との融合により、１０ｋＨｚ程度の周波数において、円筒体４上端開口にレイリー波が発生すると考えられる。前述のように、このレイリー波は擬似レイリー波である。図４（ａ）は、円筒体４上端開口に発生する擬似レイリー波を模式的に示した図である。
【００４５】
今、１０ｋＨｚの交流電圧が印加されており、ずり波の変位ｌが１０−５ｍであることから、擬似レイリー波による移動の速さｖは次の数６のようになる。
【００４６】
【数６】
【００４７】
図４（ｂ）は、擬似レイリー波による移動の速さｖが発生している様子を示した図である。
【００４８】
なお、擬似レイリー波による移動の速さｖが、円筒体４上端を１周するのに要する時間（即ち、周期）は、以下の数７で求められ、単位時間当たりの回転数は以下の数８で求められる。
【００４９】
【数７】
【００５０】
【数８】
【００５１】
３−４．まとめ
以上のように、交流電圧印加のための電極である金属が蒸着された高分子フィルム２０が円筒体４を構成する、第１の実施形態に係るアクチュエータ２は、円筒体４上端に載置された回転体６を回転させる回転力源となり得る。
【００５２】
[第２の実施形態]
２．１．第２の実施形態の構成
本発明に係るアクチュエータの形態は、上述の第１の実施形態のものに限定されない。すなわち、第１の実施形態で示した、電極のための金属が蒸着された高分子フィルム２０は、例えば、平板状のままで利用することもできる。図５は、電極のための金属が蒸着された平板状の高分子フィルム２０’で構成される、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ２’を示している。
【００５３】
図５（ａ）には、駆動対象として、中心軸Ｐを中心にして円滑に回転する直径１０ｃｍ程度の回転盤３０が示されている。図５（ｂ）は、図５（ａ）の高分子フィルム２０及び回転盤３０を上から見た平面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）の高分子フィルム２０及び回転盤３０を側面から見た様子を示す図である。図５（ａ）に示すように、回転盤３０の円周端部付近において、平板状の、電極のための金属が蒸着された高分子フィルム２０’が、回転盤３０と一点Ａで接触している（図５（ｃ）参照）。平板状の高分子フィルム２０’は、図５（ａ)及び図５（ｂ）に示すように、平板部分が回転盤３０平面と直交するように、且つ、回転盤３０の円周の接線方向を向くように、載置されている。高分子フィルム２０’平面と直交する回転盤３０の半径上に、高分子フィルム２０’と回転盤３０とが接触する点Ａが設けられる。
【００５４】
２．２．第２の実施形態のアクチュエータの動作
図５に示すアクチュエータ２’、即ち、高分子フィルム２０’に対して、第１の実施形態と同様に、導線１４ａ、１４ｂを介して共振周波数から僅かにずれた周波数の交流電圧を印加すると、高分子フィルム２０’の下端縁には擬似レイリー波が発生する。上述の第１の実施形態で説明したように、この擬似レイリー波は駆動力を備える。この駆動力は点Ａを介して回転盤３０に伝播し、回転盤３０はこの駆動力により回転動作を行う。
【００５５】
また、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態に係るアクチュエータ２’においても、印加する交流電圧に関して、駆動周波数を「ｆｐ＋Δｆ」と「ｆｐ−Δｆ」とで切り替えることにより、高分子フィルム２０’の駆動力の方向を切り替えることができる。
【００５６】
２．３．まとめ
このように、交流電圧印加のための電極である金属が蒸着された高分子フィルム２０’が平板状である、第２の実施形態に係るアクチュエータ２’は、回転盤３０を回転させる駆動力源ともなり得る。なお、本願発明の発明者は、長さ５ｃｍ幅２ｃｍ程度の高分子フィルム２０’によって、３００ｇ程度の回転盤３０において６００〜７００ｒｐｍ（回転／分）の回転を実現している。本実施形態のアクチュエータ２’は、例えば、ハードディスクにおける回転盤に応用できる。
【００５７】
[第３の実施形態]
３．１．第３の実施形態の構成
上述の第２の実施形態のアクチュエータ２’では、平板状の高分子フィルム２０’の一点を力の作用点として利用した。本実施形態では。平板状の高分子フィルムの一辺全体を力の作用点として利用する構成を説明する。図６に、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータ２”を示す。
【００５８】
図６（ａ）は、電極のための金属が蒸着された高分子フィルム２０”が、鉛直方向に立てられている様子を示している。すなわち、高分子フィルム２０”は、一方の長辺を下にして直線状に配置されている。なお、図６（ｂ）に示すように、高分子フィルム２０”は、直線ではなく波状に曲げられて配置されてもよい。
【００５９】
図６（ａ）（ｂ）に示すアクチュエータ２”においては、上端縁の長辺上に移動体４０ａ、４０ｂが載置される。移動体４０ａ、４０ｂは、高分子フィルム２０”の上端縁の長辺に載置される程度の軽量のものであり、例えば、紙や軽量プラスチックで形成されている。図６（ａ）（ｂ）に示す移動体４０ａ、４０ｂは、高分子フィルム２０”の上端縁の長辺上でバランスを取るため、中央で折り曲げられ端部は均等に下げられている。
【００６０】
３．２．第３の実施形態のアクチュエータの動作
図６に示す第３の実施形態に係る高分子フィルム２０”に対して、第１の実施形態と同様に、導線１４ａ、１４ｂを介して、共振周波数から僅かにずれた周波数の交流電圧を印加すると、高分子フィルム２０”の上端縁には擬似レイリー波が発生する。上述の第１の実施形態で説明したように、この擬似レイリー波は駆動力を備える。この駆動力は高分子フィルム２０”の上端縁と移動体４０ａ、４０ｂとの接触部を介して移動体４０ａ、４０ｂに伝播し、移動体４０ａ、４０ｂはこの駆動力により直進動作を行う。
【００６１】
また、第１及び第２の実施形態と同様に、第３の実施形態に係るアクチュエータ２”においても、印加する交流電圧に関して、駆動周波数を「ｆｐ＋Δｆ」と「ｆｐ−Δｆ」とで切り替えることにより、高分子フィルム２０”の駆動力の方向を切り替えることができる。つまり、駆動周波数を「ｆｐ＋Δｆ」と「ｆｐ−Δｆ」とで切り替えることで、移動体４０ａ、４０ｂの直進方向を切り替えることができる。
【００６２】
従って、移動体４０ａと移動体４０ｂとは、常に一定の間隔を保ちつつ高分子フィルム２０”の上端縁の長辺上で直進動作を行い、印加する交流電圧に関して駆動周波数を「ｆｐ＋Δｆ」と「ｆｐ−Δｆ」とで切り替えられれば、やはり一定の間隔を保ちつつ逆の方向に直進動作を行う。
【００６３】
３．３．まとめ
このように、交流電圧印加のための電極である金属が蒸着された高分子フィルム２０”が平板状である、第３の実施形態に係るアクチュエータ２”は、上端縁の長辺上に載置された移動体４０ａ、４０ｂを、上端縁の長辺上で直進させる駆動力源ともなり得る。
【００６４】
[その他の実施形態]
更に、本発明の思想は、上述の第１乃至第３の実施形態の内容に限定されるものではない。第１乃至第３の実施形態では、高分子フィルムをポリ乳酸で形成したが、本発明に係るアクチュエータは、他のずり圧電性高分子フィルム、例えばポリフッ化ビニリデンやその共重合体などで形成してもよい。すなわち、圧電により直接あるいは間接を問わずずり（shear）を生じる材料であればよい。また更に、圧電により“ずり（shear）”を生じる材料であれば、高分子フィルムに限定されず、セラミック等の他の材料でアクチュエータを形成してもよい。
【００６５】
第１の実施形態では、円筒体４の横断面は円形であったが、例えば、横断面は楕円形でもよい。また、複数の円筒体を同心状に配置して回転アクチュエータを構成してもよい。このとき、円筒体は、二重に、三重に、若しくはそれ以上に多重に構成されることになる。
【００６６】
表裏に電極を備える圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム２０を複数枚立てて、それらを適宜配置することによって、アクチュエータが構成されてもよい。このときのアクチュエータは、複数枚の高分子フィルムの上端縁に置かれた移動体を、様々な方向に移動させ得るものとなる。
【００６７】
また、第１乃至第３の実施形態に示した高分子フィルム１６の厚さ、高さ、幅などの寸法も一例であり、これらの値は第１乃至第３の実施形態に示した値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６８】
２・・・回転アクチュエータ、２’、２”・・・アクチュエータ、４・・・円筒体、６・・・回転体、８・・・交流電源、１０・・・水平面、１４ａ、１４ｂ・・・導線、１６・・・高分子フィルム、１８ａ・・・第１の電極、１８ｂ・・・第２の電極、２０、２０’、２０”・・・電極のための金属が蒸着された高分子フィルム、３０・・・回転盤、４０ａ、４０ｂ・・・移動体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を印加することで回転力及び駆動力を発生するアクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な空間において回転動作や並進動作を得るためのアクチュエータの開発が昨今求められている。このアクチュエータは更に軽量であることが要求されている。
【０００３】
図７は、東京大学及びＩＭＲＥにより開発された、ＰＺＴ管状モータ５０を説明する図である（非特許文献１参照）。ステータ（ＰＺＴ管）５６の平面図（図７（ｃ））に示されるように、ＰＺＴ管の外側側面には４分割された電極が設けられ、径方向に分極されている。図７（ｃ）に示すように正弦電圧と余弦電圧を印加すると、回転たわみモードが励振される（図７（ａ）、（ｂ））。なお、図７（ａ）は、回転たわみモードが励振された際の管状モータ５０の様子を示す図であり、図７（ｂ）は回転たわみモードの動作を模式的に示す図である。図７に示す管状モータ５０は、その両端で２つのロータ５４ａ、５４ｂを同時に回転することができ、その動作は皿回しモータとよく似ている（図７（ｂ）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許公報第２７２２２０６号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Takeshi Morita, Minoru Kuribayashi Kurosawa,、Ieee Transactions on Ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, vol. 45, no. 5, september 1998, pp1178-1187。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の図７に示す管状モータ５０には４つの異なる電極を設けなければならず、電極構成は複雑である。また、それら電極には、異なる位相を有する複数の交流電圧（正弦電圧、余弦電圧）を印加しなければならず、それら電圧間の制御が複雑である。
【０００７】
これを解決するものとして、特許文献１には、中空円筒形のセラミック圧電体の内面及び外面に電極を設け、それら電極間に、セラミック圧電体の高さ方向の共振周波数と円周方向の共振周波数とを持つ交流電圧を印加する超音波駆動装置（回転アクチュエータ）が開示されている。この超音波駆動装置は、円筒形のセラミック圧電体の高さ及び半径が所定の関係式を満たし、且つ、上記の共振周波数の交流電圧が印加されるとき、微小な空間において回転動作を得るための回転アクチュエータとして機能する。
【０００８】
しかし、特許文献１に開示される、セラミック圧電体で形成される超音波駆動装置では、回転アクチュエータとして回転動作を発生するには、円筒形のセラミック圧電体の高さ及び半径が厳密に所定の関係（式）を満足せねばならず、且つ、高さ方向と円周方向の両方に正確に共振を生じさせる周波数を持つ交流電圧が印加されねばならない。つまり、特許文献１に開示される超音波駆動装置は、このような厳密な条件を満たしたときしか回転アクチュエータとして機能しない。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するために為されたものであり、構成が簡易で簡単な制御で駆動でき、且つ、動作条件が厳密でないアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るアクチュエータは、
ずり圧電性材料で構成された薄膜と、
薄膜の第１の主面に形成された第１の電極と、
薄膜の第２の主面に形成された第２の電極を備え、
第１の電極と第２の電極間に所定の交流電圧を印加することで薄膜の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させる。
【００１１】
薄膜は高分子フィルムで形成されることが好ましい。更に、ずり圧電性材料は、例えば、圧電性ポリ乳酸材料で形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、全体構成が簡易で簡単な制御で駆動でき、且つ動作条件が厳密でないアクチュエータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態に係る回転アクチュエータの全体構成の斜視図、（ｂ）本発明の第１の実施形態に係る回転アクチュエータを構成する円筒体の斜視図、及び（ｃ）回転作用を受ける回転体の平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る回転アクチュエータの円筒体の製造を概略説明するための図である。
【図３】（ａ）表裏に電極を備えるずり圧電性を示すポリ乳酸の高分子フィルムに、電圧Ｖを印加したときのずりの発生の様子を示す図、（ｂ）表裏に電極を備える圧電性ポリ乳酸の高分子フィルムに交流電圧を印加したとき、高分子フィルムに縦波（粗密波）が発生する様子を模式的に示す図、及び（ｃ）図３（ｂ）の点線Ｃの領域内で発生した表面波（擬似レイリー波）を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）円筒体上端に発生する擬似レイリー波を模式的に示す図、及び（ｂ）擬似レイリー波による移動の速さｖが発生していることを示す図である。
【図５】（ａ）本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの全体構成の斜視図、（ｂ）本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの全体構成の平面図、及び（ｃ）本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの全体構成の正面図である。
【図６】（ａ）本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータの全体構成の斜視図、及び（ｂ）本発明の第３の実施形態に係る別のアクチュエータの全体構成の斜視図である。
【図７】従来のＰＺＴ管状モータの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態を説明する。
【００１５】
[第１の実施形態]
１．全体構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転アクチュエータ２の全体構成を示す図である。図１（ａ）は、第１の実施形態に係る回転アクチュエータ２の全体構成の斜視図であり、図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る回転アクチュエータ２を構成する円筒体４の斜視図であり、更に、図１（ｃ）は、回転作用を受ける回転体６の平面図である。
【００１６】
回転アクチュエータ２は円筒体４で構成される。円筒体４は、後で説明するように薄膜である高分子フィルムで構成されている。円筒の外側面全体には導電性の金属が薄く蒸着されて第１の電極が形成され、円筒の内側面全体にも導電性の金属が薄く蒸着されて第２の電極が形成されている。第１の電極と第２の電極は夫々、導線１４ａ、１４ｂにより交流電源８に接続されている。この構成により、円筒体４において、高分子フィルムに第１の電極と第２の電極により交流電圧が印加されることになる。
【００１７】
円筒体４は、その一方の開口端１２が水平面１０に接し、かつ円筒体４が鉛直方向に起立するように水平面１０に固定される。鉛直状に起立した円筒体４の他方の開口端には、回転力を受ける回転体６（図１（ｃ）参照）が載置される。回転体６は、例えば、円形、半球形、球形形状を有することが好ましい。また、回転体６は、円筒体４の中心線と回転体６の中心点とが一致するように載置されると、より高い回転性能が得られる。
【００１８】
図１（ａ）に示す回転アクチュエータ２において、交流電源８から所定の周波数の交流電圧を円筒体４に印加すると、円筒体４上端に載置された回転体６が回転する動作が確認できた。
【００１９】
２．回転アクチュエータの製造方法
第１の実施形態の回転アクチュエータ２の製造方法について説明する。図２は、第１の実施形態に係る回転アクチュエータ２の円筒体４の製造方法を概略説明するための図である。回転アクチュエータ２の円筒体４の材料として、圧電性ポリ乳酸などからなる、ずり圧電性を有する薄膜である高分子フィルムを用いた（図２（ａ））。この高分子フィルム１６は、厚さ３５μｍであり、円筒形に形成した際に高さ１０ｃｍ及び直径１ｃｍとなるような寸法を有する。
【００２０】
高分子フィルム１６の両主面に導電性の金属を薄く蒸着し、電極１８ａ、１８ｂを形成する（図２（ｂ１）、（ｂ２）参照）。図２（ｂ１）は高分子フィルム１６の一方の主面（外側面）に電極１８ａが形成された様子を示し、図２（ｂ２）は高分子フィルム１６の他方の主面（内側面）に電極１８ｂが形成された様子を示す。このように、電極は高分子フィルム１６の両主面上に形成される。高分子フィルム１６の一方の主面の第１の電極１８ａには、交流電源８に接続するための第１の導線１４ａが接続され、高分子フィルム１６の他方の主面の第２の電極１８ｂには、交流電源８に接続するための第２の導線１４ｂが接続される。
【００２１】
電極が形成された高分子フィルム２０は、図２（ｃ）に示すように、円筒形状に成形され、円筒体４が形成される。
【００２２】
なお、本願発明の発明者は、以上のようにして形成された円筒アクチュエータ（円筒体の高さ１０ｃｍ、直径１ｃｍ、高分子フィルムの厚さ３５μｍ）に対して、周波数５．２５ｋＨｚ、電圧３５０Ｖの交流電圧を印加すると、回転体が２．５Ｈｚの回転動作を行なうことを確認している。
【００２３】
３．動作原理
回転アクチュエータ２の動作原理を説明する。前述のように、高分子フィルム１６の厚さは３５μｍであり、高さ（図３（ａ）におけるｈ）は１０ｃｍであり、幅（図３（ｂ）におけるｔ）は円筒形状を形成したときに径が１ｃｍとなるような長さであるとする。
【００２４】
回転アクチュエータ２の回転力の発生は、円筒体４上端開口部に擬似的なレイリー波（pseudo-Rayleigh wave）（以下、擬似レイリー波と称する。）が発生することに起因すると考えられる。
【００２５】
圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム１６に交流電圧を印加することにより、高分子フィルム１６には、（１）圧電作用によるずり波が発生する。図３（ａ）は、表裏に電極を備える圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム２０に、電圧Ｖを印加したときのずり（shear）の発生の様子を示した図である。電圧Ｖの印加によりずり（変位）ｌが発生し、そのときのずり角（変位角）が「θ」である。ここで、印加される電圧が交流電圧であるならば、変位ｌはずり波となることが分かる。
【００２６】
また、高分子フィルム１６に交流電圧を印加することにより、高分子フィルム１６には、さらに、（２）交流電圧の周波数に共振する縦波（定在波）が発生する。図３（ｂ）は、両主面に電極を備える圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム２０に交流電圧を印加したときに、高分子フィルム２０に縦波が発生する様子を模式的に示した図である。
【００２７】
上記の（１）ずり波と（２）縦波との融合により、円筒体４上端開口部に微小なレイリー波が発生する。
【００２８】
ここで本実施形態では、定在波の縦波に完全に共振する周波数（共振周波数）の交流電圧が印加されるのではなく、共振周波数から僅かにずれた周波数の交流電圧が印加される。
【００２９】
印加される交流電圧の周波数が共振周波数である場合には、高分子フィルム２０において完全な共振（縦波）が誘発され、この完全な共振の下にある縦波と上記ずり波との融合により、高分子フィルム２０の端縁部にて、対称性を具備するレイリー波が発生すると考えられる。これに対して、印加される交流電圧が「共振周波数から僅かにずれた周波数」である場合には、高分子フィルム２０において、完全な共振から僅かにずれた共振が誘発され、この完全な共振から僅かにずれた共振の下にある縦波と、上記ずり波との融合により、高分子フィルム２０の端縁部にて、僅かに非対称的な擬似レイリー波が発生すると考えられる。結果として、この僅かに非対称的な擬似レイリー波により、高分子フィルム２０の端縁部において、所定方向の駆動力（図４（ｂ）参照）が生じると考えられる。言い換えれば、高分子フィルム２０の端縁部において所定方向に駆動力を生じるように、共振周波数から僅かにずれた周波数の交流電圧が印加される。
【００３０】
具体的には、本実施形態に係る高分子フィルム２０に対して、共振周波数（ｆｐ）から正側に所定値（Δｆ）だけずれた周波数（ｆｐ＋Δｆ）と、共振周波数（ｆｐ）から負側に所定値（Δｆ）だけずれた周波数（ｆｐ−Δｆ）の交流電圧を駆動電圧として印加する。どちらの駆動電圧を印加しても、擬似レイリー波が生じる。周波数「ｆｐ−Δｆ」の交流電圧の印加による駆動力の方向は、周波数「ｆｐ＋Δｆ」の交流電圧の印加による駆動力の方向とは、逆の方向となる。これは、発生する擬似レイリー波の非対称性が、周波数「ｆｐ＋Δｆ」の交流電圧を印加したときの擬似レイリー波の非対称性とは、逆になるからであると考えられる。従って、駆動周波数を「ｆｐ＋Δｆ」と「ｆｐ−Δｆ」とで切り替えることにより、駆動力の方向を切り替えることができる。
【００３１】
図３（ｃ）は、図３（ｂ）の点線Ｃの領域内で発生した擬似レイリー波を模式的に示している。図３（ｃ）の矢印で示される擬似レイリー波は、円筒体４上端開口に載置される物体を図の左から右へ押しやるように、その物体に作用すると考えられる。つまり、この擬似レイリー波によって、円筒体４上端開口に置かれた回転体６が一定の角速度で回転すると考えられる。
【００３２】
次に、擬似レイリー波の発生条件を検討する。
【００３３】
３−１．縦波共振について
まず、縦波共振について説明する。高分子フィルムとして使用する圧電性ポリ乳酸は、例えば、以下のような物性を有する。
・密度ρ＝１．１４×１０３ｋｇ／ｍ３
・ヤング率Ｙ＝２．０７ＧＰａ
このとき、縦波の速度ｖは、以下の数１のように求められる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
半径１ｃｍに対する円周（０．０１ｍ×２π）において、λ／２の（縦波の）定在波が発生すると、交流電源の周波数と、縦波とが共振することになる。なお、λは波長であり、この場合、λ＝０．０１ｍ×２π×２＝６．２８ｃｍとなる。ここで、ｖ＝λ×ｆである（ｆは周波数）であるから、以下の式（数２）が成り立つ。
【００３６】
【数２】
【００３７】
上記数２より、ｆ≒１０ｋＨｚとなる。従って、１０ｋＨｚの周波数の交流電圧を印加すれば、回転アクチュエータ２の円筒体４に縦波共振が発生すると考えられる。
【００３８】
３−２．ずり波について
次に、高分子フィルム１６の圧電性により生じる「ずり波」について説明する。圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム１６は、例えば、以下のような圧電率ｄを有する。
・圧電率ｄ＝１０ｐＣ（ピコファラッド）／Ｎ（ニュートン）
【００３９】
このとき、ずり角（変位角）θは、以下の数３のように表される。
【００４０】
【数３】
なお、Ｅは電界の大きさである。印加される電圧が３５０Ｖであり、高分子フィルムの厚さ（即ち、電極間の距離）が３５μｍであるとすると、θの値は次の数４のようになる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
図３（ａ）に示すように、変位ｌ＝ｈ×θであるから、このときの変位ｌは次の数５のようになる。
【００４３】
【数５】
【００４４】
３−３．擬似レイリー波について
上記[３−１]及び[３−２]における、波長（λ）０．０６ｍ程度の共振する縦波と、変位１０−５ｍ程度のずり波との融合により、１０ｋＨｚ程度の周波数において、円筒体４上端開口にレイリー波が発生すると考えられる。前述のように、このレイリー波は擬似レイリー波である。図４（ａ）は、円筒体４上端開口に発生する擬似レイリー波を模式的に示した図である。
【００４５】
今、１０ｋＨｚの交流電圧が印加されており、ずり波の変位ｌが１０−５ｍであることから、擬似レイリー波による移動の速さｖは次の数６のようになる。
【００４６】
【数６】
【００４７】
図４（ｂ）は、擬似レイリー波による移動の速さｖが発生している様子を示した図である。
【００４８】
なお、擬似レイリー波による移動の速さｖが、円筒体４上端を１周するのに要する時間（即ち、周期）は、以下の数７で求められ、単位時間当たりの回転数は以下の数８で求められる。
【００４９】
【数７】
【００５０】
【数８】
【００５１】
３−４．まとめ
以上のように、交流電圧印加のための電極である金属が蒸着された高分子フィルム２０が円筒体４を構成する、第１の実施形態に係るアクチュエータ２は、円筒体４上端に載置された回転体６を回転させる回転力源となり得る。
【００５２】
[第２の実施形態]
２．１．第２の実施形態の構成
本発明に係るアクチュエータの形態は、上述の第１の実施形態のものに限定されない。すなわち、第１の実施形態で示した、電極のための金属が蒸着された高分子フィルム２０は、例えば、平板状のままで利用することもできる。図５は、電極のための金属が蒸着された平板状の高分子フィルム２０’で構成される、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ２’を示している。
【００５３】
図５（ａ）には、駆動対象として、中心軸Ｐを中心にして円滑に回転する直径１０ｃｍ程度の回転盤３０が示されている。図５（ｂ）は、図５（ａ）の高分子フィルム２０及び回転盤３０を上から見た平面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）の高分子フィルム２０及び回転盤３０を側面から見た様子を示す図である。図５（ａ）に示すように、回転盤３０の円周端部付近において、平板状の、電極のための金属が蒸着された高分子フィルム２０’が、回転盤３０と一点Ａで接触している（図５（ｃ）参照）。平板状の高分子フィルム２０’は、図５（ａ)及び図５（ｂ）に示すように、平板部分が回転盤３０平面と直交するように、且つ、回転盤３０の円周の接線方向を向くように、載置されている。高分子フィルム２０’平面と直交する回転盤３０の半径上に、高分子フィルム２０’と回転盤３０とが接触する点Ａが設けられる。
【００５４】
２．２．第２の実施形態のアクチュエータの動作
図５に示すアクチュエータ２’、即ち、高分子フィルム２０’に対して、第１の実施形態と同様に、導線１４ａ、１４ｂを介して共振周波数から僅かにずれた周波数の交流電圧を印加すると、高分子フィルム２０’の下端縁には擬似レイリー波が発生する。上述の第１の実施形態で説明したように、この擬似レイリー波は駆動力を備える。この駆動力は点Ａを介して回転盤３０に伝播し、回転盤３０はこの駆動力により回転動作を行う。
【００５５】
また、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態に係るアクチュエータ２’においても、印加する交流電圧に関して、駆動周波数を「ｆｐ＋Δｆ」と「ｆｐ−Δｆ」とで切り替えることにより、高分子フィルム２０’の駆動力の方向を切り替えることができる。
【００５６】
２．３．まとめ
このように、交流電圧印加のための電極である金属が蒸着された高分子フィルム２０’が平板状である、第２の実施形態に係るアクチュエータ２’は、回転盤３０を回転させる駆動力源ともなり得る。なお、本願発明の発明者は、長さ５ｃｍ幅２ｃｍ程度の高分子フィルム２０’によって、３００ｇ程度の回転盤３０において６００〜７００ｒｐｍ（回転／分）の回転を実現している。本実施形態のアクチュエータ２’は、例えば、ハードディスクにおける回転盤に応用できる。
【００５７】
[第３の実施形態]
３．１．第３の実施形態の構成
上述の第２の実施形態のアクチュエータ２’では、平板状の高分子フィルム２０’の一点を力の作用点として利用した。本実施形態では。平板状の高分子フィルムの一辺全体を力の作用点として利用する構成を説明する。図６に、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータ２”を示す。
【００５８】
図６（ａ）は、電極のための金属が蒸着された高分子フィルム２０”が、鉛直方向に立てられている様子を示している。すなわち、高分子フィルム２０”は、一方の長辺を下にして直線状に配置されている。なお、図６（ｂ）に示すように、高分子フィルム２０”は、直線ではなく波状に曲げられて配置されてもよい。
【００５９】
図６（ａ）（ｂ）に示すアクチュエータ２”においては、上端縁の長辺上に移動体４０ａ、４０ｂが載置される。移動体４０ａ、４０ｂは、高分子フィルム２０”の上端縁の長辺に載置される程度の軽量のものであり、例えば、紙や軽量プラスチックで形成されている。図６（ａ）（ｂ）に示す移動体４０ａ、４０ｂは、高分子フィルム２０”の上端縁の長辺上でバランスを取るため、中央で折り曲げられ端部は均等に下げられている。
【００６０】
３．２．第３の実施形態のアクチュエータの動作
図６に示す第３の実施形態に係る高分子フィルム２０”に対して、第１の実施形態と同様に、導線１４ａ、１４ｂを介して、共振周波数から僅かにずれた周波数の交流電圧を印加すると、高分子フィルム２０”の上端縁には擬似レイリー波が発生する。上述の第１の実施形態で説明したように、この擬似レイリー波は駆動力を備える。この駆動力は高分子フィルム２０”の上端縁と移動体４０ａ、４０ｂとの接触部を介して移動体４０ａ、４０ｂに伝播し、移動体４０ａ、４０ｂはこの駆動力により直進動作を行う。
【００６１】
また、第１及び第２の実施形態と同様に、第３の実施形態に係るアクチュエータ２”においても、印加する交流電圧に関して、駆動周波数を「ｆｐ＋Δｆ」と「ｆｐ−Δｆ」とで切り替えることにより、高分子フィルム２０”の駆動力の方向を切り替えることができる。つまり、駆動周波数を「ｆｐ＋Δｆ」と「ｆｐ−Δｆ」とで切り替えることで、移動体４０ａ、４０ｂの直進方向を切り替えることができる。
【００６２】
従って、移動体４０ａと移動体４０ｂとは、常に一定の間隔を保ちつつ高分子フィルム２０”の上端縁の長辺上で直進動作を行い、印加する交流電圧に関して駆動周波数を「ｆｐ＋Δｆ」と「ｆｐ−Δｆ」とで切り替えられれば、やはり一定の間隔を保ちつつ逆の方向に直進動作を行う。
【００６３】
３．３．まとめ
このように、交流電圧印加のための電極である金属が蒸着された高分子フィルム２０”が平板状である、第３の実施形態に係るアクチュエータ２”は、上端縁の長辺上に載置された移動体４０ａ、４０ｂを、上端縁の長辺上で直進させる駆動力源ともなり得る。
【００６４】
[その他の実施形態]
更に、本発明の思想は、上述の第１乃至第３の実施形態の内容に限定されるものではない。第１乃至第３の実施形態では、高分子フィルムをポリ乳酸で形成したが、本発明に係るアクチュエータは、他のずり圧電性高分子フィルム、例えばポリフッ化ビニリデンやその共重合体などで形成してもよい。すなわち、圧電により直接あるいは間接を問わずずり（shear）を生じる材料であればよい。また更に、圧電により“ずり（shear）”を生じる材料であれば、高分子フィルムに限定されず、セラミック等の他の材料でアクチュエータを形成してもよい。
【００６５】
第１の実施形態では、円筒体４の横断面は円形であったが、例えば、横断面は楕円形でもよい。また、複数の円筒体を同心状に配置して回転アクチュエータを構成してもよい。このとき、円筒体は、二重に、三重に、若しくはそれ以上に多重に構成されることになる。
【００６６】
表裏に電極を備える圧電性ポリ乳酸の高分子フィルム２０を複数枚立てて、それらを適宜配置することによって、アクチュエータが構成されてもよい。このときのアクチュエータは、複数枚の高分子フィルムの上端縁に置かれた移動体を、様々な方向に移動させ得るものとなる。
【００６７】
また、第１乃至第３の実施形態に示した高分子フィルム１６の厚さ、高さ、幅などの寸法も一例であり、これらの値は第１乃至第３の実施形態に示した値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６８】
２・・・回転アクチュエータ、２’、２”・・・アクチュエータ、４・・・円筒体、６・・・回転体、８・・・交流電源、１０・・・水平面、１４ａ、１４ｂ・・・導線、１６・・・高分子フィルム、１８ａ・・・第１の電極、１８ｂ・・・第２の電極、２０、２０’、２０”・・・電極のための金属が蒸着された高分子フィルム、３０・・・回転盤、４０ａ、４０ｂ・・・移動体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ずり圧電性材料で構成された薄膜と、
前記薄膜の第１の主面に形成された第１の電極と、
前記薄膜の第２の主面に形成された第２の電極を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極間に所定の交流電圧を印加することで前記薄膜の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させる
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記薄膜が高分子フィルムで形成されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記ずり圧電性材料は圧電性ポリ乳酸材料であることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記薄膜を円筒状に形成し、
前記第１の電極と前記第２の電極間に所定の交流電圧が印加されたときに、前記円筒体の一の開口端において回転力が発生する
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
アクチュエータの一点において移動体と接触させ、その接触点において、前記第１の電極と前記第２の電極間に所定の交流電圧が印加されたときに前記移動体を回転させるための駆動力を発生する、
請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
直線状に配置されたアクチュエータの一辺上において移動体が配置され、前記第１の電極と前記第２の電極間に所定の交流電圧が印加されたときに前記移動体を前記一辺に沿って移動させるための駆動力を発生する
請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
ずり圧電性材料で構成された薄膜と、前記薄膜の第１の主面に形成された第１の電極と、前記薄膜の第２の主面に形成された第２の電極とを備えたアクチュエータの駆動方法であって、
前記第１の電極と前記第２の電極間に所定の交流電圧を印加して、前記薄膜の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させ、
前記所定の交流電圧は、前記薄膜に発生する縦波の定在波の共振周波数から所定値だけずれた周波数である
ことを特徴とする駆動方法。
【請求項８】
前記所定の交流電圧の周波数を、前記共振周波数から正側に所定値だけずれた第１の駆動周波数と、前記共振周波数から負側に所定値だけずれた第２の駆動周波数との間で切り替えることにより、前記駆動力の方向を切り替える
ことを特徴とする請求項７に記載の駆動方法。
【請求項１】
ずり圧電性材料で構成された薄膜と、
前記薄膜の第１の主面に形成された第１の電極と、
前記薄膜の第２の主面に形成された第２の電極を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極間に所定の交流電圧を印加することで前記薄膜の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させる
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記薄膜が高分子フィルムで形成されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記ずり圧電性材料は圧電性ポリ乳酸材料であることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記薄膜を円筒状に形成し、
前記第１の電極と前記第２の電極間に所定の交流電圧が印加されたときに、前記円筒体の一の開口端において回転力が発生する
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
アクチュエータの一点において移動体と接触させ、その接触点において、前記第１の電極と前記第２の電極間に所定の交流電圧が印加されたときに前記移動体を回転させるための駆動力を発生する、
請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
直線状に配置されたアクチュエータの一辺上において移動体が配置され、前記第１の電極と前記第２の電極間に所定の交流電圧が印加されたときに前記移動体を前記一辺に沿って移動させるための駆動力を発生する
請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
ずり圧電性材料で構成された薄膜と、前記薄膜の第１の主面に形成された第１の電極と、前記薄膜の第２の主面に形成された第２の電極とを備えたアクチュエータの駆動方法であって、
前記第１の電極と前記第２の電極間に所定の交流電圧を印加して、前記薄膜の少なくとも一の端縁部において駆動力を発生させ、
前記所定の交流電圧は、前記薄膜に発生する縦波の定在波の共振周波数から所定値だけずれた周波数である
ことを特徴とする駆動方法。
【請求項８】
前記所定の交流電圧の周波数を、前記共振周波数から正側に所定値だけずれた第１の駆動周波数と、前記共振周波数から負側に所定値だけずれた第２の駆動周波数との間で切り替えることにより、前記駆動力の方向を切り替える
ことを特徴とする請求項７に記載の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１５７２３５（Ｐ２０１２−１５７２３５Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９６５０（Ｐ２０１１−１９９６５０）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【Ｆターム（参考）】
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