JPS63217985A

JPS63217985A - ピエゾアクチユエ−タ

Info

Publication number: JPS63217985A
Application number: JP62050141A
Authority: JP
Inventors: Kunitoshi Nishimura; 国俊西村; Masataka Hirai; 正孝平井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1987-03-06
Publication date: 1988-09-12

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、１０μｍ以下の微少な位置決めを行うため
のピエゾアクチュエータ・に関するものである。

〔従来の技術〕

１０μｍ以下の微少な位置決めを行うのにピエゾ素子が
便利であるが、ピエゾ素子は第５図に示すように、電圧
に対し生ずるひずみ量がヒステリシス特性を持つため、
所望のびずみε０を得るためには電圧ｖｏを一定方向か
ら漸近させる等の工夫が必要である。

入力電圧に対し、生ずるひずみ量、すなわち変位量が線
形関係にあれば、所望の変位が一義的に得られるため非
常に使用し易くなる。このためには、変位量を検出して
その信号を入力電圧にフィードバッグしてやればよい。

変位量を検出する方法には各種の方法があるが、使用す
る側よりすれば検出器を意識することなく、使用できる
方がよい。すなわち、ピエゾ素子に一体に組み込まれて
いた方がよい。

第６図はこのような背景より考案された従来例であり、
ピエゾ素子１の側面に歪ゲージ２が貼られている。歪ゲ
ージ２の出力は、ブリッジボックス３．歪増幅器４を介
してピエゾ素子駆動電源５にフィードバックされる。

このように構成すると、ピエゾ素子駆動電源５の指令人
力６に対し、ピエゾ素子１の変位が線形関係で変化する
ため、非常に使い易い。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、上記の従来例では、歪ゲージ２が高圧の電圧が
作用するピエゾ素子１の近くにあるためノイズを拾い易
い。また、ピエゾ素子１のひずみの変化する範囲と、歪
ゲージ２の最適な検出範囲が必ずしも一致しないので、
最適なフィードバック回路が実現できない等の欠点があ
った。また、積層形のピエゾ素子１は、低い電圧で大き
なひずみが得られることにより、簡易に使用できる利点
があるが、積層形であるため側面は平坦ではなく、その
ままでは歪ゲージ２が貼れないという欠点もあった。

さらに、歪ゲージ２は高感度であるため、ピエゾ素子１
に生ずる程度の微少なひずみを検出するのに適している
が、高価な歪増幅器４を使用せねばならず、全体として
高価な構成になるという欠点もあった。

この発明の第１の目的は、ピエゾ素子と歪ゲートを分離
してノイズを低減することにより高分解能のピエゾアク
チュエータを提供することにある。また、ピエゾ素子の
変位を拡大することにより、等測的な歪ゲージの感度を
上げてより高分解能を達成することに第２の目的がある
。さらに、いかなるピエゾ素子も利用可能にすることが
第３の目的である。

（問題点を解決するための手段）この発明にかかるピエゾアクチュエータは、ピエゾアク
チュエータの変位を拡大するリンク機構を設け、このリ
ンク機構に歪検出器を設けたものである。

（作用）この発明においては、ピエゾ素子の変位がリンク機構に
より拡大され、この拡大された変位が歪検出器で検出さ
れる。

〔実施例〕

この発明の詳細な説明する前に、第４図によりこの発明
の原理について説明する。

第４図において、１１〜１４は４つのリンク、１５〜１
８は４つの回転ジヨイントであり、リンク１１．１３お
よびリンク１２．１４は同じ長さである。ピエゾ素子１
の一端はリンク１１に固定されており、他端は回転ジヨ
イント１９を介してリンク１２に接続されている。さて
、ピエゾ素子１に電圧が作用し、δだけ伸びると、リン
ク１３移動する。ａは回転ジヨイント１６と１９の間の
長さ、ｂは回転ジヨイント１６と１７の間の長さである
。

すなわち、第４図に示すようなリンク機構により、ピエ
ゾ素子１の変位がｂ　／　ａ倍されて外部に取り出され
たことになる。

第１図は上記の原理に基づくこの発明の一実施例であり
、一体構造の平行ばね機構を用いたものである。この実
施例では、１枚の金属板からワイヤーカット、ジグポー
ラ等の手段により加工を施しリンク１１〜１４が形成さ
れ、薄肉部分２０゜２１．２２．２３が回転ジヨイント
として作用する。すなわち、ピエゾ素子１が伸びる二点
鎖線のように変形する。薄肉部分２０〜２３の表面にそ
れぞれ歪ゲージ２４を貼れば、歪ゲージ２４の変−位を
検出でき、また、第４図で示すａとｂの長さを変化させ
ることにより、検出感度を任意に高めることが可能とな
る。また、薄肉部分２０〜２３の表面は研磨等により任
意に加工できるので、歪ゲージ２４を貼るのに十分な平
坦度が容易に得られる。なお、矢印は出力端を示してい
る。

第２図はこの発明の他の実施例であり、より検出感度を
高めるための構造である。ピエゾ素子１の変位はｄ　／
　ｃ倍であ外部に取り出され、平行ばね機構２５に伝達
され、歪ゲージ２４によフて検出される。

また、ピエゾ素子１の変位は、同様に平行ばね機構２６
により取り出されるので、部品の位置決め等に利用可能
である。

第３図はこの発明のさらに他の実施例であり、歪検出器
として、歪ゲージ２４の代りに差動トランス形の変位計
２７を使用している。このようにピエゾ素子１の変位が
拡大されているため、差動トランス形の変位計２７のみ
ならず、他の低感度の変位計でも使用可能となり、安価
なピエゾアクチュエータが実現可能となる。

以上、３つの実施例を示したが、この発明はこれ等の形
状に限定されるものでなく、変位の拡大機構には様々な
機構が考えられる。

また、第２図の例では、出力の変位をピエゾ素子１の変
位と同じ倍率の場合で示したが、同様なリンク機構によ
り拡大して取り出してもよいし、また、逆に縮小して取
り出してもよいことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上、説明したように、ピエゾ素子の変位を
一体形のリンク機構により外部へ取り出し、そこで、そ
の変位を検出するようにしたものであるので、歪検出器
が高電圧部分から隔離されるためノイズ低減される。ま
た、変位を任意に拡大できるので、感度の増大による分
解能の向上が図れる。さらに、歪検出器は歪ゲージによ
らず、他の低感度は変位計でも使用可能となる。また、
検出部分がピエゾ素子の側面でなく、他の部分となるの
でピエゾ素子の種類によらず使用できる。

さらに、一体形のリンク機構の中にピエゾ素子および変
位の検出素子を組み込んだため、小形化やノイズ等に対
する安定性、取り扱い易さ等の多くの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す図、第２図はこ
の発明の第２の実施例を示す図、第３図はこの発明の第
３の実施例を示す図、第４図はこの発明の原理を示す図
、第５図はピエゾ素子のヒステリシス特性を示す図、第
６図は従来のピエゾアクチュエータの構造略図である。図中、１１〜１４はリンク、１５〜１９は回転ジヨイン
ト、２０〜２３は薄肉部分、２４は歪ゲージ、２５．２
６は平行ばね機構、２７は差動トランス形の変位計であ
る。第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

ピエゾ素子駆動電源により駆動されるピエゾ素子の変位
を歪検出器で検出し、その検出信号を前記ピエゾ素子駆
動電源にフィードバッグすることにより、指令信号に対
し線形の変位を生ずるピエゾアクチュエータにおいて、
前記ピエゾアクチュエータの変位を拡大するリンク機構
を設け、このリンク機構に前記歪検出器を設けたことを
特徴とするピエゾアクチュエータ。