JPH0324792B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多数重ね合わせた圧電セラミツク材
の円板および各円板間に配置した電極を有する積
層体から成る圧電式変位装置に関する。この種の
変位装置は光学装置、電子顕微鏡、マイクロ技
術、集積スイツチ回路製作、精密弁、超音波技術
等に使われる。別な用途としてリングレーザ回転
計の場合があげられる。この場合圧電式変位装置
が共振子長調整器内に、或いはデイーテル
（Dither）駆動装置として使われる。

このような変位装置は100μmまでの変位量およ
び20000Nを上回る変位力を有している必要があ
る。また、遠隔制御可能であつて、不都合な振動
のない機械的変位を可能にする必要がある。この
場合分解能は10^-9mを上回り、感度は10^-10mを上
回らねばならない。また、高真空内での使用が可
能であつて、しかもこのような使用に際してはヒ
ステリシス現象もクリープ現象もなしに働かねば
ならない。変位速度も10^-3秒当り10μmを上回る
ことが要求される。変位量レシーバの使用はでき
るだけ省略する必要があり、むしろ変位行程を電
気信号に合わせて厳密に比例させねばならない。

このような要求のすべてをみたす圧電式変位装
置はこれまで知られてない。大きな変位量の場合
に高い変位力を得るためには従来例えば圧電式の
33層積層駆動装置が使われる。この公知の積層駆
動装置の場合、圧電セラミツクの多くの円板が導
電性のエポキシド接着剤によつて互いに結合され
ており、電極は接着剤中に埋め込まれた金属フイ
ルムから成つている。このように構成された積層
駆動装置の場合、エポキシド接着剤の大きな熱膨
張の結果として熱に関連して大きな付加的な変位
が生ずる。さらに、接着剤の性質自体著しく熱に
よつて左右され、接着剤がその部分的な塑性の結
果機械的なヒステリシスを有することになる。さ
らに、接着剤はガスを発生し、従つて高真空内で
の使用には適さない。また、圧電積層円板間の接
着剤層の弾塑性特性の結果として変位装置の変位
行程、変位力、変位速度、感度、分解能が著しく
低下する。さらに、接着剤層は等質でなく、従つ
て振動振幅が大きい場合き裂することがある。

本発明の目的は、高い変位力および大きな変位
行程にもかかわらず、クリープ現象およびヒステ
リシス現象を伴わずに大きい分解能、感度、変位
速度で温度とは無関係に動作し、高真空内での使
用にも適した圧電式変位装置を提供することであ
る。このような目的を、本発明は特許請求の範囲
第１項に記載の構成によつて達成した。特許請求
の範囲第２項以下には本発明の具体的な実施態様
が示されている。

次に図面に示した実施例に従つて本発明を詳述
する： 第１図によれば、圧電セラミツク材の多数の円
板とこれら円板間に配置された電極１２とから成
る積層体が底板１４と加圧板１６との間に配置さ
れている。

圧電セラミツク材の円板１０および電極１２は
いずれも中央開口１８を有している。底板１４は
円筒壁２０を有し、この円筒壁２０は積層体およ
び加圧板１６を包囲し、外側にねじ山２２が形成
されている。加圧板１６は中央開口１８を上向き
に貫通する管状突出部２４を有している。この管
状突出部２４の肩部２６に突き棒２８が支えられ
ており、この突き棒２８はその下端部３０が加圧
板１６から突出していて、丸く面取りされてい
る。突き棒２８の上端部はねじピン３２として構
成されていて、底板１４の穴３４に係合してお
り、この場合底板１４は穴３４の周辺部において
厚さを著しく小さくされている。突き棒２８はナ
ツト３６によつて管状突出部２４の肩部２６に圧
着されており、これによつて加圧板１６は積層体
１０，１２を底板１４へ圧着する。

以上のように鉢形のケーシング１４，２０と、
管状突出部２４を有する加圧板１６と、突き棒２
８と、圧電積層体１０，１２とから構成されてい
る構造ユニツトは独立に扱える１つの構造ユニツ
トをなし、この場合圧電積層体１０，１２は接着
剤を使用することなく弾性的な、機械的な予圧に
よつてまとめて保持されている。電極１２は圧電
セラミツク材の円板１０上へ蒸着され、スパツタ
リング又は焼付けを施され、中間に挿入される金
属フイルムを介してか又は特別な形状加工によつ
て交互に結合されている。

ケーシング１４，２０および突き棒２８は小さ
な熱膨張係数の金属、例えばスーパー・アンバか
ら製作されるならば有利である。これに対して加
圧板１６は円板１０と同じ圧電セラミツク材から
製作され、これによつて圧電積層体の温度に関連
した縦方向の膨張が管状突出部２４の相応の縦方
向の膨張によつて補償される。

突き棒２８はその球形の端部３０を介して２分
割の二重ダイアフラム円筒３８上に支えられてい
る。

この二重ダイアフラム円筒３８は２つの回転対
称形のＥ形縦断面の分割片４０，４２から成つて
おり、この場合Ｅ形縦断面の内３つのウエブが光
学的接触をなしていて粘着力によつて互いに保持
される。幅の広い中央ウエブ４４，４４′とリン
グ状の外側ウエブとの間の結合部分がリングダイ
アフラム４８，５０を形成している。下側の中央
ウエブ４４′の自由面上には誘電性の多層鏡５２
が配置されている。二重ダイアフラム円筒３８は
ゼロデユール（Zerodur）から製作されていて、
積層駆動装置によつて平行に変位する部材を構成
しており、特にリングレーザ回転計における共振
子長調整器として使われる。

ねじキヤツプ５４、即ちその内ねじ山を介して
円筒状のケーシング壁２０の外ねじ山２２に係合
して上側又は下側の分割体４０，４２のリングフ
ランジ５６上へ当て付けられるねじキヤツプ５４
によつて、二重ダイアフラム円筒３８が突き棒２
８へ圧着される。

第２図に示す引張型の変位装置の場合、底板１
４と加圧板１６とがその位置を逆にされており、
１つの引張棒６４が配置されていて、その球形頭
部６６が二重ダイアフラム円筒３８の上側の分割
体４０′に係合している。この上側の分割体４
０′はこのため相応のおう所６８および中央孔７
０を有している。引張棒６４はその上部範囲にね
じ山を有しており、このねじ山に加圧板１６の管
状突出部２４内に支えられたねじスリーブ７４が
かみ合つていて圧電積層体への予圧を調節するこ
とができる。この場合ばね作用が二重ダイアフラ
ム円筒３８によつてあたえられている。ねじスリ
ーブ７４はカウンタナツト６２によつて固定され
ている。

この第２図の実施例の場合、底板１４と加圧板
１６との間に締付け固定された圧電積層体は独立
した構成ユニツトではなく、むしろ二重ダイアフ
ラム円筒３８を介してばね作用のもとに積層体に
予圧をあたえて集積構造体にする必要がある。

第３図および第４図に示す引張型の変位装置
は、第２図の実施例に対して主として圧電積層体
の構造高さが小さい点およびその結果として精確
な熱膨張補償が行なわれない点で異なる。この場
合、引張棒６４用の金属を適当に選択することに
よつて精確でない熱膨張補償を行なうことができ
る。さらに、引張棒６４の二段ヒンジ支持が設け
られている。

第３図によれば半球形の予圧ナツト７４が加圧
板１６内に相応の輪郭で形成されている中央おう
所において支えられ、引張棒６４のねじ山がこの
予圧ナツト７４を貫通している。予圧ナツト７４
は加圧板１６を弾性的に圧電積層体に締め付け、
この場合二重ダイアフラム円筒３８自体がばね力
をあたえる。予圧ナツト７４はカウンタナツト６
２によつて位置固定されている。

第２図および第３図の実施例において二重ダイ
アフラム円筒３８の両方の分割体４０′，４２間
の光学的接触部が引張力を受けるのに対して、第
４図に示す引張型の実施例においては光学的接触
部が圧縮力を受ける。

このため二重ダイアフラム円筒３８の下側の分
割体４２′に変更が加えられていて、直径方向で
横孔７６が形成されている。この横孔７６内には
球形もしくは円筒形のナツト７８が挿入されてお
り、このナツト７８へ上から引張棒６４がねじ込
まれている。この下側の分割体４２′に対して上
側の分割体４０′はプレートから成つていて、光
学的接触又は金拡散によつて下側の分割体４２′
に不動に結合されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧縮型の圧電式変位装置の縦断面図、
第２図は引張型の圧電式変位装置の縦断面図、第
３図は別の引張型の圧電式変位装置の縦断面図、
第４図はさらに別の引張型の圧電式変位装置の縦
断面図である。 １０……圧電セラミツク材の円板、１２……電
極、１４……底板、１６……加圧板、１８……中
央穴、２０……円筒壁、２２……ねじ山、２４…
…管状突出部、２６……肩部、２８……突き棒、
３０……下端部、３２……ねじピン、３４……
穴、３６……ナツト、３８……二重ダイアフラム
円筒、４０，４２……分割体、４４，４４′……
中央ウエブ、４８，５０……リングダイアフラ
ム、５２……多層鏡、５４……ねじキヤツプ、５
６……リングフランジ、５８……ねじピン、６０
……ばねナツト、６２……カウンタナツト、６４
……引張棒、６６……球形頭部、６８……おう
所、７０……中央穴、７４……予圧ナツト、７６
……横孔、７８……円筒ナツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧電式変位装置であつて、多数重ね合わせた
   圧電セラミツク材の円板および円板相互間に配置
   した電極を備えた積層体から成つており、この積
   層体は中央に貫通穴１８を有していて２つの部材
   １４，１６間に保持されており、一方の部材が不
   動の底板１４であつて、他方の部材は１つのばね
   部材に抗してしゆう動可能な加圧板１６から成つ
   ていて、この底板と加圧板との間においてゆるく
   重ね合わされた積層体が締め付けられている形式
   のものにおいて、前記可動の加圧板１６はその中
   央の突出部およびロツド部材２４，２８，６４の
   両方の内少なくとも一方が貫通穴１８，３４を貫
   通していてばね部材３８に支えられており、この
   突出部およびロツド部材の少なくとも一方が積層
   体１０，１２の熱膨張を逆向きの熱膨張によつて
   補償することを特徴とする、圧電式変位装置。 ２ 電極１２が圧電セラミツク材の１０間にゆる
   く挿入されている特許請求の範囲第１項に記載の
   圧電式変位装置。 ３ 電極１２が特殊な形状によつて圧電セラミツ
   ク材の円板１０上に形成されている特許請求の範
   囲第１項に記載の圧電式変位装置。 ４ ばね部材が１つの移動可能な機構３８によつ
   て構成されている特許請求の範囲第１に記載の圧
   電式変位装置。 ５ 加圧板１６が１つの球形体３０，６６，７８
   を介して移動可能の機構３８に支えられている特
   許請求の範囲第４項に記載の圧電式変位装置。 ６ 加圧板１６の突出部が管状突出部２４の形を
   なしており、この管状突出部２４内にばね部材３
   ８に支えられた１つのロツド部材２８が保持され
   ている特許請求の範囲第１項に記載の圧電式変位
   装置。 ７ 管状突出部２４が積層体の圧電セラミツク材
   の円板１０と同じ材料から成つている特許請求の
   範囲第６項に記載の圧電式変位装置。 ８ 管状突出部２４内に保持された部材２８は移
   動可能の機構３８によつて圧縮負荷又は引張負荷
   を受ける特許請求の範囲第６項に記載の圧電式変
   位装置。 ９ 移動可能の機構３８は二重ダイアフラム円筒
   から成つている特許請求の範囲第４項に記載の圧
   電式変位装置。 １０ 二重ダイアフラム円筒３８は２分割構造で
   あつて、両方の分割体が互いに結合されている特
   許請求の範囲第９項に記載の圧電式変位装置。 １１ 二重ダイアフラム円筒３８はガラスセラミ
   ツクから成つており、両方の分割体が互いに光学
   的接触をなしているか又は金拡散法によつて結合
   されている特許請求の範囲第１０項に記載の圧電
   式変位装置。 １２ 圧電セラミツク材の円板１０並びに管状突
   出部２４付きの加圧板１６の材料がヒステリシス
   現象およびクリープ現象のない材料である特許請
   求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１項
   に記載の圧電式変位装置。 １３ 底板１４並びにロツド状の支持部材が熱膨
   張係数の極めて小さな材料から成つている特許請
   求の範囲第６項に記載の圧電式変位装置。 １４ 鉢形の底板１４並びに引張棒６４は選定さ
   れた金属から成つていて、積層体に対して逆向き
   の熱膨張を生ずる特許請求の範囲第６項に記載の
   圧電式変位装置。 １５ 二重ダイアフラム円筒３８が金属から成つ
   ていて、両方の分割体は互いに締結されているか
   又は溶接されている特許請求の範囲第１０項に記
   載の圧電式変位装置。