JPH036153Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案はたとえば数値制御NC工作機器の工具
の微動調整装置などに好適に用いられる駆動用圧
電装置に関する。

背景技術 第１図はリニアモータの駆動用圧電装置におけ
る先行技術の作動図である。移動体１は、移動方
向に延びる第１圧電素子部２と、第１圧電素子の
長手方向の両端に形成される第２圧電素子部３お
よび第３圧電素子部４とから構成される。この移
動体１の動作の過程は、まず第１図１に示すよう
に移動体１を溝ブロツクなどの案内体５内に挿入
する。次に第２圧電素子部３と第１図２に示すよ
うに、移動方向と垂直な方向に伸長させて案内体
５の内壁面６に圧接して固定する。次に第１圧電
素子部２を移動方向と平行に、予め定められる長
さＬだけ伸長させる。このとき第３圧電素子部４
は長さＬだけ移動方向に変位している。次に第１
図３に示すように第３圧電素子部４を移動方向と
垂直方向に伸長して、案内体５の内壁面６に圧接
して固定する。次に第２圧電素子部３を移動方向
と垂直方向に縮小させた後、第１圧電素子部２を
移動方向と平行に縮小する。このとき移動体１は
距離Ｌだけ第１図の右方に移動したことになる。
第１図４では、まず第２圧電素子部を移動方向と
垂直に伸長させ案内体５の内壁面６に圧接して固
定する。次に第３圧電素子部を移動方向と垂直に
縮小した後、第１圧電素子部２を移動方向と平行
に伸長する。このように第１図１から第１図４ま
での動作を繰に返すことによつて移動体１を案内
体５の内壁面６に沿つて一方向に移動することが
できる。

このような従来技術の移動体１では圧電素子部
２，３，４の伸長および縮小の変位量が極めて小
さいため移動体１の移動速度が遅く、しかも案内
体５の内壁面６の幅などについて極めて高い精度
が要求された。

目 的 本考案の目的は、上述の技術的課題を解決し、
構成が簡単で移動速度が高められかつ安定して作
動する駆動用圧電装置を提供することである。

考案の構成 本考案は、共通電極板を挾んでその厚み方向両
側に、圧電材料から成る圧電体をそれぞれ設け、
前記圧電体には、移動方向に３分割された電極板
を、圧電体を介して共通電極板と対向するように
取り付け、共通電極板と圧電体と３分割された各
電極板とによつてバイモルフ構造をそれぞれ実現
し、 圧電体の厚み方向に凸状または凹状に彎曲する
第１圧電素子部と、 第１圧電素子部の移動方向の一端部に配置され
た第２圧電素子部と、 第１圧電素子部の移動方向の他端部に配置され
た第３圧電素子部と、 第１圧電素子部の前記一端部と第２圧電素子部
とを連結し、第１圧電素子部の前記分割された電
極板と、第２圧電素子部の前記分割された電極板
との間を取り囲み、移動方向に垂直な軸線まわり
に角変位可能な電極絶縁性材料から成る第１連結
部材と、 第１圧電素子部の前記他端部と第３圧電素子部
とを連結し、第１圧電素子部の前記分割された電
極板と、第３圧電素子部の前記分割された電極板
との間を取り囲み、移動方向に垂直な軸線まわり
に角変位可能な電気絶縁性材料から成る第２連結
部材とを形成し、 絶縁材料から成り、前記第１連結部材を外囲す
るように配置された第１絶縁部材と、 絶縁材料から成り、第２連結部材を外囲するよ
うに配置された第２絶縁部材と、 絶縁材料から成り、第２圧電素子部の遊端部側
に配置された第３絶縁部材と、 絶縁材料から成り、第３圧電素子部の遊端部側
に配置された第４絶縁部材と、 第１圧電素子部と第２圧電素子部と第３圧電素
子部の作動を制御する制御回路とを含むことを特
徴とする駆動用圧電装置である。

好ましい実施態様では、前記第１絶縁部材と第
２絶縁部材の前記圧電素子の厚み方向の幅に比べ
て、前記第３絶縁部材と第４絶縁部材の前記圧電
素子の厚み方向の幅を短くしたことを特徴とす
る。

実施例 第２図は本考案に従う移動体７が溝ブロツクな
どの案内体８の中に挿入された状態を示す水平断
面図であり、第３図は第２図の構成の縦断面図で
あり、第４図は第２図の構成の軸直角断面図であ
り、第５図は第３図の部分Ｖの一部を切欠いて示
す拡大斜視図である。移動体７は、移動方向に延
びる第１圧電素子部９と、第１圧電素子部の移動
方向の一端に配置された第２圧電素子部１０と、
第１圧電素子部９の移動方向の他の一端に配置さ
れた第３圧電素子部１１とを含む。第１圧電素子
部９と第２圧電素子部１０の連結部には第１絶縁
部材１２が配置され、第１圧電素子部９と第３圧
電素子部１１の連結部には第２絶縁部材１３が配
置される。第２圧電素子部１０の遊端側には第３
絶縁部材１４が配置され、第３圧電素子部の遊端
側には第４絶縁部材１５が配置される。

第１絶縁部材１２および第２絶縁部材１３の第
１圧電素子部９の厚み方向の幅Ｄ１は、第３絶縁
部材１４および第４絶縁部材１４の第１圧電素子
部９の厚み方向の幅Ｄ２にほぼ等しく、あるいは
わずかに長く形成される。また第１絶縁部材１２
および第２絶縁部材１３は案内体８の移動空間１
８内を摺動し、移動体７を案内体８の移動空間１
８内で案内する。第３絶縁部材１４および第４絶
縁部材１５は、後述するように第２圧電素子部１
０および第３圧電素子部１１の屈曲時において、
案内体８の内壁面１６に確実に固着するように形
成されている。

第６図は本考案に従う移動体７の斜視図であ
る。移動体７は基本的には第１電極部としての共
通電極板１９と、その両表面に固着される一対の
圧電素子２０と前述のように配置された絶縁部材
１２〜１５とを含む。圧電素子２０は共通電極１
９の両表面に固着され、圧電材料から成る一対の
圧電体２１，２２と、圧電体２１，２２の共通電
極に臨む面とは反対側の表面にそれぞれ固着され
る第２電極部２３，２４とを含む。共通電極板１
９は長方形状に形成され、圧電体２１，２２は直
方体状に形成される。また第２電極部２３，２４
はそれぞれ第２電極板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ；
２４ａ，２４ｂ，２４ｃに３分割される。参照符
２１ａ，２１ｂ，２１ｃを総括的に参照符２１で
示し、また参照符２２ａ，２２ｂ，２２ｃを総括
的に参照符２２で示すことがある。

第１圧電素子部９は共通電極板１９の部分１９
ａと圧電体２１，２２の部分２１ａ，２２ａと第
２電極板２３，２４の部分２３ａ，２４ａとから
構成される。第２圧電素子部１０は共通電極板１
９の部分１９ｂと圧電体２１，２２の部分２１
ｂ，２２ｂと第２電極板２３，２４の部分２３
ｂ，２４ｂとから構成される。第３圧電素子部は
共通電極板１９の部分１９ｃと圧電体２１，２２
の部分２１ｃ，２２ｃと第２電極２３，２４の部
分２３ｃ，２４ｃとから構成される。第１圧電素
子部９と第２圧電素子部１０とを連結する第１連
結部材２５は共通電極板１９と圧電体２１，２２
の一部分を含み第２電極板２３，２４が欠けた構
成を有する。第１圧電素子部９と第３圧電素子部
１１とを連結する第２連結部材２６は第１連結部
材と同様の構成を有する。

すなわち第１連結部材２５は、第１圧電素子部
９の分割された電極板２３ａ，２４ａと、第２圧
電素子部１０の分割された電極板２３ｂ，２４ｂ
との間を取り囲む。また第２連結部材２６は第１
圧電素子部９の分割された電極板２３ａ，２４ａ
と第３圧電素子部１１の分割された電極板２３
ｃ，２４ｃとの間を取り囲む。これらの第１およ
び第２連結部材２５，２６は、電気絶縁性材料か
ら成る。

第１連結部材２５を移動方向と垂直方向に外囲
して第１絶縁部材１２が配置され、第２連結部材
２６を移動方向と垂直方向に外囲して第２絶縁部
材１３が配置される。第２圧電素子部１０の遊端
側には第３絶縁部材１４が配置され、第３圧電素
子部１１の遊端側には第４絶縁部材１５が配置さ
れる。

圧電体２１，２２の材料には、無機材料の
PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）が好適に用いられ
るが、またたとえば無機材料と高分子材料との複
合物が用いられる。複合物としては圧電性磁器粉
末、たとえばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコ
ン酸鉛PZTなどの粉末を均一分散して含んだ高
分子材料が好ましく、高分子材料としてはフツ化
ビニリデンの単独重合体やフツ化ビニリデン−３
フツ化エチレン共重合体などのフツ化ビニリデン
共重合体が好適である。第１絶縁部材１２〜第４
絶縁部材１５の材料には、たとえば絶縁性を有す
るプラスチツクやセラミツクスなどを用いること
ができる。

第７図は本実施例の電気的構成を示す簡略化し
たブロツク図である。共通電極板１９および第２
電極板２３ａ，２４ａ，２３ｂ，２４ｂ，２３
ｃ，２４ｃは後述する駆動時において円滑な駆動
状態を得るために基本的には単一の制御回路２７
によつて統一的に制御される。またこの駆動時に
は共通電極板１９と第２電極板２３，２４とには
電気的極性の異なる電圧が与えられる。

第８図は第７図に示される各電極に与えられる
電圧の波形図である。第８図１は共通電極板１９
ｂと第２電極板２３ｂ，２４ｂとの間に、すなわ
ち第２圧電素子部１０に与えられる電圧の波形を
示す。第８図２は共通電極板１９ｃと第２電極板
２３ａ，２４ａとの間に、すなわち第１圧電素子
部９に与えられる電圧の波形を示す。第８図３は
共通電極板１９ｃと第２電極板２３ｃ，２４ｃと
の間に、すなわち第３圧電素子部１１に与えられ
る電圧の波形を示す。

第９図は、第８図に示される波形の電圧を各電
極板に与えたときの各圧電素子部と移動体７の作
動状態を説明する図である。第８図および第９図
を参照して移動体１の作動状態を説明する。初期
状態として各電極板に電圧は無印加であり、第９
図１の状態であるとする。第８図１のように時刻
ｔ１のとき第２圧電素子部１０に電圧を印加する
と第９図２で示すように第９図の上方に屈曲し第
３絶縁部材１４が第２図示の案内体８の内壁面１
６に圧着され固定される。第８図２のように時刻
ｔ２で第１圧電素子部９に電圧を印加すると第９
図３で示すように第９図の上方に彎曲する。この
とき第３絶縁部材１４は第２図示の案内体８の内
壁面１６に対し固定されているので移動体７は第
９図３で示すように予め定める長さＷだけ第９図
の左方に収縮することになる。

次に第８図３で示すように時刻ｔ４で第３圧電
素子部１１に電圧を印加すると、第９図４で示す
ように第３圧電素子部１１は第９図の上方に屈曲
する。このとき第４絶縁部材１５は第２図示の案
内体８の内壁面１６に圧着し固定される。第８図
１で示すように時刻ｔ５で第２圧電素子部１０へ
の電圧印加を解除すると、第９図５で示すように
第２圧電素子部１０は屈曲状態から解除され原形
に復す。すなわち第２図示の案内体８の内壁面１
６への固着状態から解除され、任意に摺動可能な
状態となる。

次に第８図２で示すように時刻ｔ６で第１圧電
素子部９への電圧印加を解除すると、第１圧電素
子部９は第９図６で示すように彎曲状態から解除
され原形に復す。このとき第３圧電素子部１１は
屈曲したままなので第４絶縁部材１５は第２図示
の案内体８の内壁面１６に対し固定されているの
で、移動体７は第９図の左方に前述の長さＷだけ
伸長することになる。このとき移動体７は第９図
１の位置と比べて第９図の左方に長さＷだけ移動
していることになる。次に第８図１で示すよう
に、時刻ｔ７において第２圧電素子部１０に電圧
を印加すると、第２圧電素子部１０は第９図７で
示すように第９図の上方に屈曲し、第３絶縁部材
１４が第２図示の案内体８の内壁面１６に圧着し
固定される。次に第８図３で示すように時刻ｔ８
で第３圧電素子部１１の電圧印加を解除すると、
第３圧電素子部１１の屈曲状態から原形に復し第
９図２で示される状態になる。

以上のようにして第９図２〜第９図７の過程を
繰り返すことによつて、移動体７を第９図の左方
へ任意の距離だけ移動させることができる。また
移動体７の移動方向を逆（第９図の左方）にする
には、第８図１で示される波形の電圧を第３圧電
素子部１１に与え、第８図３で示される波形の電
圧を第２圧電素子部１０に与えればよい。このよ
うな移動体７には、移動体７の前述したような移
動を第２図示の案内体８の外部へ伝達する。たと
えばロツドのような伝達手段（図示せず）が取付
けられており、これによつて移動体７はリニアモ
ータとしての機能を果たすようにすることができ
る。また本実施例では案内体８を溝ブロツクとし
て示しているが、案内体８は他の構成をとつても
よい。

本考案者の実験結果によれば一対の圧電素子２
０を３つの部分に分割し、各圧電素子部の屈曲に
よつて移動させるようにしたので、各圧電素子部
の屈曲率を任意に設定することができ、また従来
技術で示した圧電装置の１サイクルの移動量と比
較して約10倍以上の移動量を得ることができた。

第１０図は本考案の他の実施例の移動体７の平
面図であり、第１１図は第１０図の正面図であ
り、第１２図は第１１図の側面図である。本実施
例は第６図示の実施例に類似し、対応する部分に
は同一の参照符を付す。注目すべきは第１絶縁部
材１２と第２絶縁部材１３の外方表面が円滑な円
弧面から成るように形成されたことである。前述
したように第１絶縁部材１２と第２絶縁部材１３
は第２図示の案内体８の内壁面１８に沿つて摺動
するが、そのときに本実施例におけるような形状
にしたことですべり摩擦係数を低くすることがで
きる。

第１３図は本考案のさらに他の実施例における
移動体７の平面図であり、第１４図は第１３図の
正面図であり、第１５図は第１４図の切断面線
−より見た側断面図である。本実施例は第
６図示の実施例に類似し、対応する部分には同一
の参照符を付す。注目すべきは第１絶縁部材１２
と第２絶縁部材１３の各圧電素子部の厚み方向と
は垂直方向の側部に、移動方向と平行な凹状溝を
成す切欠き部２８を設けたことである。各圧電素
子の各電極を第７図示のような制御回路２７と電
気的に連結する導電線２９をこの切欠き部２８に
挿通し固定することができる。このようにするこ
とで導電線２９を第２図示の案内体８の内壁面１
６と接触しないように保持することが可能にな
り、また導電線２９は移動体７の移動にともなつ
て移動することになる。したがつて移動体７の任
意の移動を図り易くなり、また移動にともなう導
電線２９の屈曲や第２図示の案内体８の内壁面１
６への摺擦を減少し、導電線２９の切断などを防
止することができる。

本考案に従う圧電装置は、数値制御NC工作機
器の工具や工作物などの位置決め、顕微鏡の標本
類の微動送り、光学系反射鏡その他の望遠鏡の微
角度調整、その他各種の微動調整装置だけでなく
その他の技術分野においても広範囲に実施するこ
とができる。

また前述の実施例では、第１連結部材２５およ
び第２連結部材２６は、共通電極板１９および圧
電体２１，２２から構成されたが、本考案はこの
ような構成に限らず、たとえばゴムなどの弾性体
などによつて第１および第２連結部材２５，２６
を形成するようにしてもよい。

効 果 以上のように本考案によれば、バイモルフ構造
を有する３つの圧電素子部から移動体を構成する
ようにし、各圧電素子部の屈曲によつて移動させ
るようにしたので、移動速度の大幅な増大を図る
ことができる。また圧電素子や案内体の内壁面な
どの工作においても従来より低い精度で行うこと
ができる。また絶縁部材を設けたことで圧電素子
の電極板などを案内体の内壁面から遊離させるこ
とが可能になり、時間経過による摩耗、疲労など
を低くすることができ安定した作動状態を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の移動体１の駆動説明図、第
２図は本考案の一実施例の水平断面図、第３図は
第２図の実施例の縦断面図、第４図は第２図の実
施例の軸直角断面図、第５図は第３図の部分Ｖの
一部を切欠いて示す拡大斜視図、第６図は第２図
の実施例の移動体７の斜視図、第７図は第２図の
実施例の電気的構成を示すブロツク図、第８図は
第１圧電素子部９、第２圧電素子部１０、第３圧
電素子部１１に加える電圧の波形図、第９図は移
動体７の駆動状態を説明する図、第１０図は本考
案の他の実施例の平面図、第１１図は第１０図の
正面図、第１２図は第１１図の側面図、第１３図
は本考案のさらに他の実施例の平面図、第１４図
は第１３図の正面図、第１５図は第１４図の切断
面線−から見た側断面図である。 ７……移動体、８……案内体、９……第１圧電
素子部、１０……第２圧電素子部、１１……第３
圧電素子部、１２……第１絶縁部材、１３……第
２絶縁部材、１４……第３絶縁部材、１５……第
４絶縁部材、１６……内壁面、２５……第１連結
部材、２６……第２連結部材、２８……切欠き
部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 共通電極板を挟んでその厚み方向両側に、圧
   電材料から成る圧電体をそれぞれ設け、前記圧
   電体には、移動方向に３分割された電極板を、
   圧電体を介して共通電極板と対向するように取
   り付け、共通電極板と圧電体と３分割された各
   電極板とによつてバイモルフ構造をそれぞれ実
   現し、 圧電体の厚み方向に凸状または凹状に彎曲す
   る第１圧電素子部と、 第１圧電素子部の移動方向の一端部に配置さ
   れた第２圧電素子部と、 第１圧電素子部の移動方向の他端部に配置さ
   れた第３圧電素子部と、 第１圧電素子部の前記一端部と第２圧電素子
   部とを連結し、第１圧電素子部の前記分割され
   た電極板と、第２圧電素子部の前記分割された
   電極板との間を取り囲み、移動方向に垂直な軸
   線まわりに角変位可能な電気絶縁性材料から成
   る第１連結部材と、 第１圧電素子部の前記他端部と第３圧電素子
   部とを連結し、第１圧電素子部の前記分割され
   た電極板と、第３圧電素子部の前記分割された
   電極板との間を取り囲み、移動方向に垂直な軸
   線まわりに角変位可能な電気絶縁性材料から成
   る第２連結部材とを形成し、 絶縁材料から成り、前記第１連結部材を外囲
   するように配置された第１絶縁部材と、 絶縁材料から成り、第２連結部材を外囲する
   ように配置された第２絶縁部材と、 絶縁材料から成り、第２圧電素子部の遊端部
   側に配置された第３絶縁部材と、 絶縁材料から成り、第３圧電素子部の遊端部
   側に配置された第４絶縁部材と、 第１圧電素子部と第２圧電素子部と第３圧電
   素子部の作動を制御する制御回路とを含むこと
   を特徴とする駆動用圧電装置。 (2) 前記第１絶縁部材と第２絶縁部材の前記圧電
   素子の厚み方向の幅に比べて、前記第３絶縁部
   材と第４絶縁部材の前記圧電素子の厚み方向の
   幅を短くしたことを特徴とする実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の駆動用圧電装置。