JPS631383A

JPS631383A - 圧電アクチユエ−タ

Info

Publication number: JPS631383A
Application number: JP61143810A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Goto; 博史後藤
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1986-06-18
Filing date: 1986-06-18
Publication date: 1988-01-06

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】〈産業上の利用分野〉この発明は、例えばＸＹステージの精密位置決め機構等
に適用する圧電アクチュエータに関する．く従来の技術〉第７図〜第１０図は、この種圧電アクチュエー夕の通用
例を示している。

第７図は、水平なべース４上に圧電素子５を介して可動
体６を直接取付けており、また第８図および第９図（公
知文献：「圧電アクチュエー夕の開発、特性と応用事例
」講習会テキストに掲載）は、変位拡大機構７１を有す
ホルダー７中に圧電素子５を組込み、第８図では圧電素
子５の変位を逆方向に拡大し、また、第９図では直交方
向に拡大して可動体に作用する。

く発明が解決しようとする問題点〉ところが、これ等圧電アクチュエー夕は、印加電圧に対
し第１０図に示す変位特性を有す。

同図において横軸は印加電圧、縦軸はアクチュエー夕の
変位を示しており、この変位特性はヒステリシスを有し
、印加電圧の上昇時および下降時、いずれにおいても非
線形特性を呈し、この変位が可動体に作用する。従って
、高精度な位置決めを行う場合、変位を検出する検出系
を設け且つ閉ループ制御によって検出変位をフィードバ
ックすることが必要となり、装置が複雑且つ大型化する
と共に、高速位置決めが困難である等の問題があった。

そこで、この発明では圧電アクチュエークの変位出力側
に、アクチュエー夕の変位特性の非線形性を吸収する伝
動部材を介して可動体を配備することにより、変位特性
の線形化を実現することを目的とする．〈問題点を解決するだめの手段〉上記の目的を達成するためのこの発明の手段を、実施例
に対応する第１図〜第６図を用いて説明すると、この発
明では、取付壁ｌ１上に対向して縦設した伸縮壁ｌ２の
上部に、可動部に変位を伝達する可動壁１３を有すホル
ダ１と、一端が取付壁１１に固定支持され、電圧印加に
゛よって伸縮作動する圧電素子２と、該圧電素子２の他
端と可動壁１３との間に介装され、外力に対して変形可
能な伝動部材３とから構成してなる．〈作用〉第１図において、圧電素子２は電圧印加によって伸長変
位し、伝動部材３を介して可動壁１３を加圧変位させる
。このとき、伝動部材３は、圧電素子２の加圧力により
弾性変形し、圧電素子２の変位非線形特性を吸収して打
ち消し、可動壁１３に対し変位特性の線形化をなし、以
て変位を検出してフィードバ・ンクする閉ループ魁御を
要せず高精度な位置決めを実現し得る効果を奏する。

〈実施例〉第１図はこの発明にかかる圧電アクチュエー夕の一実施
例を示している。

該圧電アクチュエー夕は、弾性バネ構造をなす保持部材
１の上下壁間に圧電素子２および変形可能な伝動部材３
を直列に介装して成る．前記保持部材１は、水平な取付
壁ｌ１上に対向して縦設され上下方向に伸縮する伸縮壁
１２．１２、この伸縮壁の上部に、前記取付壁ｌ１と平
行な水平可動壁１３を一体形成したもので、両伸縮壁１
２．１２と取付壁１１、可動壁１３の接続部および高さ
中央部等の適所に薄肉部１４を形成して弾性バネ構造と
なしている。

圧電素子２は、複数枚の板状ピエゾ素子の積暦体であっ
て、下部を前記保持部材１の取付壁１１中央部に一体に
接合固定してなり、この圧電素子２は、電圧印加によっ
て上方に伸縮変位して伝動部材３を加圧する。

伝動部材３は、実施例では鋼球を用いており、下部球面
を前記圧電素子２の上面に球面接触にて支持し、上部球
面を可動壁１３に接合固定してなる．次に、かかる圧電アクチュエータの動作原理を説明する
。第２図において、伝動部材３をなす鋼球の外力Ｆに対
する変形量δは一般に次式で与えられる。

δ＝Ｃ−Ｆ”・・・・（１）但しＣは、鋼球をなす材料のヤング率であって、鋼球の
直径によって決まる定数である．上記（１）式を、縦軸
に変形量δ、横軸に力Ｆをとり特性図で示すと、第３図
に示す如く、変形量δは力Ｆに対して非線形な関係とな
る。，第１図において、圧電素子２に電圧を印加して伸
長変位させると、保持部材１の有する剛性Ｋにより伝動
部材３には力Ｆ＝Ｋ　−　ｘが働く（Ｘば圧電素子の変
位量）。この伝動部材３に働く力Ｆと圧電素子２に対す
る印加電圧■の関係は、力Ｆが変位量Ｘに比例する関係
にあることから、これを特性図に示すと第４図のように
非線形性を呈す．伝動部材３は、前記力Ｆによって（１）式の関係式で与
えられるように変形を生じる。この変形量δと力Ｆを発
生させる圧電素子２に対する印加電圧との関係は、第３
図と第４図を組合わせることにより、第５図のようにな
る。

保持部材１の変位面Ａには、圧電素子２の変位量Ｘから
伝動部材３の変形量δを差引いた変位Ｈが表れることに
なる。この変位Ｈが可動部に作用する変位となるから、
変位Ｈと圧電素子２に対する印加電圧■の関係を求める
と、第３図と第５図からＨ＝ｘ−δを計算すれば、第６
図に示す線形特性が得られ、変形Ｈと電圧■は、従来の
変位特性（第１０図）に比べて線形性が向上することに
なる。

尚、伝動部材３は鋼球に限らず、外力Ｆに対し第３図に
示す非線形な変位特性を示す部材．形状．材質であれば
よいことは勿論である．〈発明の効果〉本発明は上記の如く、取付壁１１上に対向して縦設した
伸縮壁１２の上部に可動部に変位を伝達する可動壁１３
を有ｔホルダ１と、一端を取付壁１１に固定支持し電圧
印加によって伸縮する圧電素子２と、圧電素子２と可動
壁１３との間に介装され外力により変形可能な伝動部材
３とからアクチュエー夕を構成したから、本発明では、
伝動部材３が圧電素子２の変位非線形特性を吸収して打
消し、可動部の変位線形性を向上させることができ、以
て、変位を検出してフィードバックする閉ループ制御を
要せず高速、且つ高精度な位置決めを実現し得る効果を
有す．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる圧電アクチェエータの一実施
例を示す図、第２図は伝動部材の外力に対する変形状況
を示す図、第３図は伝動部材に対する外力と変形量の関
係を示す特性図、第４図は伝動部材に加わる力と圧電素
子に対する印加電圧との関係を示す特性図、第５図は圧
電素子に対する印加電圧と伝動部材の変形量との関係を
示す特性図、第６図は圧電素子の変位から伝動部材の変
形量を差し引いた変位を示す特性図、第７図〜第９図は
従来例を示す図、第１０図は従来例における圧電素子の
変位特性を示す図である。１・・・・ホルダ　　　　　１１・・・・取付壁１２・
・・・伸縮壁　　　　　１３・・・・可動壁２・・・・
圧電素子　　　　３・・・・伝動部材特許出　願人　　
立石電機株式会社 ’ｌｒ２＋Ｂ　　　ａｉｎｉｐｔｓ−ｙトｎ−ｔＨｂｉ
ｓ＊ｉｔｔ．（ｔ；ａ↓ 骨ム）Ｚ印クｒ４１圧Ｖ手続主甫正書〈自発〉１．事件の表示　　特願昭６１−１４３８１０号２．発
明の名称　　圧電アクチュエータ３．補正をする者事件との関係　　特許出願人住所〒６１６京都市右京区花園土堂町１０番地名称（２
９４）立石電機　株式会社代表者立石孝雄４．代理人５．補正の対象「明細書の特許請求の範囲」特許請求の範囲 ■　取付壁土に対向して縦設した伸縮壁の上部に、可動
部に変位を伝達する可動壁を有すホルダと、一端が取付
壁に固定支持され、電圧印加によって伸縮作動する圧電
素子と、該圧電素子の他端と可動壁との間に介装され、
外力により変形可能な伝動部材とから成るを特徴とする
圧電アクチュエー夕。 ■　圧電素子が、電圧印加によって伸縮するピエゾ素子
である特許請求の範囲第１項記載の圧電アクチュエー夕
。 ■　伝動部材が、圧電素子の変位特性の非線形性を吸収
して線形化する部材である特許請求の範囲第１項記載の
圧電アクチュエー夕。 ■　伝動部材が球体、若しくは、少なくとも圧電素子と
の接触面が球面に形成されている部材である特許請求の
範囲第１項記載の圧電アクチュエー夕。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）取付壁上に対向して縦設した伸縮壁の上部に、可
動部に変位を伝達する可動壁を有すホルダと、一端が取
付壁に固定支持され、電圧印加によって伸縮作動する圧
電素子と、該圧電素子の他端と可動壁との間に介装され
、外力により変形可能な電動部材とから成るを特徴とす
る圧電アクチュエータ。
（２）圧電素子が、電圧印加によって伸縮するピエゾ素
子である特許請求の範囲第１項記載の圧電アクチュエー
タ。
（３）伝動部材が、圧電素子の変位特性の非線形性を吸
収して線形化する部材である特許請求の範囲第１項記載
の圧電アクチュエータ。
（４）伝動部材が球体、若しくは、少なくとも圧電素子
との接触面が球面に形成されている部材である特許請求
の範囲第１項記載の圧電アクチュエータ。