JPH04100013A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 印加電圧の大きさに比例して変位する圧電板を有する圧
電アクチュエータに関し、 圧電板をストッパで所定位置に位置決めする際にチャタ
リング振幅を有効に吸収することにより位置決め精度を
向上することを目的とし、印加電圧に比例して屈曲変位
する圧電板の両側に該圧電板の変位位置を規制するス斗
ツバを設けた圧電アクチュエータであって、上記圧電板
にストッパへの衝突時に発生するチャタリング振幅を減
衰させる所定質量の質量体を設けて構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は、高速、高精度の変位が得られる圧電アクチュ
エータに関する。

近年、高速、高精度と位置変換させるアクチュエータの
ニーズが高まり、特に光ＬＡＮ等の光路変換を行う光ス
ィッチ（マルチ光フアイバ対応光スィッチ）として圧電
アクチュエータを用いる場合、１０ｎ＋ｓｅｃで数百ミ
クロン程の距離を±１−程度の位置精度で位置変換させ
ることが要求される。

〔従来の技術〕

第７図は、従来のセラミック圧電板を用いた光スィッチ
の概略斜視図である。

この図において、１はセラミック圧電板、３は可動光フ
ァイバ、５．７は固定光ファイバ、９はストッパを夫々
示す。

可動光ファイバ９はセラミック圧電板の上端に接着され
、このセラミック圧電板１は基部において基台１１に機
械的に固定されており、固定光ファイバ１１　、１２は
支持体（図示せず）によって固定される。

セラミック圧電板１の両面に形成された電極１３Ａ　、
　１３Ｂ　（１３Ａのみ図示）に電圧を与えることによ
って圧電板１の上端が矢印方向に屈曲変位し可動光ファ
イバ３を同方向に移動し、可動光ファイバ９の光軸を、
固定光ファイバ５．７のいずれかの光軸に一致させて、
両者を光学的に結合し、光の経路をスイッチングする。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の如き従来の圧電アクチュエータは
その利用範囲が低速の場合に限られ、特に高速、高精度
を要求される光スイフチとして利用するには解決すべき
課題が多く残されている。

その中の１つとして圧電板のチャタリング（振動）があ
る。即ち、圧電板ｌの変位位置あるいは初期位置はそれ
ぞれストッパ９に当接することにより決められるが、そ
の衝突の際に圧電板がチャタリングを起こし、高速の位
置決めが行えないという問題があった。

本発明の目的は、圧電板をストッパで所定位置に位置決
めする際にチャタリング振幅を有効に吸収することによ
り位置決め精度を向上することにある。それにより本発
明の圧電アクチュエータを光スィッチなどの高速アクチ
ュエータとして応用できる。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によれば、印加電圧
に比例して屈曲変位する圧電板の両側に該圧電板の変位
位置を規制するストッパを設けた圧電アクチュエータで
あって、上記圧電板にストッパへの衝突時に発生するチ
ャタリング振幅を減衰させる所定質量の質量体を設けた
ことを構成上の特徴とする。

上記圧電板は分極反転したＬｉＮｂＯ３により形成する
のが好ましい。

本発明に係る光スイッチ用圧電アクチュエータは、印加
電圧に比例して屈曲変位する圧電板と、該圧電板の両側
に設けられ圧電板の変位位置を規制するストッパと、上
記圧電板上に設けられ圧電板のストッパへの衝突時に発
生するチャタリング振幅を減衰させる所定質量の質量体
と、圧電板の上端にそれと共に変位可能に支持される少
なくとも１つの可動光ファイバと、この可動光ファイバ
に対向して圧電板の一例に配置され、圧電板の変位に応
じて可動光ファイバに光接続される少なくとも１つの固
定光ファイバとを有することを構成上の特徴とする。

〔作　用〕

圧電板両側に設置したストッパにより高速位置決めが可
能となるが、その際に圧電板上に負荷質量体が設置され
ているため高速スイッチング時にストッパと圧電板との
衝突により発生するチャタリングを大幅に吸収できる。

圧電板を分極反転したＬｉＮｂ０．により形成すること
により変位のヒステリシスがなくなりより高精度の位置
決めが可能となる。

このアクチュエータをマルチモード光ファイバ対応の機
械式光スィッチＤこ応用すれば外部振動に強い高速光ス
イッチが得られる。

〔実施例〕

第１図は本発明の基本構成を示す図で、図中、１はＰＺ
Ｔ（チタン酸ジルコン配船）等からなる圧電バイモルフ
で印加電圧に比例した屈曲変位を生じる。（９）はスト
ッパで、圧電板１の位置決め用、圧電板の自由振動抑制
用に圧電板１０両側に設置される。圧電板ｌは電圧を印
加しない自由状態では例えば左方のストッパに係止して
いる。

尚、ストッパ９と圧電板１との間に外部振動に相当する
応力を発生させておけば外部振動に強いアクチュエータ
を実現できる。１１は圧電板１の固定台で圧電板はこれ
に半田固定される。圧電板１の両側面には電極１３Ａ　
、　１３Ｂ　（１３Ａのみ図示）が形成され、端子１５
Ａ　、　１５Ｂを介して所定の電圧が印加される。

以上の如き圧電アクチュエータにおいて、本発明によれ
ば、圧電板１の側面に質量体２１が固設される。質量体
２１は圧電板１がストッパ９に衝突する時に発生するチ
ャタリング（振動）を吸収するもので、その質量や取付
位置はチャタリング振幅に応じて実験的に決められる。

質量体２１は圧電板１の上端に配置するのが最も効果的
である。

第２図は第１図に示す圧電アクチュエータの具体的寸法
の一例を示すものである。

第３図にストッパ９と質量体２１の効果を示す。

同図から、ストッパと質量体との組み合わせにより圧電
板１の振動（チャタリング）が抑制され、高速に位置変
換できる事がわかる。

第４Ａ、４Ｂ図は質量体２１の質量とチャタリング減衰
時間の関係を示す。第４Ａ図は圧電板上部の両側面に同
一の質量体２１を設置し質量の大きさと変化させた場合
、第４Ｂ図は圧電板上部の両側面に同一の質量体（３０
■）を設置し、下方に設けた追加の質量体（圧電板の一
側面のみ）２１′の質量を種々変化させた場合である。

チャタリングは主に圧電板１の２次の共振であり、質量
体を設けることにより、この共振を抑制する。第４Ａ、
４Ｂ図かられかるように、ストッパ９と質量体２１とに
よりチャタリングをｌＱｍｓｅｃ以内に抑制できる。

質量体２１　（２１’　）は例えばシリコンマスあるい
はセラミックマスにより形成される。

圧電板１として、第５Ａ図に示す如く２枚の圧電板（セ
ラミック）３１をメタルスレート３３を挾んで重ね合わ
せたセラミックのバイモルフを用いることもできるが、
第５Ｂ図に示す如く、分極反転させたＬｉＮｂＯｘを使
用すると変位のヒステリシスが無く、より高精度な位置
決めができることが確認されている。

尚、第５Ａ、５Ｂ図において、矢印は分極方向を示す。

第６Ａ〜６０図は、第２図に示すアクチュエータを光ス
ィッチに応用した実施例を示すものである。図中、第１
図で示したものと同一部品は、同一番号で示す。

基本的には圧電板工が質量体２工を有する点を除き第７
図に示す光スィッチと同様であり、可動光ファイバ（マ
ルチモード光ファイバ）４３Ａは圧電Ｆｉ１の上面にフ
ァイバガイド４１Ａを介して固定され、他方、固定光フ
ァイバ（マルチモード光ファイバ）４３Ｂはファイバガ
イド４１Ｂを介してケーシング５０に固定支持される。

ストッパ９もケーシング５０に固定される。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、数百シフロンのオ
ーダの変位を１ＯＩＩＩｓｅｃ以内で精度よく得られる
圧電アクチュエータが実現でき、光スィッチへ応用した
場合も高精度の高速スイッチングが可能であり実用性大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す図解図、第２図は本発
明の一実施例を示す図、第３図は圧電板のチャタリング
防止効果を示す線図、第４Ａ図及び第４Ｂ図はチャタリ
ング減衰時間と質量との関係を示す線図、第５Ａ図及び
第５Ｂ図は圧電板の２つの構成例を示す図、第６Ａ図、
第６Ｂ図及び第６Ｃ図は本発明に係る光スィッチの平面
図、正面図及び側面図、第７図は従来の圧電アクチュエ
ータを使用した光スィッチを示す斜視図。 １・・・圧電板、　　　　　　　９・・・ストッパ、２
１・・・質量体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、印加電圧に比例して屈曲変位する圧電板（１）の両
   側に該圧電板の変位位置を規制するストッパ（９）を設
   けた圧電アクチュエータであって、上記圧電板にストッ
   パへの衝突時に発生するチャタリング振幅を減衰させる
   所定質量の質量体（２１）を設けたことを特徴とする圧
   電アクチュエータ。 ２、上記圧電板は分極反転したＬｉＮｂＯ＿３により形
   成されることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチ
   ュエータ。 ３、印加電圧に比例して屈曲変位する圧電板（１）と、
   該圧電板の両側に設けられ圧電板の変位位置を規制する
   ストッパ（９）と、上記圧電板上に設けられ圧電板のス
   トッパへの衝突時に発生するチャタリング振幅を減衰さ
   せる所定質量の質量体（２１）と、圧電板の上端にそれ
   と共に変位可能に支持される少なくとも１つの可動光フ
   ァイバ（４３Ａ）と、この可動光ファイバに対向して圧
   電板の一側に配置され、圧電板の変位に応じて可動光フ
   ァイバに光接続される少なくとも１つの固定光ファイバ
   （４３Ｂ）とを有する光スイッチ用圧電アクチュエータ
   。