JPH0846261A - 積層型圧電アクチュエータ - Google Patents
積層型圧電アクチュエータInfo
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- JPH0846261A JPH0846261A JP6197211A JP19721194A JPH0846261A JP H0846261 A JPH0846261 A JP H0846261A JP 6197211 A JP6197211 A JP 6197211A JP 19721194 A JP19721194 A JP 19721194A JP H0846261 A JPH0846261 A JP H0846261A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速かつ高精度で位置決め可能な積層型圧電
アクチュエータを提供する。 【構成】 現在位置から１０μｍ伸長した位置へ位置決
め制御する場合は、粗動部３の圧電素子１２に電圧を印
加して、１０±０．１μｍの距離まで移動させる。続い
て残りの±０．１μｍに対して、微動部２の圧電素子４
の積層体５に電圧を印加して、±０．００５μｍの移動
により位置決めする。微動部２と粗動部３とを備えるこ
とにより、高速応答性と微少位置決め性を兼ね備えるこ
とができる。
アクチュエータを提供する。 【構成】 現在位置から１０μｍ伸長した位置へ位置決
め制御する場合は、粗動部３の圧電素子１２に電圧を印
加して、１０±０．１μｍの距離まで移動させる。続い
て残りの±０．１μｍに対して、微動部２の圧電素子４
の積層体５に電圧を印加して、±０．００５μｍの移動
により位置決めする。微動部２と粗動部３とを備えるこ
とにより、高速応答性と微少位置決め性を兼ね備えるこ
とができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一枚以上の圧電素子を積
層した積層体により形成される粗動部と微動部とから構
成される積層型圧電アクチュエータに関するものであ
る。
層した積層体により形成される粗動部と微動部とから構
成される積層型圧電アクチュエータに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高精度の位置決め用のアクチュエータと
して、従来からピエゾアクチュエータが用いられてい
る。ピエゾアクチュエータの有効ストロークは極めて小
さいので、分解能は必然的に低くなりフルストロークに
対する分解能は高々１〜０．１％程度である。このた
め、特開平５−１６０４５９号公報に開示されるよう
に、粗動用ピエゾアクチュエータと微動用ピエゾアクチ
ュエータとを、変位方向に直列に積層することで有効ス
トロークを延ばし、分解能を０．０１％まで向上してい
る。
して、従来からピエゾアクチュエータが用いられてい
る。ピエゾアクチュエータの有効ストロークは極めて小
さいので、分解能は必然的に低くなりフルストロークに
対する分解能は高々１〜０．１％程度である。このた
め、特開平５−１６０４５９号公報に開示されるよう
に、粗動用ピエゾアクチュエータと微動用ピエゾアクチ
ュエータとを、変位方向に直列に積層することで有効ス
トロークを延ばし、分解能を０．０１％まで向上してい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記微
動用ピエゾアクチュエータは、積層枚数が少ないばかり
でなく静電容量も少ない。従って、この微動用ピエゾア
クチュエータを駆動するためには、極めて微小な電流を
制御する必要があり、駆動回路がコスト高となるという
問題点がある。本発明は上記問題点を解決するためにな
されたもので、圧電素子の積層枚数と板厚によって静電
容量が変化することに着目し、電流を多く流せる微動用
の圧電素子と、小さな電流で動作する高速用の圧電素子
とを用いて、高速かつ高精度で位置決めすることができ
る積層型圧電アクチュエータを提供することを目的とす
る。
動用ピエゾアクチュエータは、積層枚数が少ないばかり
でなく静電容量も少ない。従って、この微動用ピエゾア
クチュエータを駆動するためには、極めて微小な電流を
制御する必要があり、駆動回路がコスト高となるという
問題点がある。本発明は上記問題点を解決するためにな
されたもので、圧電素子の積層枚数と板厚によって静電
容量が変化することに着目し、電流を多く流せる微動用
の圧電素子と、小さな電流で動作する高速用の圧電素子
とを用いて、高速かつ高精度で位置決めすることができ
る積層型圧電アクチュエータを提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、一枚以上の圧電素子を積層した積層体により形成さ
れる粗動部と微動部とを、直列に配置した積層型圧電ア
クチュエータにおいて、前記微動部を構成する前記圧電
素子の板厚を、前記粗動部を形成する前記圧電素子の板
厚よりも薄くしたことを特徴とする。
請求項１に記載の本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、一枚以上の圧電素子を積層した積層体により形成さ
れる粗動部と微動部とを、直列に配置した積層型圧電ア
クチュエータにおいて、前記微動部を構成する前記圧電
素子の板厚を、前記粗動部を形成する前記圧電素子の板
厚よりも薄くしたことを特徴とする。
【０００５】上記目的を達成するため請求項２に記載の
発明は、一枚以上の圧電素子を積層した積層体により形
成される粗動部と微動部とを、直列に配置した積層型圧
電アクチュエータにおいて、前記微動部を圧電素子の枚
数が２n（ｎ＝０，１，２・・・）からなる複数のユニ
ットから構成するとともに、各ユニット毎に圧電素子の
枚数を異ならせたことを特徴とする。
発明は、一枚以上の圧電素子を積層した積層体により形
成される粗動部と微動部とを、直列に配置した積層型圧
電アクチュエータにおいて、前記微動部を圧電素子の枚
数が２n（ｎ＝０，１，２・・・）からなる複数のユニ
ットから構成するとともに、各ユニット毎に圧電素子の
枚数を異ならせたことを特徴とする。
【０００６】上記目的を達成するため請求項３に記載の
発明は、上記請求項２記載の積層型圧電アクチュエータ
において、前記微動部を構成する各ユニットを個別に駆
動するようにしたことを特徴とする。
発明は、上記請求項２記載の積層型圧電アクチュエータ
において、前記微動部を構成する各ユニットを個別に駆
動するようにしたことを特徴とする。
【０００７】上記目的を達成するため請求項４に記載の
発明は、一枚以上の圧電素子を積層した積層体により粗
動部と微動部とを形成し、該粗動部の積層方向の端部
と、前記微動部の積層方向と直交する側部とを当接した
ことを特徴とする。
発明は、一枚以上の圧電素子を積層した積層体により粗
動部と微動部とを形成し、該粗動部の積層方向の端部
と、前記微動部の積層方向と直交する側部とを当接した
ことを特徴とする。
【０００８】
【発明の作用及び効果】請求項１記載の積層型圧電アク
チュエータによれば、微動部を構成する圧電素子の板厚
を、粗動部を形成する圧電素子の板厚より薄くすること
により、微動部を構成する圧電素子一枚当たりの静電容
量が、粗動部を構成する圧電素子の静電容量よりも多く
なる。このため、電界強度を等しくした場合、微動部を
構成する圧電素子一枚当たりの歪は、粗動部を構成する
圧電素子一枚当たりの歪よりも小さくなるにもかかわら
ず、各圧電素子を流れる電流は等しくなる。従って、同
じ電流量を流すことにより、微動部では微小変位量の位
置決めを行い、粗動部では所定変位量の位置決めを高速
で行うことができるから、駆動回路の構成が簡単になる
とともに、電流制御も簡単に行うことができる。
チュエータによれば、微動部を構成する圧電素子の板厚
を、粗動部を形成する圧電素子の板厚より薄くすること
により、微動部を構成する圧電素子一枚当たりの静電容
量が、粗動部を構成する圧電素子の静電容量よりも多く
なる。このため、電界強度を等しくした場合、微動部を
構成する圧電素子一枚当たりの歪は、粗動部を構成する
圧電素子一枚当たりの歪よりも小さくなるにもかかわら
ず、各圧電素子を流れる電流は等しくなる。従って、同
じ電流量を流すことにより、微動部では微小変位量の位
置決めを行い、粗動部では所定変位量の位置決めを高速
で行うことができるから、駆動回路の構成が簡単になる
とともに、電流制御も簡単に行うことができる。
【０００９】請求項２記載の積層型圧電アクチュエータ
によれば、微動部を圧電素子の枚数が２n（ｎ＝０，
１，２・・・）からなる複数のユニットから構成すると
ともに、各ユニット毎に圧電素子の枚数を異ならせてい
る。従って、微小変位量の位置決めを、変位量が段階的
に相違する各ユニットをオン・オフ制御するだけで行う
ことができる。
によれば、微動部を圧電素子の枚数が２n（ｎ＝０，
１，２・・・）からなる複数のユニットから構成すると
ともに、各ユニット毎に圧電素子の枚数を異ならせてい
る。従って、微小変位量の位置決めを、変位量が段階的
に相違する各ユニットをオン・オフ制御するだけで行う
ことができる。
【００１０】請求項３記載の積層型圧電アクチュエータ
によれば、微動部を構成する各ユニットを個別に駆動す
るようにしたことにより、段階的に相違する各ユニット
の変位量を任意に組み合わせて、オン・オフ制御するこ
とにより微小変位量の位置決めの精度を高めることがで
きる。
によれば、微動部を構成する各ユニットを個別に駆動す
るようにしたことにより、段階的に相違する各ユニット
の変位量を任意に組み合わせて、オン・オフ制御するこ
とにより微小変位量の位置決めの精度を高めることがで
きる。
【００１１】請求項４記載の積層型圧電アクチュエータ
によれば、粗動部の積層方向の端部と、前記微動部の積
層方向と直交する側部とが当接される。電圧の印加によ
り駆動される微動部は、ポアソン比により規定される変
位量、粗動部の変位方向に変位でき、微小変位量の位置
決めの精度をより高めることができる。
によれば、粗動部の積層方向の端部と、前記微動部の積
層方向と直交する側部とが当接される。電圧の印加によ
り駆動される微動部は、ポアソン比により規定される変
位量、粗動部の変位方向に変位でき、微小変位量の位置
決めの精度をより高めることができる。
【００１２】
（第１実施例）本発明の第１実施例を図面に従い説明す
る。図１は本実施例に係る積層型圧電アクチュエータの
構造を示す分解斜視図である。両端に配置される絶縁ダ
ミー１ａ，１ｂ間に微動部２と粗動部３とが絶縁ダミー
１ｃを挟んで直列に配置されている。絶縁ダミー１ａ，
１ｂ，１ｃは、素子に印加される電圧が外部に漏れるの
を阻止する絶縁体であるとともに、外周部品と素子との
間に介装されて該素子を保護する。このため、絶縁ダミ
ー１ａ，１ｂ，１ｃは、チタン酸ジルコン酸鉛（以下Ｐ
ＺＴという）やアルミナ等のセラミックスで形成され、
その両端面の面粗度及び平面度は、ともに高精度の仕上
げが施されている。
る。図１は本実施例に係る積層型圧電アクチュエータの
構造を示す分解斜視図である。両端に配置される絶縁ダ
ミー１ａ，１ｂ間に微動部２と粗動部３とが絶縁ダミー
１ｃを挟んで直列に配置されている。絶縁ダミー１ａ，
１ｂ，１ｃは、素子に印加される電圧が外部に漏れるの
を阻止する絶縁体であるとともに、外周部品と素子との
間に介装されて該素子を保護する。このため、絶縁ダミ
ー１ａ，１ｂ，１ｃは、チタン酸ジルコン酸鉛（以下Ｐ
ＺＴという）やアルミナ等のセラミックスで形成され、
その両端面の面粗度及び平面度は、ともに高精度の仕上
げが施されている。
【００１３】微動部２の構成を説明する。複数枚のＰＺ
Ｔ等の圧電素子４を積層した積層体５が構成され、該積
層体５の両面に銀ペースト等により電極６が形成されて
いる（図２参照）。圧電素子４間を電気的に並列に接続
するため、積層体５の側面に銀ペースト等により外部電
極７，７が径方向で対向して形成されている。絶縁ダミ
ー１ａと積層体５の間には（＋）電極板８が、積層体５
と絶縁ダミー１ｃの間には（−）電極板９が配置され
る。（＋）電極板８及び（−）電極板９は、厚さ０．０
２ｍｍ程度のステンレス薄板若しくは銅薄板により形成
されている。そして、径方向の電極片８ａ，９ａが折曲
されて前記外部電極７，７に重ね合わされている。電極
片８ａ，９ａには、それぞれリード線１０，１１が結線
されている。
Ｔ等の圧電素子４を積層した積層体５が構成され、該積
層体５の両面に銀ペースト等により電極６が形成されて
いる（図２参照）。圧電素子４間を電気的に並列に接続
するため、積層体５の側面に銀ペースト等により外部電
極７，７が径方向で対向して形成されている。絶縁ダミ
ー１ａと積層体５の間には（＋）電極板８が、積層体５
と絶縁ダミー１ｃの間には（−）電極板９が配置され
る。（＋）電極板８及び（−）電極板９は、厚さ０．０
２ｍｍ程度のステンレス薄板若しくは銅薄板により形成
されている。そして、径方向の電極片８ａ，９ａが折曲
されて前記外部電極７，７に重ね合わされている。電極
片８ａ，９ａには、それぞれリード線１０，１１が結線
されている。
【００１４】粗動部３の構成を説明する。上記微動部２
の圧電素子４の板厚の２倍以上の板厚の圧電素子１２の
両面に電極１３が形成されている。絶縁ダミー１ｃと圧
電素子１２の間に（＋）電極板１４が配置され、積層さ
れた圧電素子１２と絶縁ダミー１ｂとの間に（−）電極
板１５が配置される。そして、積層される複数枚の圧電
素子１２を電気的に並列接続するため、各圧電素子１２
間に（＋）電極板１４と（−）電極板１５が交互に配置
されている。各（＋）電極板１４及び（−）電極板１５
には、それぞれ径方向で対向する電極片１４ａ，１５ａ
が形成され、圧電素子１２の側面に沿って折曲されてい
る。各電極片１４ａ及び各電極片１５ａ間は、それぞれ
側面電極板１６及び１７をスポット溶接して橋絡状に接
続されている。側面電極板１６及び１７には、リード線
１８，１９が結線される。圧電素子１２、電極１３、
（＋）電極板１４及び（−）電極板１５等の材質、組成
等は、上記微動部２のものと同様である。
の圧電素子４の板厚の２倍以上の板厚の圧電素子１２の
両面に電極１３が形成されている。絶縁ダミー１ｃと圧
電素子１２の間に（＋）電極板１４が配置され、積層さ
れた圧電素子１２と絶縁ダミー１ｂとの間に（−）電極
板１５が配置される。そして、積層される複数枚の圧電
素子１２を電気的に並列接続するため、各圧電素子１２
間に（＋）電極板１４と（−）電極板１５が交互に配置
されている。各（＋）電極板１４及び（−）電極板１５
には、それぞれ径方向で対向する電極片１４ａ，１５ａ
が形成され、圧電素子１２の側面に沿って折曲されてい
る。各電極片１４ａ及び各電極片１５ａ間は、それぞれ
側面電極板１６及び１７をスポット溶接して橋絡状に接
続されている。側面電極板１６及び１７には、リード線
１８，１９が結線される。圧電素子１２、電極１３、
（＋）電極板１４及び（−）電極板１５等の材質、組成
等は、上記微動部２のものと同様である。
【００１５】微動部２により、微少変位を高精度で制御
するためには、圧電素子４に微少電流を印加する必要が
あるが、増幅器内のスイッチング素子での漏れ電流を考
慮すると、できるだけ多くの電流が流れる圧電素子４を
用いることが好ましい。しかも、微少変位を制御するも
のであるため枚数は少なくてよい。しかしながら、粗動
部３に用いられる圧電素子１２と同じ板厚のものを用い
ると、流れる電流が少なすぎる。このため、微動部２を
構成する積層体５は、粗動部３の圧電素子１２よりも板
厚の薄い圧電素子４を複数枚積層したものである。これ
により静電容量を増加して電流が多く流れるようにして
いる。
するためには、圧電素子４に微少電流を印加する必要が
あるが、増幅器内のスイッチング素子での漏れ電流を考
慮すると、できるだけ多くの電流が流れる圧電素子４を
用いることが好ましい。しかも、微少変位を制御するも
のであるため枚数は少なくてよい。しかしながら、粗動
部３に用いられる圧電素子１２と同じ板厚のものを用い
ると、流れる電流が少なすぎる。このため、微動部２を
構成する積層体５は、粗動部３の圧電素子１２よりも板
厚の薄い圧電素子４を複数枚積層したものである。これ
により静電容量を増加して電流が多く流れるようにして
いる。
【００１６】一方、圧電アクュエータの高速応答性は、
現実的には電源の容量により支配される。圧電アクュエ
ータの静電容量が小さくなると消費電流が減少する。従
って、圧電素子の厚さを厚くして素子枚数を減らして、
静電容量を小さくすることにより小電流アンプでも高速
応答性を確保できる。
現実的には電源の容量により支配される。圧電アクュエ
ータの静電容量が小さくなると消費電流が減少する。従
って、圧電素子の厚さを厚くして素子枚数を減らして、
静電容量を小さくすることにより小電流アンプでも高速
応答性を確保できる。
【００１７】このため本実施例では、上記微動部２の積
層体５を構成する圧電素子４の一枚の板厚は、粗動部３
の圧電素子１２の板厚の１／２以下に設定されている。
これにより、圧電素子４一枚当たりの静電容量は圧電素
子１２の２倍以上となる。従って、電界強度を等しくし
た場合は、圧電素子４の一枚当たりの歪みは、圧電素子
１２の歪みの１／２以下となるにも拘わらず、流れる電
流は等しくなる。具体的には、微動部２では板厚０．１
ｍｍの圧電素子４を１０枚積層して積層体５を構成し、
１ｋＶ／ｍｍまでの電界強度を加えると、０〜１μｍの
変位に対して±０．００５μｍ（±０．５％）の精度で
位置決めできる。また、粗動部３では板厚０．５ｍｍの
圧電素子１２を１００枚積層し、１ｋＶ／ｍｍまでの電
界強度を加えると、０〜５０μｍの変位に対して±０．
１μｍ（±０．２％）の精度の位置決めを１５０ｍＡの
電源を用いて１ｍ秒で行うことができる。
層体５を構成する圧電素子４の一枚の板厚は、粗動部３
の圧電素子１２の板厚の１／２以下に設定されている。
これにより、圧電素子４一枚当たりの静電容量は圧電素
子１２の２倍以上となる。従って、電界強度を等しくし
た場合は、圧電素子４の一枚当たりの歪みは、圧電素子
１２の歪みの１／２以下となるにも拘わらず、流れる電
流は等しくなる。具体的には、微動部２では板厚０．１
ｍｍの圧電素子４を１０枚積層して積層体５を構成し、
１ｋＶ／ｍｍまでの電界強度を加えると、０〜１μｍの
変位に対して±０．００５μｍ（±０．５％）の精度で
位置決めできる。また、粗動部３では板厚０．５ｍｍの
圧電素子１２を１００枚積層し、１ｋＶ／ｍｍまでの電
界強度を加えると、０〜５０μｍの変位に対して±０．
１μｍ（±０．２％）の精度の位置決めを１５０ｍＡの
電源を用いて１ｍ秒で行うことができる。
【００１８】上記構成の積層型圧電アクチュエータを用
いて、所定位置へ位置決め制御する場合、例えば現在位
置から１０μｍ伸長したい場合は、粗動部３の圧電素子
１２に電圧を印加して、１０±０．１μｍの距離まで移
動させる。続いて残りの±０．１μｍに対して、微動部
２の圧電素子４の積層体５に電圧を印加して、±０．０
０５μｍの移動により位置決めする。微動部２と粗動部
３とを備えることにより、高速応答性と微少位置決め性
を兼ね備えることができる。上記実施例では、微動部２
の圧電素子４の板厚を粗動部３の圧電素子１２の板厚の
１／２以下としたが、これに限定されるものではなく、
圧電素子１２よりも圧電素子４の板厚を薄くすることに
より、微動部２は粗動部３に比して微小位置決めが可能
となることは明らかである。また、上記微動部２の積層
体５は圧電素子４を順に積層したが、粗動部３の構成の
ように積層される圧電素子４間に（＋）電極板８と
（−）電極板９を交互に挟み込む構成にしてもよい。
いて、所定位置へ位置決め制御する場合、例えば現在位
置から１０μｍ伸長したい場合は、粗動部３の圧電素子
１２に電圧を印加して、１０±０．１μｍの距離まで移
動させる。続いて残りの±０．１μｍに対して、微動部
２の圧電素子４の積層体５に電圧を印加して、±０．０
０５μｍの移動により位置決めする。微動部２と粗動部
３とを備えることにより、高速応答性と微少位置決め性
を兼ね備えることができる。上記実施例では、微動部２
の圧電素子４の板厚を粗動部３の圧電素子１２の板厚の
１／２以下としたが、これに限定されるものではなく、
圧電素子１２よりも圧電素子４の板厚を薄くすることに
より、微動部２は粗動部３に比して微小位置決めが可能
となることは明らかである。また、上記微動部２の積層
体５は圧電素子４を順に積層したが、粗動部３の構成の
ように積層される圧電素子４間に（＋）電極板８と
（−）電極板９を交互に挟み込む構成にしてもよい。
【００１９】（第２実施例）図３は、第２実施例に係る
積層型圧電アクチュエータの構造を示した模式図であ
る。両端の絶縁ダミー１ａ，１ｂの間に微動部２２と粗
動部２３が構成されている。微動部２２に用いられる圧
電素子２４及び粗動部２３に用いられる圧電素子２５
は、前記第１実施例と同様両面に銀ペースト等により電
極が形成されている。粗動部２３の構成も第１実施例の
粗動部３の構成と同一である。微動部２２は、３個の微
動ユニット２２ａ，２２ｂ，２２ｃを積層したものであ
る。
積層型圧電アクチュエータの構造を示した模式図であ
る。両端の絶縁ダミー１ａ，１ｂの間に微動部２２と粗
動部２３が構成されている。微動部２２に用いられる圧
電素子２４及び粗動部２３に用いられる圧電素子２５
は、前記第１実施例と同様両面に銀ペースト等により電
極が形成されている。粗動部２３の構成も第１実施例の
粗動部３の構成と同一である。微動部２２は、３個の微
動ユニット２２ａ，２２ｂ，２２ｃを積層したものであ
る。
【００２０】微動ユニット２２ａ〜２２ｃは、２n（ｎ
＝０，１，２，）枚の圧電素子２４を、それぞれ交互に
配置した（＋）電極板２６（−）電極板２７との間に挟
み込んで積層したもので、各微動ユニット２２ａ〜２２
ｃにおける圧電素子２４の枚数を異ならせている。そし
て、各微動ユニット２２ａ〜２２ｃの（＋）電極板２６
には、リード線２９により個別の増幅回路３０ａ〜３０
ｃが接続されている。また、粗動部２３の圧電素子２５
間の（＋）電極板３１は、共通のリード線３２により増
幅回路３３に接続されている。微動部２２の（−）電極
板２７及び粗動部２３の（−）電極板３４は、共通のリ
ード線３５により接地されている。
＝０，１，２，）枚の圧電素子２４を、それぞれ交互に
配置した（＋）電極板２６（−）電極板２７との間に挟
み込んで積層したもので、各微動ユニット２２ａ〜２２
ｃにおける圧電素子２４の枚数を異ならせている。そし
て、各微動ユニット２２ａ〜２２ｃの（＋）電極板２６
には、リード線２９により個別の増幅回路３０ａ〜３０
ｃが接続されている。また、粗動部２３の圧電素子２５
間の（＋）電極板３１は、共通のリード線３２により増
幅回路３３に接続されている。微動部２２の（−）電極
板２７及び粗動部２３の（−）電極板３４は、共通のリ
ード線３５により接地されている。
【００２１】ある電界強度を加えられて一枚の圧電素子
２４が駆動されたとき、０．０２μｍ変位するとする
と、各微動ユニット２２ａ〜２２ｃは、増幅回路３０ａ
〜３０ｃにより個別に駆動され、それぞれ微動ユニット
２２ａは０〜０．０２μｍ、微動ユニット２２ｂは０〜
０．０４μｍ、微動ユニット２２ｃは０〜０．０８μｍ
変位することができる。従って、駆動される微動ユニッ
ト２２ａ〜２２ｃの任意の組み合わせにより、０〜０．
１４μｍの変位を０．０２μｍピッチで制御して位置決
めできる。前記第１実施例と同一構成の粗動部２３は、
０〜５０μｍの変位に対して±０．１μｍ（±０．２
％）の精度の位置決めを行うことができる。微動部２２
と粗動部２３とを組み合わせることにより、０〜５０μ
ｍの範囲を０．０２μｍの精度で位置決めができる。
２４が駆動されたとき、０．０２μｍ変位するとする
と、各微動ユニット２２ａ〜２２ｃは、増幅回路３０ａ
〜３０ｃにより個別に駆動され、それぞれ微動ユニット
２２ａは０〜０．０２μｍ、微動ユニット２２ｂは０〜
０．０４μｍ、微動ユニット２２ｃは０〜０．０８μｍ
変位することができる。従って、駆動される微動ユニッ
ト２２ａ〜２２ｃの任意の組み合わせにより、０〜０．
１４μｍの変位を０．０２μｍピッチで制御して位置決
めできる。前記第１実施例と同一構成の粗動部２３は、
０〜５０μｍの変位に対して±０．１μｍ（±０．２
％）の精度の位置決めを行うことができる。微動部２２
と粗動部２３とを組み合わせることにより、０〜５０μ
ｍの範囲を０．０２μｍの精度で位置決めができる。
【００２２】上記微動ユニット２２ａ〜２２ｃの圧電素
子２４は、各ユニット毎に個別にオン・オフして駆動さ
れ、微少電流を制御する必要がないから、圧電素子２４
の板厚ついては特に言及する必要はない。上記第２実施
例の積層型圧電アクチュエータは、以上の構成によりフ
ルストロークに対して、１／２０，０００〜１／１０，
０００の精度でしかも高速で位置決めできる。
子２４は、各ユニット毎に個別にオン・オフして駆動さ
れ、微少電流を制御する必要がないから、圧電素子２４
の板厚ついては特に言及する必要はない。上記第２実施
例の積層型圧電アクチュエータは、以上の構成によりフ
ルストロークに対して、１／２０，０００〜１／１０，
０００の精度でしかも高速で位置決めできる。
【００２３】（第３実施例）図４は、第３実施例に係る
積層型圧電アクチュエータの原理図である。粗動部３３
の圧電素子３６の積層方向の端部には、絶縁板３７を介
して微動部３２が配置されている。微動部３２は、圧電
素子３４の積層方向と直交する側部を前記絶縁板３７に
当接している。微動部３２及び粗動部３３に対する電圧
の印加方向は、何れも圧電素子３４及び３６の積層方向
である。微動部３２及び粗動部３３の構成は、上記第１
実施例の粗動部３又は第２実施例の粗動部２３の構成を
そのまま用いることができる。
積層型圧電アクチュエータの原理図である。粗動部３３
の圧電素子３６の積層方向の端部には、絶縁板３７を介
して微動部３２が配置されている。微動部３２は、圧電
素子３４の積層方向と直交する側部を前記絶縁板３７に
当接している。微動部３２及び粗動部３３に対する電圧
の印加方向は、何れも圧電素子３４及び３６の積層方向
である。微動部３２及び粗動部３３の構成は、上記第１
実施例の粗動部３又は第２実施例の粗動部２３の構成を
そのまま用いることができる。
【００２４】電圧の印加により駆動される微動部３２
は、ポアソン比により規定される変位量、粗動部３３の
変位方向に変位できる。ＰＺＴ等の圧電素子３４，３６
のポアソン比（横歪み／縦歪み）は約０．３であるの
で、微動部３２による微小変位量の位置決めの分解能
を、第１及び第２実施例の場合に比し約３倍高めること
ができる。上記第１及び第２実施例の微動部２及び２２
に用いられる圧電素子４及び２４は円形であったが、図
５に示すように四角形であっても或いは多角形であって
もよい。但し、上記第３実施例の圧電素子は、円形以外
の多角形形状を用いるのが好ましい。
は、ポアソン比により規定される変位量、粗動部３３の
変位方向に変位できる。ＰＺＴ等の圧電素子３４，３６
のポアソン比（横歪み／縦歪み）は約０．３であるの
で、微動部３２による微小変位量の位置決めの分解能
を、第１及び第２実施例の場合に比し約３倍高めること
ができる。上記第１及び第２実施例の微動部２及び２２
に用いられる圧電素子４及び２４は円形であったが、図
５に示すように四角形であっても或いは多角形であって
もよい。但し、上記第３実施例の圧電素子は、円形以外
の多角形形状を用いるのが好ましい。
【図１】第１実施例の積層型圧電アクチュエータの構造
を示す分解斜視図である。
を示す分解斜視図である。
【図２】微動部を構成する積層体の概略を示す分解斜視
図である。
図である。
【図３】第２実施例の積層型圧電アクチュエータの構造
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図４】第３実施例の積層型圧電アクチュエータの原理
図である。
図である。
【図５】微動部に用いる圧電素子の変形例を示す斜視図
である。
である。
２ 微動部 ３ 粗動部 ４，１２，２４，２５，３
４，３６ 圧電素子 ５ 積層体 ２２ａ〜２２ｃ 微動ユニット ３０ａ〜３０ｃ，３３ 増幅回路
４，３６ 圧電素子 ５ 積層体 ２２ａ〜２２ｃ 微動ユニット ３０ａ〜３０ｃ，３３ 増幅回路
Claims (4)
- 【請求項１】 一枚以上の圧電素子を積層した積層体に
より形成される粗動部と微動部とを、直列に配置した積
層型圧電アクチュエータにおいて、 前記微動部を構成する前記圧電素子の板厚を、前記粗動
部を形成する前記圧電素子の板厚よりも薄くしたことを
特徴とする積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 一枚以上の圧電素子を積層した積層体に
より形成される粗動部と微動部とを、直列に配置した積
層型圧電アクチュエータにおいて、 前記微動部を圧電素子の枚数が２n（ｎ＝０，１，２・
・・）からなる複数のユニットから構成するとともに、
各ユニット毎に圧電素子の枚数を異ならせたことを特徴
とする積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項３】 前記微動部を構成する各ユニットを個別
に駆動するようにしたことを特徴とする請求項２記載の
積層型圧電アクチュエータ。 - 【請求項４】 一枚以上の圧電素子を積層した積層体に
より粗動部と微動部とを形成し、該粗動部の積層方向の
端部と、前記微動部の積層方向と直交する側部とを当接
したことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6197211A JPH0846261A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 積層型圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6197211A JPH0846261A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 積層型圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0846261A true JPH0846261A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16370681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6197211A Pending JPH0846261A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 積層型圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0846261A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005347484A (ja) * | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Nano Control:Kk | 積層型圧電アクチュエータ素子、位置決め装置および位置決め方法 |
-
1994
- 1994-07-29 JP JP6197211A patent/JPH0846261A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005347484A (ja) * | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Nano Control:Kk | 積層型圧電アクチュエータ素子、位置決め装置および位置決め方法 |
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