JPH01231667A - 圧電アクチュエータ - Google Patents
圧電アクチュエータInfo
- Publication number
- JPH01231667A JPH01231667A JP63057103A JP5710388A JPH01231667A JP H01231667 A JPH01231667 A JP H01231667A JP 63057103 A JP63057103 A JP 63057103A JP 5710388 A JP5710388 A JP 5710388A JP H01231667 A JPH01231667 A JP H01231667A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- crystal
- electrodes
- directions
- actuator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 10
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/028—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors along multiple or arbitrary translation directions, e.g. XYZ stages
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/202—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、例えば超伝導の理論的解明に際し、トンネル
現象の応用で、原子レベルで目視できる走査型トンネル
顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ＴｃｅｎｎｅｌｉｎｇＭｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｅ ： Ｓ Ｔ Ｍ）用の微動駆動に好
適な圧電アクチブ４エータに関する。特に３方向のうら
特定の方向の変位を強調するために、水晶を使用した形
状と駆動電極に関する。
現象の応用で、原子レベルで目視できる走査型トンネル
顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ＴｃｅｎｎｅｌｉｎｇＭｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｅ ： Ｓ Ｔ Ｍ）用の微動駆動に好
適な圧電アクチブ４エータに関する。特に３方向のうら
特定の方向の変位を強調するために、水晶を使用した形
状と駆動電極に関する。
本発明は、広い温度範囲にわたって、しかも微小変位を
高精度に制御できる水晶アクチュエータを提供すること
にある。水晶は物理的、化学的に大変に安定した物質で
あり、従って、これから形成される各種デバイスも多く
の点で安定したものが得られる。ところで最近では超伝
導の研究が盛んに行われているが、その理論的解明は未
だ十分とは言い難い。しかし、最近ではトンネル現象を
応用して原子を目で見ることが試みられ、その結果が発
表されている。即ち、この研究が超伝導現象を解明する
のに役立つのではないかと非常に期待されている。本発
明の目的は、特に極低温でも結晶軸の３方向のうち、対
物の接近方向の駆動を高精度で変位制御できる水晶アク
チュエータを得ることにある。
高精度に制御できる水晶アクチュエータを提供すること
にある。水晶は物理的、化学的に大変に安定した物質で
あり、従って、これから形成される各種デバイスも多く
の点で安定したものが得られる。ところで最近では超伝
導の研究が盛んに行われているが、その理論的解明は未
だ十分とは言い難い。しかし、最近ではトンネル現象を
応用して原子を目で見ることが試みられ、その結果が発
表されている。即ち、この研究が超伝導現象を解明する
のに役立つのではないかと非常に期待されている。本発
明の目的は、特に極低温でも結晶軸の３方向のうち、対
物の接近方向の駆動を高精度で変位制御できる水晶アク
チュエータを得ることにある。
ＳＴＭ用アクチュエータとしては、−殻内にはＰＺＴな
どの圧電セラミックスが使用されてきた。
どの圧電セラミックスが使用されてきた。
しかしながら、この種の材料は温度変化に対してその圧
電性が著しく変化し、特に、極低温では圧電性が失われ
、ＳＴＭ用アクチュエータとして不十分であった。
電性が著しく変化し、特に、極低温では圧電性が失われ
、ＳＴＭ用アクチュエータとして不十分であった。
このようにＰＺＴを使用したアクチュエータでは極低温
でその機能を失い、ＳＴＭで原子の姿を見ることかでき
ない。そこで本発明は極低温でも圧電性を有し、原子の
姿を見ることのできる新形状の水晶アクチュエータを提
案するものである。
でその機能を失い、ＳＴＭで原子の姿を見ることかでき
ない。そこで本発明は極低温でも圧電性を有し、原子の
姿を見ることのできる新形状の水晶アクチュエータを提
案するものである。
第２図は本発明の水晶アクチュエータの動作原理を説明
するための座標系と水晶ブロック１である。ｘ、 ｙ
、 ｚ軸は水晶の電気軸、機械軸、光軸とすると、こ
れらの結晶軸方向に電界を加える事によって、種々の変
位を引き起こすことができる。
するための座標系と水晶ブロック１である。ｘ、 ｙ
、 ｚ軸は水晶の電気軸、機械軸、光軸とすると、こ
れらの結晶軸方向に電界を加える事によって、種々の変
位を引き起こすことができる。
以下、具体的に説明する。今、Ｘ軸、ｙ軸、Ｘ軸方向の
電気偏極ＰＸ、Ｐｙ、Ｐ２ （任意の方向をＰとすると
Ｐ、、Ｐｙ、［Ｐ、はＸ＋Ｖ＋ ｚ軸方向の各成分）
とする羨、 Ｐｘ −ε１ＩｅＸＸ ε１２ｅｌＴｌ” ε１
４ｅｙｚＰｙ ”−ε２５８ｚ、 ２ εｚｂｅｘｖ
Ｐ２＝ Ｏ−−−−４１１ 但し、ε１１．ε１□、ε２５．ε２６は圧電定数、”
ＸＸ＋ｅｙｙ＋ ｅＶ２＋ ｅ ２Ｘ＋ ｅ Ｘ
Ｖは歪みを表わす。式＋１１から明らかなように、Ｘ軸
方向に電界を印加すると、Ｘ軸、ｙ軸方向に伸び、ある
いは縮みの歪みを起こし、更に、ｙ軸に垂直な面の２軸
方向にも剪断歪みを起こす。一方、ｙ軸方向の電界はＸ
軸に垂直な面のＸ軸方向の剪断歪みとＸ軸に垂直な面の
ｙ軸方向の剪断歪みを引き起こす。又、ｚ軸方向の電界
は何の歪みも引き起こさない。本発明はこれらの関係を
応用して、新形状でかつ電極配置された水晶アクチュエ
ータを提案するものである。
電気偏極ＰＸ、Ｐｙ、Ｐ２ （任意の方向をＰとすると
Ｐ、、Ｐｙ、［Ｐ、はＸ＋Ｖ＋ ｚ軸方向の各成分）
とする羨、 Ｐｘ −ε１ＩｅＸＸ ε１２ｅｌＴｌ” ε１
４ｅｙｚＰｙ ”−ε２５８ｚ、 ２ εｚｂｅｘｖ
Ｐ２＝ Ｏ−−−−４１１ 但し、ε１１．ε１□、ε２５．ε２６は圧電定数、”
ＸＸ＋ｅｙｙ＋ ｅＶ２＋ ｅ ２Ｘ＋ ｅ Ｘ
Ｖは歪みを表わす。式＋１１から明らかなように、Ｘ軸
方向に電界を印加すると、Ｘ軸、ｙ軸方向に伸び、ある
いは縮みの歪みを起こし、更に、ｙ軸に垂直な面の２軸
方向にも剪断歪みを起こす。一方、ｙ軸方向の電界はＸ
軸に垂直な面のＸ軸方向の剪断歪みとＸ軸に垂直な面の
ｙ軸方向の剪断歪みを引き起こす。又、ｚ軸方向の電界
は何の歪みも引き起こさない。本発明はこれらの関係を
応用して、新形状でかつ電極配置された水晶アクチュエ
ータを提案するものである。
特に、伸縮の歪みをＸ軸方向の電界により、剪断歪みは
ｙ軸方向の電界により駆動するものであり、この軸の歪
を強調するものである。
ｙ軸方向の電界により駆動するものであり、この軸の歪
を強調するものである。
Ｃ作用〕
このように、本発明は水晶の圧電性より電界と＝ ３−
歪みの関係を応用する事によりＸ、ｙ、Ｘ軸の３方向に
歪む（変位する）駆動電極と新形状の水晶アクチュエー
タを提案することにより、変位に対して高精度に制御で
きるＳ、ＴＭ用アクチュエータを得ることができ、特に
ｙ軸方向の変位が強調される。
歪む（変位する）駆動電極と新形状の水晶アクチュエー
タを提案することにより、変位に対して高精度に制御で
きるＳ、ＴＭ用アクチュエータを得ることができ、特に
ｙ軸方向の変位が強調される。
次に、本発明にて得られた結果を具体的に述べる。第１
図は本発明の水晶アクチュエータの形状の一実施例で、
第１図ｔａ＋は外観図、第１図ｆｂｌは平面図である。
図は本発明の水晶アクチュエータの形状の一実施例で、
第１図ｔａ＋は外観図、第１図ｆｂｌは平面図である。
第１図＋ａｌにおいて、アクチュエータ１はＴ型形状２
に加工され、更に、穴３が設けられている形状をしてい
る。但し、駆動電極は図示していない。第１図［ｂｌは
第１図ｆａｔを２軸方向から投影したときの平面図であ
る。ここでは、電界によってｘ、ｙ、ｚ軸の３方向に変
位することを述べる。Ｔ型形状２には駆動電極４，４”
、５，５″、６．６’。
に加工され、更に、穴３が設けられている形状をしてい
る。但し、駆動電極は図示していない。第１図［ｂｌは
第１図ｆａｔを２軸方向から投影したときの平面図であ
る。ここでは、電界によってｘ、ｙ、ｚ軸の３方向に変
位することを述べる。Ｔ型形状２には駆動電極４，４”
、５，５″、６．６’。
７．７′が設けられている。駆動電極４と４′に電圧を
印加すると、Ｔ型形状の細い基部のため、他の軸方向よ
り多く伸びの変位が、矢印Ａで示すごとくｙ軸方向に伸
びる。次に、電極５，５゛と６，６”に電圧を印加する
と電極５と５゛では伸びを、電極６と６゜では電界方向
が逆であるから縮みの歪みを起こす。
印加すると、Ｔ型形状の細い基部のため、他の軸方向よ
り多く伸びの変位が、矢印Ａで示すごとくｙ軸方向に伸
びる。次に、電極５，５゛と６，６”に電圧を印加する
と電極５と５゛では伸びを、電極６と６゜では電界方向
が逆であるから縮みの歪みを起こす。
この結果、矢印Ｂで示すごとくＸ軸方向に変位する。更
に、電極７と７”に電圧を印加すると剪断力により、矢
印Ｃで示すごとくｚ軸方向に変位する。
に、電極７と７”に電圧を印加すると剪断力により、矢
印Ｃで示すごとくｚ軸方向に変位する。
このように駆動電極を配置し電圧を印加することにより
、トンネル電流を検出する針取りイ」け部８の針はｘ、
ｙ、ｚ軸方向に変位する。図示されていないが針取り付
は部８の針は電極７と絶縁されている。実際には、各電
極に印加される電圧値を調整することにより、３軸方向
の変位量を調整することができ、高精度な変位制御をす
ることができる。
、トンネル電流を検出する針取りイ」け部８の針はｘ、
ｙ、ｚ軸方向に変位する。図示されていないが針取り付
は部８の針は電極７と絶縁されている。実際には、各電
極に印加される電圧値を調整することにより、３軸方向
の変位量を調整することができ、高精度な変位制御をす
ることができる。
以上述べたように本発明は、新形状の水晶アクチュエー
タを提案することにより、次の著しい効果を有する。
タを提案することにより、次の著しい効果を有する。
■ 材料に水晶を使用するので、極低温でも圧電性を有
し、ＳＴＭ用アクチュエータとしてトンネル電流が得ら
れ、原子の姿を見ることかできる。
し、ＳＴＭ用アクチュエータとしてトンネル電流が得ら
れ、原子の姿を見ることかできる。
■ ｘ、ｙ、ｚ軸方向に変位さセる駆動電極は独立して
配置されているので電圧調整により、微小、かつ、高精
度の変位制御ができ、特にｙ軸方向の変位を、他の方向
より強調して制御できる。
配置されているので電圧調整により、微小、かつ、高精
度の変位制御ができ、特にｙ軸方向の変位を、他の方向
より強調して制御できる。
■ 複数のアームを機械的組立てでないので、信頼性に
優れている。
優れている。
■ 水晶の弾性定数が大きいので、高い共振周波数のア
クチュエータが得られ、高速走査が可能である。
クチュエータが得られ、高速走査が可能である。
第１図は本発明の水晶アクチュエータの形状の外観図、
第１図（ｂｌは第１図Ｆａｌの水晶アクチュエータの２
軸方向から投影した平面図である。 第２図は本発明の水晶アクチュエータの原理を説明する
だめの座標系と水晶ブロックを示す斜視図である。 １・・・水晶ブロック １゛・・・アクチュエータ ２・・・Ｔ型形状 ３・・・穴 ４．４”、５．５’ 、６．６’７．７’・・・駆動電
極８・・・針取り付は部 Ｘ・・・電気軸 ｙ・・・機械軸 ２・・・光軸 以上 出願人 セイコー電子部品株式会社 代理人 セイコー電子工業株式会社
第１図（ｂｌは第１図Ｆａｌの水晶アクチュエータの２
軸方向から投影した平面図である。 第２図は本発明の水晶アクチュエータの原理を説明する
だめの座標系と水晶ブロックを示す斜視図である。 １・・・水晶ブロック １゛・・・アクチュエータ ２・・・Ｔ型形状 ３・・・穴 ４．４”、５．５’ 、６．６’７．７’・・・駆動電
極８・・・針取り付は部 Ｘ・・・電気軸 ｙ・・・機械軸 ２・・・光軸 以上 出願人 セイコー電子部品株式会社 代理人 セイコー電子工業株式会社
Claims (1)
- 水晶ブロックから形成される圧電アクチュエータにおい
て、前記アクチュエータはＴ型形状を成し、かつ、穴が
設けられ、水晶の電気軸、機械軸、光軸をｘ軸、ｙ軸、
ｚ軸とするとき、ｘ軸と垂直な面に３対、ｙ軸と垂直な
面に１対の駆動電極が設けられている事を特徴とする圧
電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63057103A JP2639548B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63057103A JP2639548B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 圧電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01231667A true JPH01231667A (ja) | 1989-09-14 |
| JP2639548B2 JP2639548B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=13046175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63057103A Expired - Lifetime JP2639548B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2639548B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5633554A (en) * | 1992-05-29 | 1997-05-27 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Piezoelectric linear actuator |
| US5998911A (en) * | 1996-11-26 | 1999-12-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6018212A (en) * | 1996-11-26 | 2000-01-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6437483B2 (en) | 1996-11-26 | 2002-08-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6747393B2 (en) | 1996-11-26 | 2004-06-08 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6858972B2 (en) | 2002-06-21 | 2005-02-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
-
1988
- 1988-03-10 JP JP63057103A patent/JP2639548B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5633554A (en) * | 1992-05-29 | 1997-05-27 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Piezoelectric linear actuator |
| US5998911A (en) * | 1996-11-26 | 1999-12-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6018212A (en) * | 1996-11-26 | 2000-01-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6346765B1 (en) | 1996-11-26 | 2002-02-12 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibrator adjusting method |
| US6437483B2 (en) | 1996-11-26 | 2002-08-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6747393B2 (en) | 1996-11-26 | 2004-06-08 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6858972B2 (en) | 2002-06-21 | 2005-02-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2639548B2 (ja) | 1997-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4610475A (en) | Piezoelectric polymer micromanipulator | |
| US6359370B1 (en) | Piezoelectric multiple degree of freedom actuator | |
| KR930007933B1 (ko) | 자기 헤드 장치 | |
| EP0790481B1 (en) | Non-tilting plate actuator for use in a micropositioning device | |
| JPH0440951B2 (ja) | ||
| JPH01231667A (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| Fukuda et al. | Micro electrostatic actuator with three degrees of freedom | |
| JP2631297B2 (ja) | 圧電アクチュエーター | |
| JPH01214279A (ja) | 圧電アクチュエーター | |
| JPH01231669A (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JP2651462B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JPS61219549A (ja) | 微動装置 | |
| JPH03112374A (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JPH0320910B2 (ja) | ||
| JP2839526B2 (ja) | 静電形アクチュエータ | |
| JPH02206376A (ja) | 静電形多次元アクチュエータ | |
| US3851192A (en) | Electromechanical transducers using coupled ferroelectric-ferroelastic crystals | |
| JPH06112547A (ja) | 屈曲変位アクチュエータ | |
| JP2744967B2 (ja) | 微小距離移動機構 | |
| JPH088405Y2 (ja) | 圧電素子微小位置決め機構 | |
| JP2598665B2 (ja) | 微動素子 | |
| JPH0356076A (ja) | 微動機構 | |
| JPH02201977A (ja) | 圧電アクチュエータの駆動方法 | |
| JPS6289483A (ja) | 微動装置 | |
| JPS61183981A (ja) | 圧電体変位装置 |