JPS6364579A - 圧電アクチユエ−タ - Google Patents

圧電アクチユエ−タ

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Publication number
JPS6364579A
JPS6364579A JP61203847A JP20384786A JPS6364579A JP S6364579 A JPS6364579 A JP S6364579A JP 61203847 A JP61203847 A JP 61203847A JP 20384786 A JP20384786 A JP 20384786A JP S6364579 A JPS6364579 A JP S6364579A
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JP
Japan
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piezoelectric element
piezoelectric actuator
piezoelectric
parallel
mounting member
Prior art date
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Pending
Application number
JP61203847A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Murayama
健 村山
Kiyoshi Nagasawa
潔 長澤
Kojiro Ogata
緒方 浩二郎
Kozo Ono
耕三 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP61203847A priority Critical patent/JPS6364579A/ja
Publication of JPS6364579A publication Critical patent/JPS6364579A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/88Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Landscapes

  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

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〕 本発明は、外部機構に結合されてこれを駆動する圧電ア
クチュエータに係り、特に微細変位発生機構に好適な圧
電アクチュエータに関する。
〔従来の技術〕
圧電アクチュエータは微小変位用アクチュエータとして
種々の分野に用いられている。特にμmオーダの調節を
必要とする半導体集積回路製造装置や電子顕微鏡等の微
細位置決め機構のアクチュエータには、大部分圧電アク
チュエータが使用されている。以下、このような圧電ア
クチュエータの使用例を図により説明する。
第3図(a)、 (b)は微細位置決め装置の側面図で
ある。各図で、10,11.12はそれぞれ図で左。
右、中央に存在する剛体部である。163.16a′は
それぞれ剛体部10.12の間にこれらと一体に形成さ
れ、かつ、互いに平行である平板状の平行たわみ梁であ
り、又、16b、16b’ はそれぞれ剛体部11.1
2の間にこれらと一体に形成され、かつ、互いに平行で
ある平板状の平行たわみ梁である。17a、17bはそ
れぞれ平行たわみ梁16a、16a’ および平行たわ
み梁16b、16b’  と各剛体部とを一体成形する
ために生じた貫通孔を示す。18aは剛体部10から貫
通孔17aに突出する突出部、18c1は剛体部12か
ら貫通孔17aに突出する突出部であり、これら突出部
18a、18C1は互いに図の縦方向において、間隔を
有して重なっている。同じ(,18bは陣1体部11か
ら貫通孔17bに突出する突出部、18c2は剛体部1
2から貫通孔17bに突出する突出部であり、これら突
出部18b、18C+は、突出部18a、18C1と同
様の関係にある。19aは突出部18aと突出部18C
8との間に固定された圧電素子を積層した圧電アクチュ
エータ、19bは突出部18bと突出部18c2との間
に固定された圧電アクチュエータ19aと同じ圧電アク
チュエータである。
圧電アクチュエータ19aは平行たわみm 16 a 
16a′の面に垂直な方向の力を発生し、それらに曲げ
変形を生ぜしめ、又、圧電アクチュエータ19bは平行
たわみ梁16b、16b′の面に垂直な方向の力を発生
し、それらに曲げ変形を生せしめる。これら圧電アクチ
ュエータ19a、19bに発生する力の大きさは、図示
しない装置により、当=亥圧電アクチュエータ19a、
19b4こ印加される電圧によって制御される。20は
ぼす体部10.11を互いに剛に連結する他のまり体構
造である。
このような微細位置決め装置において、圧電アクチュエ
ータ19a、19bに任意の値の電圧を印加すると、圧
電アクチュエータ19a、19bは第3図(b)に示す
矢印方向に当該電圧に応じて伸び、これにより力fを発
生する。この結果、Kす体部12は平行たわみ梁16a
、16a’ 、16b。
16b″をたわませて押上げられ、第3図(a+に示す
状態から値εだけ変位する。したがって、剛体部12に
加工対象物体を1ENHしておけば、圧電アクチュエー
タ19a、19bに任意の電圧を印加することによりこ
れを任意に微細位置決めすることができる。
上記微細位置決め装置に限らず、他の種々の装置に圧電
アクチュエータを通用する場合、これら装置の所定位置
に圧電アクチュエータを取付けて固定する必要がある。
ところが、圧電素子はセラミック材料で作られるので、
これを外部機構に取付けるためのねし穴等の加工が困難
である。このため、圧電アクチュエータには取付けのた
めの補助部材が用いられていた。これも第4図により説
明する。
第4図は従来の圧電アクチュエータの断面図である。図
で、21は積層形の圧電素子、22は圧電素子21をそ
の底部で固定する側面が開口されたケーシングである。
ケーシング22は外部構造との連結を行うねじ穴22a
、およびリード線を挿通する貫通穴22bを有する。2
3は外部構造に圧電素子21を取付ける取付部材であり
、取付用のねし穴23aを有する。24は圧電素子21
を取付部材23に固定する接着剤層である。なお、x、
yは座標軸を示す。
ケーシング22をそのねじ穴22aを用いて外部機構(
例えば前述の微細位置決め装置の突出部18a)に固定
し、又、取付部材23をそのねし穴23aを用いて外部
機構(同じく突出部18C,)に固定することにより圧
電アクチュエータが対象装置に装着される。リード線を
介して圧電素子21に電圧を印加すると、圧電素子はX
線方向に伸長し又は縮み、取付けられた外部機構に変位
を発生せしめる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、積層形の圧電素子21の引張強度は、通常、
はぼ1kg/am” と小さい。したがって、圧電素子
21を外部機構に取付けるべくねじ穴23aにねじを螺
入してねし止めする場合、その締付はトルクにより取付
部材23と圧電素子21との接合面に過大な力が作用し
、圧電素子21又は接着剤層24が破損するおそれがあ
る。この問題を避けるには、締付はトルクを小さくせざ
るを得す、そうすると安定なねじ結合を行うことができ
ず、ひいては精度の高い変位を発生させることができな
くなる。
一方、圧電素子21の抗折力強度は、jm常、はぼ4 
kg / ** 2程度で非常に小さい。したがって、
取付けられている外部機構にY!1]方向の力が作用す
ると、取付部材23と圧電素子21又は接着剤層24と
の界面に剪断力が作用して、圧電素子21又は接着剤層
24が破損するおそれがあった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、安定
した取付を行うことができ、かつ、外力に対する強度を
大きくすることができる圧電アクチュエータを提供する
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明は、圧電素子の一端
を固定状態とし、その他端に、圧電素子の主変位方向に
対してのみ低い剛性を有する弾性機構を設けたことを特
徴とする。
〔作用〕
圧電素子に電圧が印加されると、その伸縮の変位は、こ
の変位の方向のgl性が低い弾性機構のたわみ変形を介
して外部機構に伝達される。一方、外部から締付トルク
や剪断力が作用すると、これらは、その方向の剛性が高
い弾性機構によって受けられ、圧電素子には伝達されな
い。
〔実施例〕
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明の実施例に係る圧電アクチュエータの断
面図である。図で、第4図に示す部分と同一部分には同
一符号を付して説明を省略する。
25はケーシング22の上端と取付部材23とを連結す
る弾性部材である。この弾性部材25はX軸方向に厚み
が薄い平板形状の金属材料が用いられる。したがって、
Xi:h方向の力に対しては剛性が低くて容易にたわむ
が、その他の方向の力やモーメントに対しては高いta
ll性を示し、変形困難である。
次に、本実施例の動作を説明する。今、圧電素子21に
電圧が印加されると、圧電素子21はX軸方向に伸びる
(又は縮む)。この伸び(又は縮み)により弾性部材2
5は容易にたわみ、取付部材23を押上げ(引下げ)る
。即ち、圧電素子21の変位は弾性部材25のたわみ変
形を介して外部機構に伝達される。この場合、圧電素子
21が発生する力は大きく、又、弾性部材25のX軸方
向の剛性は充分に小さいので、伝達される変位量は程ん
ど低下せず、圧電素子21の変位量がほぼそのまま伝達
される。
一方、圧電アクチュエータを外部機構に取付けるべく、
ねじ穴23aを用いてねし止めする場合、その締付トル
クは弾性部材25に作用する。しかし、弾性部材25は
この締付トルクに対して高い剛性を有し、したがって、
締付トルクが圧電素子21に作用することはない。この
ため、圧電素子21が破損することもなく、締付トルク
を充分大きくして安定したねじ止めを行うことができる
さらに、外部機構にY軸方向の力が作用した場合も、こ
の力に対して弾性部材25は高い剛性を有するので、圧
電素子21が剪断力により破損されることはない。
このように、本実施例では、ケーシング上端と取付部材
との間に、圧電素子の伸縮方向と同一方向にのみ剛性が
低い弾性部材を設けたので、ねじ止めの際の締付トルク
や外部機構から作用する剪断力によって圧電素子が破損
されることはない。
又、締付トルクにより圧電素子が破損されないので、締
付トルクを大きくとして圧電アクチュエータを安定して
取付けることができる。
第2図は本発明の他の実施例に係る圧電アクチュエータ
の断面図である。図で、第4図に示す部分と同一部分に
は同一符号を付して説明を省略する。26aはケーシン
グ22の上端と取付部材23との間に設けられた平行た
わみ梁構造である。
平行たわみ柔構造26aは、ケーシング22の上端に連
結された剛体部27a、および剛体部27aと取付部材
23とを結合する互いに平行な平板状のたわみ梁28a
、28a′で構成されている。
平行たわみ¥構造26bも平行たわみ柔構造26aと同
様の構造であり、剛体部27b、および平行なたわみa
 28 b、28b′で構成されている。
このような平行だわみ梁構造26a、26bはX軸方向
の力に対しては剛性が低く、容易に変位するが、他方向
の力およびモーメントに対しては極めて高い剛性を示し
、はとんど変形しない。したがって、本実、柊例の動作
もさきの実施例の動作と同じである。
このように、本実施例では、ケーシング上端と取付部材
との間に、圧電素子の伸縮方向と同一方向にのみ剛性が
低い特性を備え、た平行たわみ梁構造を設けたので、さ
きの実施例と同じ効果を奏するとともに、次のような効
果をも奏する。即ち、さきの実施例における弾性部材は
Z軸(紙面に垂直な軸)まわりのモーメントが作用した
場合、その剛性は他と比較してやや低い。これに対して
、本実施例における平行たわみ梁構造はZ軸まわりのモ
ーメントに対しても大きな剛性を有する。したがって、
外部の力に対してより一層強度を大とすることができる
なお、上記各実施例の説明では、ケーシング、取付部材
、および弾性機構(弾性部材、平行だわみ梁構造)を別
体に構成した例について説明したが、これらは放電加工
等により一体形成することができる。又、圧電素子は必
ずしもケーシングおよび取付部材に接着固定する必要は
なく、弾性機構の弾性力により抑えるだけにしてもよい
(発明の効果〕 以上述べたように、本発明では、圧電素子の一方端に、
圧電素子の主変位方向と同一方向に対してのみ低い剛性
を有する弾性機構を設けたので、圧電素子を外部殿構に
安定して取付けることができ、かつ、外力に対する強度
を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれ本発明の実施例に係る圧
電アクチュエータの断面図、第3図(a)。 (b)は微細位置決め装置の側面図、第4図は従来の圧
電アクチュエータの断面図である。 21・・・・・・圧電素子、22・・・・・・ケーシン
グ、23・・・・・・取付部材、25・・・・・・弾性
部材、26a、26b・・・・・・平行たわみ梁構造。 第1図 22σ 第2図 第3図 (a) /6a           /6b (b)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一端が固定状態とされた圧電素子と、この圧電素
    子の他端に設けられた当該圧電素子の主変位方向に対し
    てのみ低い剛性を有する弾性機構とを備えたことを特徴
    とする圧電アクチュエータ。
  2. (2)特許請求の範囲第1項において、前記弾性機構は
    、前記主変位方向の厚みが薄い平板で構成されているこ
    とを特徴とする圧電アクチュエータ。
  3. (3)特許請求の範囲第1項において、前記弾性機構は
    、前記主変位方向と同一方向の主たわみ方向を有する平
    行たわみ梁構造であることを特徴とする圧電アクチュエ
    ータ。
JP61203847A 1986-09-01 1986-09-01 圧電アクチユエ−タ Pending JPS6364579A (ja)

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JP (1) JPS6364579A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63153564U (ja) * 1987-03-30 1988-10-07
JPWO2009008135A1 (ja) * 2007-07-12 2010-09-02 パナソニック株式会社 振動型アクチュエータ及びそれを備えた駆動装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63153564U (ja) * 1987-03-30 1988-10-07
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