JP2651462B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents
圧電アクチュエータInfo
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- JP2651462B2 JP2651462B2 JP63057104A JP5710488A JP2651462B2 JP 2651462 B2 JP2651462 B2 JP 2651462B2 JP 63057104 A JP63057104 A JP 63057104A JP 5710488 A JP5710488 A JP 5710488A JP 2651462 B2 JP2651462 B2 JP 2651462B2
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- JP
- Japan
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- axis
- actuator
- crystal
- axis direction
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- Expired - Lifetime
Links
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
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- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/206—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using only longitudinal or thickness displacement, e.g. d33 or d31 type devices
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば超伝導の理論的解明に際し、トンネ
ル現象の応用で、原子レベルで目視できる走査型トンネ
ル顕微鏡（Scanning Tcenneling Microscope:STM）用の
微動駆動に好適な圧電アクチュエータに関する。特に、
水晶を使用した形状と駆動電極に関する。
ル現象の応用で、原子レベルで目視できる走査型トンネ
ル顕微鏡（Scanning Tcenneling Microscope:STM）用の
微動駆動に好適な圧電アクチュエータに関する。特に、
水晶を使用した形状と駆動電極に関する。
本発明は、広い温度範囲にわたって、しかも微小変位
の高精度に制御できる水晶アクチュエータを提供するこ
とにある。水晶は物理的、化学的に大変に安定した物質
であり、従って、これから形成される各種デバイスも多
くの点で安定したものが得られる。ところで最近では超
伝導の研究が盛んに行われているが、その理論的解明は
未だ十分とは言い難い。しかし、最近はトンネル現象を
応用して原子を目で見ることが試みられ、その結果が発
表されている。即ち、この研究が超伝導現象を解明する
のに役立つのではないかと非常に期待されている。本発
明の目的は、特に、極低温でも結晶軸の３方向に高精度
で変位制御できる水晶アクチュエータを得ることにあ
る。
の高精度に制御できる水晶アクチュエータを提供するこ
とにある。水晶は物理的、化学的に大変に安定した物質
であり、従って、これから形成される各種デバイスも多
くの点で安定したものが得られる。ところで最近では超
伝導の研究が盛んに行われているが、その理論的解明は
未だ十分とは言い難い。しかし、最近はトンネル現象を
応用して原子を目で見ることが試みられ、その結果が発
表されている。即ち、この研究が超伝導現象を解明する
のに役立つのではないかと非常に期待されている。本発
明の目的は、特に、極低温でも結晶軸の３方向に高精度
で変位制御できる水晶アクチュエータを得ることにあ
る。
〔従来の技術〕 STM用アクチュエータとしては、一般的にはPZTなどの
圧電セラミックスが使用されてきた。しかしながら、こ
の種の材料は温度変化に対してその圧電性が著しく変化
し、特に、極低温では圧電性が失われ、STM用アクチュ
エータとして不十分であった。
圧電セラミックスが使用されてきた。しかしながら、こ
の種の材料は温度変化に対してその圧電性が著しく変化
し、特に、極低温では圧電性が失われ、STM用アクチュ
エータとして不十分であった。
このようにPZTを使用したアクチュエータでは極低温
でその機能を失い、STMで原子の姿を見ることかできな
い。そこで本発明は極低温でも圧電性を有し、原子の姿
を見ることのできる新形状の水晶アクチュエータを提案
するものである。
でその機能を失い、STMで原子の姿を見ることかできな
い。そこで本発明は極低温でも圧電性を有し、原子の姿
を見ることのできる新形状の水晶アクチュエータを提案
するものである。
第２図は本発明の水晶アクチュエータの動作原理を説
明するための座標系と水晶ブロック１である。x,y,z軸
は水晶の電気軸、機械軸、光軸とすると、これらの結晶
軸方向に電界を加える事によって、種々の変位を引き起
こすことができる。以下、具体的に説明する。今、ｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸方向の電気偏極 （任意の方向を とすると はx,y,z軸方向の各成分）とすると、 但し、ε11,ε12,ε25,ε26は圧電定数、exx,eyy,
eyz,ezx,exyは歪みを表わす。式（１）から明らかなよ
うに、ｘ軸方向に電界を印加すると、ｘ軸,y軸方向に伸
び、あるいは縮みの歪みを起こし、更に、ｙ軸に垂直な
面のｚ軸方向にも剪断歪みを起こす。一方、ｙ軸方向の
電界は、ｚ軸に垂直な面のｘ軸方向の剪断歪みとｘ軸に
垂直な面のｙ軸方向の剪断歪みを引き起こす。又、ｚ軸
方向の電界は何の歪みも引き起こさない。本発明はこれ
らの関係を応用して、新形状でかつ電極配置された水晶
アクチュエータを提案するものである。特に、伸縮の歪
みをｘ軸方向の電界により、剪断歪みはｙ軸方向の電界
により駆動するものである。
明するための座標系と水晶ブロック１である。x,y,z軸
は水晶の電気軸、機械軸、光軸とすると、これらの結晶
軸方向に電界を加える事によって、種々の変位を引き起
こすことができる。以下、具体的に説明する。今、ｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸方向の電気偏極 （任意の方向を とすると はx,y,z軸方向の各成分）とすると、 但し、ε11,ε12,ε25,ε26は圧電定数、exx,eyy,
eyz,ezx,exyは歪みを表わす。式（１）から明らかなよ
うに、ｘ軸方向に電界を印加すると、ｘ軸,y軸方向に伸
び、あるいは縮みの歪みを起こし、更に、ｙ軸に垂直な
面のｚ軸方向にも剪断歪みを起こす。一方、ｙ軸方向の
電界は、ｚ軸に垂直な面のｘ軸方向の剪断歪みとｘ軸に
垂直な面のｙ軸方向の剪断歪みを引き起こす。又、ｚ軸
方向の電界は何の歪みも引き起こさない。本発明はこれ
らの関係を応用して、新形状でかつ電極配置された水晶
アクチュエータを提案するものである。特に、伸縮の歪
みをｘ軸方向の電界により、剪断歪みはｙ軸方向の電界
により駆動するものである。
このように、本発明は水晶の圧電性より電界と歪みの
関係を応用する事によりx,y,z軸の３方向に歪む（変位
する）駆動電極と新形状の水晶アクチュエータを提案す
ることにより、変位に対して高精度に制御できるSTM用
アクチュエータを得ることができる。
関係を応用する事によりx,y,z軸の３方向に歪む（変位
する）駆動電極と新形状の水晶アクチュエータを提案す
ることにより、変位に対して高精度に制御できるSTM用
アクチュエータを得ることができる。
次に、本発明にて得られた結果を具体的に述べる。第
１図は本発明の水晶アクチュエータの形状の一実施例
で、第１図（ａ）は外観図、第１図（ｂ）は平面図であ
る。第１図（ａ）において、、水晶アクチュエータは３
つの腕2,3,4から構成されている。但し、駆動電極は図
示していない。第１図（ｂ）は第１図（ａ）をｚ軸方向
から投影したときの平面図である。ここでは、電界によ
ってx,y,z軸の３方向に変位することを述べる。腕２に
はｘ軸に垂直に駆動電極5,5′が設けられ、電圧を印加
すると伸びの変位が、即ち、矢印Ａで示すごとくｙ軸方
向に伸びる。次に、腕３にはｘ軸に垂直な駆動電極6,
6′がｚ軸方向の半分まで配置されている。それ故、電
圧の印加により矢印Ｂの方向に屈曲モードで変位する。
更に、腕４にはｙ軸に垂直に駆動電極7,7′が設けら
れ、電圧の印加により、矢印Ｃで示すごとくｘ軸方向に
変位する。このように駆動電極を配置し電圧を印加する
ことにより、トンネル電流を検出する針取り付け部８の
針はx,y,z軸方向に変位する。図示されていないが針取
り付け部８の針は電極７と絶縁されている。実際には、
各電極に印加される電圧値を調整することにより、３軸
方向の変位量を調整することができ、高精度な変位制御
をすることができる。
１図は本発明の水晶アクチュエータの形状の一実施例
で、第１図（ａ）は外観図、第１図（ｂ）は平面図であ
る。第１図（ａ）において、、水晶アクチュエータは３
つの腕2,3,4から構成されている。但し、駆動電極は図
示していない。第１図（ｂ）は第１図（ａ）をｚ軸方向
から投影したときの平面図である。ここでは、電界によ
ってx,y,z軸の３方向に変位することを述べる。腕２に
はｘ軸に垂直に駆動電極5,5′が設けられ、電圧を印加
すると伸びの変位が、即ち、矢印Ａで示すごとくｙ軸方
向に伸びる。次に、腕３にはｘ軸に垂直な駆動電極6,
6′がｚ軸方向の半分まで配置されている。それ故、電
圧の印加により矢印Ｂの方向に屈曲モードで変位する。
更に、腕４にはｙ軸に垂直に駆動電極7,7′が設けら
れ、電圧の印加により、矢印Ｃで示すごとくｘ軸方向に
変位する。このように駆動電極を配置し電圧を印加する
ことにより、トンネル電流を検出する針取り付け部８の
針はx,y,z軸方向に変位する。図示されていないが針取
り付け部８の針は電極７と絶縁されている。実際には、
各電極に印加される電圧値を調整することにより、３軸
方向の変位量を調整することができ、高精度な変位制御
をすることができる。
以上述べたように本発明は、新形状の水晶アクチュエ
ータを提案することにより、次の著しい効果を有する。
ータを提案することにより、次の著しい効果を有する。
材料に水晶を使用するので、極低温でも圧電性を有
し、STM用アクチュエータとしてトンネル電極が得ら
れ、原子の姿を見ることかできる。
し、STM用アクチュエータとしてトンネル電極が得ら
れ、原子の姿を見ることかできる。
x,y,z軸方向に変位させる駆動電極は独立して配置
されているので電圧調整により、微小、かつ、高精度の
変位制御ができる。
されているので電圧調整により、微小、かつ、高精度の
変位制御ができる。
複数の腕は一体にできているので、信頼性に優れて
いる。
いる。
水晶の弾性定数が大きいので、高い共振周波数のア
クチュエータが得られ、高速走査が可能である。
クチュエータが得られ、高速走査が可能である。
第１図（ａ）は本発明の水晶アクチュエータの形状の外
観図、第１図（ｂ）は第１図（ｂ）の水晶アクチュエー
タのｚ軸方向から投影した平面図、第２図は本発明の水
晶アクチュエータの原理を説明するための座標系と水晶
ブロックを示すものである。 １……水晶ブロック １′……アクチュエータ 2,3,4……腕、３……溝 4,4′,5,5′,6,6′,7,7′……駆動電極 ８……針取り付け部 ｘ……電気軸、ｙ……機械軸 ｚ……光軸
観図、第１図（ｂ）は第１図（ｂ）の水晶アクチュエー
タのｚ軸方向から投影した平面図、第２図は本発明の水
晶アクチュエータの原理を説明するための座標系と水晶
ブロックを示すものである。 １……水晶ブロック １′……アクチュエータ 2,3,4……腕、３……溝 4,4′,5,5′,6,6′,7,7′……駆動電極 ８……針取り付け部 ｘ……電気軸、ｙ……機械軸 ｚ……光軸
Claims (1)
- 【請求項１】水晶ブロックから形成される圧電アクチュ
エータにおいて、前記アクチュエータは３つの腕から一
体に構成され、水晶の電気軸、機械軸、光軸をｘ軸、ｙ
軸、ｚ軸とするとき、第一の腕のｘ軸と垂直な面に１
対、第二の腕でｘ軸と垂直な面の半分までに１対、第３
の腕のｙ軸と垂直な面に１対の駆動電極がそれぞれ設け
られていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63057104A JP2651462B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63057104A JP2651462B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 圧電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01231668A JPH01231668A (ja) | 1989-09-14 |
| JP2651462B2 true JP2651462B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=13046205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63057104A Expired - Lifetime JP2651462B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2651462B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2905643B2 (ja) * | 1992-05-29 | 1999-06-14 | 住友重機械工業株式会社 | 圧電リニアアクチュエータ |
| EP1109233B1 (en) * | 1999-11-25 | 2002-01-30 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Hook-shaped piezoelectric actuator |
-
1988
- 1988-03-10 JP JP63057104A patent/JP2651462B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01231668A (ja) | 1989-09-14 |
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