JP2842983B2 - 動作構造体、動作構造体用圧電素子及び動作構造体の組立方法 - Google Patents

動作構造体、動作構造体用圧電素子及び動作構造体の組立方法

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JP2842983B2 JP5248908A JP24890893A JP2842983B2 JP 2842983 B2 JP2842983 B2 JP 2842983B2 JP 5248908 A JP5248908 A JP 5248908A JP 24890893 A JP24890893 A JP 24890893A JP 2842983 B2 JP2842983 B2 JP 2842983B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば宇宙船などの
用途において、構造部品の形状および振動を制御する動
作構造体(activated structure) に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】たとえば宇宙空間で、部品を正確に制御
するための動作構造部材は、その必要性をきわめて増し
ている。特に、少なくとも３つの異なるセンスに向けら
れた力によって引き起こされるモーションおよび振動を
制御可能にするために有用である。本発明は、例えば宇
宙船などの用途において、構造部品の形状および振動を
制御することに関している。”インテリジェント構造(i
ntelligent structure)" と名付けられたこの構造は、
精密な細かい制御が必要なロボット工学において用いる
ことが可能である。より詳細には、本発明は、特に複合
材料から製造された構造に埋め込まれ、或いは、これに
取り付けられたアクチュエータおよびセンサを構成する
圧電素子に関するものである。このように、これら構造
の動きは、非常に精密に、能動的に、かつ、遠隔的に制
御可能である。複合材料の構造は、圧電アクチュエータ
および圧電センサを埋め込むことが可能であった。圧電
素子と構造を形成する基部との間の歪力は、相対的に、
圧電素子と基部との間に伝達可能である。アクチュエー
タおよびセンサは、協動して動作可能であり、センサか
らの力によって、アクチュエータが反作用的な力を生じ
ることができる。このように、圧電素子がアクチュエー
タを構成するときに、所定の力が基部に伝達され、基部
の動きをなすことができる。或いは、基部が動くとき
に、基部からの力が、センサを構成する圧電素子に、選
択的に伝達され得る。アクチュエータとセンサとの間の
電子制御は、これら圧電素子と協動する基部の動きおよ
び形状を、精密に監視するとともに、制御することがで
きる。基部を備えたこのようなアクチュエータおよびセ
ンサの作動は、ブロノウィッキ(Bronowicki)他に付与さ
れた米国特許第5,022,272号に例示され、これらの内容
は、ここに引用することによって組み込まれている。
【０００３】複合材料の構造は、軽量であり、かつ、振
動の形状をなす機械的エネルギーを、容易に消散させる
ことができない。また、これら構造は、比較的剛性を有
しているため、特に宇宙空間における用途に適してい
る。複合材料に埋め込まれた圧電素子を使用すること
は、構造の動きをアクチュートし、かつ、これを減衰さ
せるために効果的な方法である。構造に加えられる振動
力或いは他の負荷力を補償するために、減衰を与えるこ
とが可能である。圧電素子が、複合材料の構造に接着さ
れているときに、基部と圧電素子との間の、長手方向お
よび横方向における動きは、基部と圧電素子との間に伝
達される。このように、基部の軸方向の伸長および収縮
は、長手方向で制御可能であり、基部の曲げは、横方向
で制御可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この制
御の程度は、二つの動きのセンス、すなわち、軸方向お
よび曲げにすぎないため、比較的制限される。多くの場
合、基部は、第３の動きのセンス、すなわち、捩じれを
制御することを求められている。捩じれ力にさらに応答
する基部を備えた動作構造体を有し得ることは、既知の
システムにおいては、不可能であった。この欠点は重要
である。宇宙空間の用途において、たとえば、主スペー
スボディから遠隔ソーラアレイパネルを支持する細長い
アーム或いはブームに与えられた捩じれ応力をセンス
し、或いは、これをアクチュエートすることは不可能で
ある。また、たとえば、一般にマイクロテクノロジー、
すなわちミクロの機械的用途など、他の用途において
も、コンポーネントの動きの精密な制御が必要とされて
いる。基部が、軸方向、曲げおよび捩じれ応力を同時に
受けたときに、基部の振動の動きをとめることが、全体
として特に必要である。したがって、従来のものと比べ
て、動きを制御する能力に優れた動作構造体或いはイン
テリジェント構造を提供することが求められている。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、動きを制御する能力に優れた
動作構造体を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の構成および作用】本発明のかかる目的は、長手
方向および横方向を備えた面を有し、長手方向センス、
横方向センス、および相対的な捩じれセンスにおいて、
動くことが可能であり、或いは、動かされ得る基部を有
する構造体によって達成される。各々がポーリング方向
を有する圧電素子が、基部内に組み込まれ、圧電素子
は、基部に物理的に結合されている。圧電素子は、長手
方向および横方向を備えた反応面を有している。圧電素
子は、互いに近接して、かつ、間隔をおいて配置され、
基部と圧電素子との間に力を伝達する。圧電素子の少な
くとも二つが、互いに対して異なる作動特性を有してい
る。各圧電素子は、異なって関連し、反応面に沿った方
向に力を加える。基部上の圧電素子のこれら異なる力の
反応の特性は、少なくとも捩じれセンスにおける基部の
動きと関連をなすため、捩じれモーションを基部に与え
ることができる。本発明の好ましい実施の形態において
は、動きは、また、長軸センスおよび横断曲げセンスの
少なくとも一方に関連している。選択的に、長軸センス
に対する剪断方向の動きをなすことが可能である。
【０００７】圧電素子の少なくともいくつかが他に対し
て異なる特性を有するような、近接して設けられた複数
の圧電素子の関係および基部に関する端部間および側部
間の関係は、制御されたシステムを必要とし、基部のモ
ーションは、少なくとも３つの異なるモーションセンス
において制御され得る。本発明の好ましい実施の形態に
おいては、基部は、一以上の横方向に向けられた面を有
し、好ましくは、基部は円筒状である。この円筒は、正
円筒（基準軸に対して対称な輪郭形状をもち、基準軸に
沿うすべての横断面が等しい形状であるような円筒）で
あってもよいし、正円筒でなくともよい。ある実施の形
態において、基部の横方向の面は、シリンダ（円筒）の
長軸に平行に、長軸まわりに設けられた多角形構造を形
成する複数のオフセット平面によって、実際に構成され
ている。他の実施の形態においては、複数の面は、数学
的に決定された曲線からなる面の”理論上の”セクショ
ンによって、実際に構成されている。この円筒は、中実
であってもよいし、或いは、管状であってもよい。捩じ
れの動きのセンスは、シリンダの長軸に関連している。
本発明の他の好ましい実施の形態において、各圧電素子
は、等方性を有するセラミックウェハである第１のコン
ポーネントおよび異方性を有する第２のコンポーネント
によって構成されている。等方性を有するコンポーネン
トは、能動的であるため、ポーリング方向に電圧が与え
られたときに、長手方向および横方向に、等しい動きの
関係を示す。異方性を有する複合ファイバから形成され
た第２のコンポーネントは、第１のコンポーネントの反
応面上の等方性を有するセラミックに接着されている。
そのため、全圧電素子は、圧電素子の長手方向或いは横
方向の少なくとも一方に対して角度をなす優先的なモー
ションを提供している。ファイバは、圧電素子の長手方
向或いは横方向に対して平行ではない角度で接着される
のが好ましい。
【０００８】圧電素子は、関連して近接している少なく
とも二つの圧電素子の組として与えられていると考える
ことができる。第１の圧電素子について、複合ファイバ
の材料は、第１のコンポーネントに対する第１のセンス
に用いられる。この組の隣接する圧電素子について、複
合ファイバの材料は、そのセラミックである第１のコン
ポーネントに対して第２のセンスに用いられる。したが
って、組をなした二つの圧電素子は、互いに対して異な
って作用する。第２のコンポーネントの複合材料は、第
２の圧電素子のためのプライの向きに対して反対向きの
第１の圧電素子のための向きを有する制限プライである
のが好ましい。基部は、少なくとも４つの横方向の面を
有するのが好ましく、少なくとも一つの圧電素子は、そ
れぞれこの横方向の面で縁取りされているのが好まし
い。圧電素子のポーリングは選択的になされ、全ての素
子が、同じ方向にポーリングされたときに、長手方向セ
ンスにおいて軸方向の伸縮がもたらされる。一方の素子
に対して第１の方向にポーリングがなされ、反対側の素
子に対して、第２の方向にポーリングがなされたとき
に、曲げがもたらされる。隣接する素子に、反対にポー
リングがなされたときには、捩じれの動きがもたらされ
る。
【０００９】
〔動作構造体に対する動きのセンス〕
図１（ａ）および図１（ｂ）において、動作構造体用の
典型的な応用例が、すなわち、軸方向、曲げおよび捩じ
れ移動の影響を受けるストラット或いはブームとして示
されている。図１（ａ）において、宇宙船のメインボデ
ィ１０が、ソーラアレイパネル１２に連結されたソーラ
アレイブーム１１に取り付けられている。このパネル１
２は、矢印１３で示された捩じれセンス、矢印１４で示
された軸方向センス、および矢印１５で示された曲げセ
ンスの作動を受けやすい。図１（ａ）および図１（ｂ）
に示されるように、曲げセンスは、相対的に上部から下
部までの平面、或いは、側部から側部までの平面とい
う、２つの平面の一方であり得る。軸方向の移動は、長
軸３００Ａに沿った伸長或いは収縮でおこり得る。捩じ
れモーション１３は、本質的には、パネル１２が、宇宙
船のボディ１０に対して長手方向まわりに回転し、或い
は、ひねられたときに、ブーム１１に加えられるひねり
センス或いは剪断センスのモーションである。このよう
な捩じれモーション１３は、軸３００Ａに対して軸３０
０Ａを中心としてパネル１２がひねられ、或いは、回転
するところで生じる。或いは、ボディ１０は、相対的に
回転し、ねじられる。次いで、捩じれ力或いは剪断力
は、基部であるブーム１１に加えられる。
【００１０】ブーム１１を動作構造部材として有するこ
とによって、発明されたシステムにおいて、捩じれセン
ス１３、軸方向センス１４および曲げセンス１５の動き
を調整することが可能になる。このため、動作構造体、
すなわち、ブーム１１を、このブーム１１の形状および
振動を制御するために用いることができる。動作構造
体、すなわち、ブーム１１は、複数の圧電素子を備え、
圧電素子は、アクチュエータエレメントおよびセンサエ
レメントを有している。アクチュエータとセンサとの間
の電子制御は、構造部材、すなわち、ブーム１１の所望
の動きを伝えるとともに、これを調整する。 〔圧電素子〕 圧電素子は、ジルコン酸チタン酸鉛(lead-zirconate ti
tanate:PZT) などのセラミック材料或いはニオブ酸モリ
ブデン鉛(lead molybdenum niobate:PMN) などの電歪セ
ラミックから構成されている。このような圧電素子は、
深さの少ない、すなわち約０．１９０５ｍｍ（約０．０
０７５インチ）の深さを有するウェハとして形成されて
いる。この圧電素子は長手方向に約６３．５ｍｍ（約
２．５インチ）の長さを有し、横方向に３８．１ｍｍ
（約１．５インチ）の幅を有している。
【００１１】圧電素子は、等方性のあるコンポーネント
１６としてこのようなセラミックのウェハを有するとと
もに、ポーリング方向１７およびこのポーリング方向１
７に垂直な横方向１２１を備えている。１９で示された
電圧が、深さ又は厚み１８を横切って加えられたとき
に、横向きの方向１２１の二つのコンポーネント、すな
わち横方向２０および長手方向２１において、等しい歪
みが生成される。圧電素子のコンポーネント１６は、反
応面２３を有している。方向１７に圧電素子１６の極性
を一致させることは、方向１７に圧電素子を収縮させる
とともに、同時に、方向２０、２１に素子を伸長させ
る。その一方、逆ポーリング(reverse poling)によっ
て、方向１７に伸長させられ、同時に、方向２０，２１
に収縮させられる。 〔圧電素子および基部〕 圧電コンポーネント１６を、等方性のある基部に埋め込
み、取り付け、或いは、接着することによって、基部の
方向２０，２１において、等しい歪みが生成される。こ
のように、基部をライン２１の方向に沿って長手方向に
向けることによって、ライン１４に沿って示されるよう
なブーム１１、すなわち、構造の軸方向の動きに平行な
軸方向の動きがもたらされる。これは、収縮或いは伸長
として表すことができる。同様に、方向２０に沿った動
きが矢印１５に示す動きに対して平行であるような向き
にある構造、すなわちブーム１１に対して、長軸３００
Ａに対する横方向の曲げモーション１５を、加えること
ができる。
【００１２】隣接する圧電素子コンポーネント１６を、
互いに垂直な軸上で、互いに垂直に配置することによっ
て、図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるような曲げ
モーション１５を得ることができる。 〔２コンポーネント圧電素子のワーキングセット〕 図３および図４は、８つの横方向セクション２４，２
５，２６，２７，２８，２９，３０および３１を備え
た、管状の正円筒を示している。これらセクションは、
円筒管状ボディ３２の長軸４４Ａのまわりに、周方向に
配置されている。これら横方向に関係付けられたセクシ
ョン２４ないし３１の各々には、圧電素子３３，３４，
３５，３６，３７，３８，３９および４０が設けられて
いる。これらは二つのグループの素子となる。圧電素子
３３，３５，３７および３９からなるグループは、共通
の特性を有し、圧電素子３４，３６，３８および４０か
らなるグループは、共通の特性を有する。これら圧電素
子の二つのグループは、各々に対して異なる特性を有し
ている。各グループを特徴づける特性とは、これら圧電
素子の各々の横方向２０，２１に発生する歪みである。
したがって、電圧が加えられることによって、方向１７
にポーリングされたときに、各圧電素子は、方向２０，
２１に等しい歪みを生じない。
【００１３】圧電素子は、二つのコンポーネントから構
成される。ピエゾセラミックコンポーネント(piezo cer
amic component) １６および複合ファイバコンポーネン
ト４１である。圧電素子３３，３５，３７および３９で
は、ファイバ４１は、ライン４２に表されるように、第
１の方向に向いている。圧電素子３４，３６，３８およ
び４０では、ファイバ４１は、ライン４３に表されるよ
うに、第２の方向を向いている。複合ファイバ４１は、
各セラミックコンポーネント１６の上に、剛性の制限層
を与えている。複合ファイバ４１は、ライン４２に表さ
れるように、長軸４４Ａに対して−４５°の関係をもつ
方向に向いており、また、ライン４３に表されるよう
に、長軸４４Ａに対して＋４５°の関係をもつ方向に向
いている。複合ファイバ４１、たとえば、エポキシを有
するグラファイト、ポリシアネートおよび熱可塑性プラ
スチックから構成されている。複合ファイバ４１は、セ
ラミックコンポーネント１６に接着されている。これら
複合ファイバ４１は、曲げられたり捩じられたりしたと
きに、圧電素子に、基部の軸方向の歪みを誘起する能力
を与えている。このような構成を有することによって、
圧電素子３３ないし４０の組に対して、好ましい動きが
発生する。図５に示されるように、各圧電素子３３ない
し４０のための好ましい動きは、ライン４４ないし５１
にそれぞれ表されている。たとえば、プライが約−４５
°に構成されている圧電素子３３に対して見られるよう
に、好ましい動きは、相対的に約４５°方向に向けられ
ている。言い換えれば、これは、プライの向きに対して
鉛直方向に直立している。圧電素子３４にとって、プラ
イが約＋４５°の向きになったところで、好ましい動き
が、約−４５°の角度をもって向けられて直立してい
る。
【００１４】圧電素子３３ないし４０の組合せを考慮す
ると、正味の総合的な移動は、全体として、圧電素子３
３ないし４０の上部が、図５に表されるように右方向４
００に累積的に付勢され、圧電素子の下部が、図５の下
部ライン４０１に表されるように累積的に左方に向けら
れる。作動するアクチュエータ或いはセンサの最小の組
は、図６（ａ）および図６（ｂ）に表されたように、少
なくとも二つの隣接する圧電素子を有している。図６
（ａ）および図６（ｂ）において、圧電素子の３次元表
示は、圧電素子３３，３４が示されているところに表さ
れている。コンポーネント１６は、反応面２３上に配置
された複合ファイバ４１を有している。正電圧が、図６
（ａ）に示されるように、ポーリング方向に加えられ
る。すなわち、プライすなわち複合ファイバ４１と協動
する圧電素子３３の反応面２３上には、正電圧が存在
し、圧電素子３３の下側５２上には、負電圧が存在す
る。その結果、圧電素子３３の移動特性は、動きベクト
ル５３によって表されるように伸長移動が好ましいもの
となる。同様に、圧電素子３４については、矢印５４に
表されるような伸長移動が好ましい。ベクトル５３，５
４によって表されたこれら二つのモーションは、ベクト
ル５５，５６に表されたように、軸方向において付加的
である。横方向に横断する動きは、それぞれ、比較的制
限されたものとなる。ベクトル５３，５４から発された
横方向の力は相殺され、したがって、圧電素子３３，３
４の組の総合的な移動は軸方向であり、すなわち、長軸
４４Ａと一致する。
【００１５】図６（ｂ）に記載された関係において、圧
電素子３３をポーリングする方向は、図６（ａ）と同一
である。その一方、図６（ｂ）において圧電素子３４を
ポーリングする方向は、図６（ａ）と反対である。した
がって、面５２は、正電圧を有するのに対して、圧電素
子３４の頂部インタフェースは、負電圧を有する。図６
（ａ）および図６（ｂ）に関連する極性の符号は、ポー
リング方向を示している。図６（ｂ）において、圧電素
子３３の正味の動きは、ベクトル５７によって示されて
いる。これは、図６（ａ）の矢印５３と同一である。圧
電素子３４上の極性が変えられている影響は、内向きの
矢印５８によって示されている収縮効果にあらわれてい
る。正味の結果として、図６（ｂ）に示されるように、
圧電素子３３，３４の組によっておよぼされた長手方向
或いは軸方向の歪みが、互いに相殺される。正味のモー
ションは、矢印５９，６０で示されるような、横方向に
横断する作動である。矢印５９，６０は、反対向きであ
り、したがって、図６（ｂ）に掲げられたように、圧電
素子３３，３４の組において、正味の捩じれ歪みが、ア
クチュエータの組の構造体に与えられる。
【００１６】４つの組と関連するアクチュエータ或いは
センサを備えた管構造、すなわち、８つのアクチュエー
タを有する管構造が、図３および図４に示されている。
これによって、動作管構造の精密な調整された制御が可
能になる。図７に示されるように、異なる極性の組み合
わせによって、軸方向、曲げおよび捩じれモーションと
いう互いに依存しないモーションを生じさせることが可
能となる。さらに、依存しない電圧の組を有するリニア
な組合せを付加することによって、１以上の動きが達成
され、或いは、同時に制御され得る。アクチュエータ１
ないし８は、図７の表の頂部ラインに沿って表されてお
り、状態１ないし８用に左手側に沿って示されるよう
に、異なるポーリング状態を適用可能である。たとえ
ば、第１の場合において、８つ全てのアクチュエータの
電圧極性は同一である。この意味で、圧電素子と複合材
料との間のインタフェースは正であり、反対側の面は負
となる。圧電素子および圧電素子が置かれている基部の
軸方向の伸長が可能となる。第２の場合に示すように、
８つ全てのアクチュエータの全ての極性を反転させるこ
とによって、圧電素子および基部の軸方向の収縮が生じ
る。
【００１７】第３の場合において、一組の圧電素子１，
２を第１の場合のように正方向にし、圧電素子５，６を
同様にポーリングする。圧電素子３，４，７および８に
は、ポーリングはなされない。第１の方向への曲げが可
能になる。第４の場合のように、アクチュエータ１，
２，５および６の極性を変更することによって、反対の
センスにおける曲げが与えられる。第５の場合、アクチ
ュエータ３，４，７および８には、ポーリング電圧が与
えられ、アクチュエータ１，２，５および６には、ポー
リング電圧が与えられず、直角の関係の曲げがなされ
る。したがって、第５の場合、アクチュエータ３，４
は、図６（ａ）に示されるようなポーリング関係にセッ
トされる。アクチュエータ７，８は、図６（ａ）とは反
対のポーリング関係にセットされる。第６の場合は、そ
の逆の関係となる。第７の場合、各アクチュエータ１な
いし８は、交互に反対にポーリングされている。ここ
に、アクチュエータ１，２は、図６（ｂ）に示すような
関係である。８番目に至るまで、対となって、これが繰
り返される。この状態では、第１の方向に捩じれ効果が
生成される。
【００１８】第８の場合、各圧電素子の極性が反転させ
られ、反対のセンスにおける捩じれ効果が生成される。 〔アクチュエータおよびセンサ〕 システムは、４つのセンサおよび４つのアクチュエータ
との間の流れとともに作用し得る。即ち、アクチュエー
タとして働く４つの圧電素子と、センサとして働く４つ
の圧電素子とを有している。各センサとアクチュエータ
との間に関連する作用は、２つの曲げセンス、一つの軸
方向センスおよび一つの捩じれセンスを制御することに
よってなされる。図８、図９および図１０に示されるよ
うに、４つのセンサ１００，１０１，１０２および１０
３が、４つのアクチュエータ１０４，１０５，１０６お
よび１０７に関して設けられている。これらセンサ１０
０ないし１０３は、軸方向の長軸であるＸ軸および横方
向に横断する軸であるＹ軸に関して設けられ、二つの直
交する平面上に、長軸に平行に設けられる。関連するア
クチュエータおよびセンサは、基部上に、互いに隣接し
て設けられ、或いは、サンドイッチタイプの構造で、何
れかの上に設けられている。 〔コントローラ〕 ４つのセンサ１００，１０１，１０２および１０３なら
びに４つのアクチュエータ１０４，１０５，１０６およ
び１０７は、４つのコントローラ、すなわち電子制御ユ
ニット１０８，１０９，１１０および１１１によって制
御される。
【００１９】図８および図９において、コントローラ１
０８は、軸方向の動きを調整し、コントローラ１０９
は、曲げコントローラであり、コントローラ１１０は、
曲げモーメントを制御する。コントローラ１１１は、捩
じれ制御をおこなう。センサ１００ないし１０３とコン
トローラ１０８ないし１１１との間の相互作用は、全般
的に１１２として示されるラインによってなされる。ア
クチュエータ１０４ないし１０７は、全般的に示された
ライン１１３によって関連付けられている。図８におい
ては、システムをコンポーネントの軸に分割可能な一般
的なタイプのコントローラが示されている。センサ１０
０ないし１０３とコントローラ１０８ないし１１１との
間には、重み付け要素３００がその入力側に設けられ、
コントローラ１０８ないし１１１とアクチュエータ１０
４ないし１０７との間には、重み付け出力部３０１が設
けられ、この出力は、加算要素３０２によって加算され
る。このような構成は、特に、任意でない形状の管或い
はディスクヘッドドライブ支持部など正規でない形状の
基部手段に用いられ得る。図９に示される構成につい
て、このコントローラの構成は、４つのセンサ１００な
いし１０３および４つのアクチュエータ１０４ないし１
０７を、対称形の管上に用いるのに適している。このよ
うな場合に、センサのうちの二つ、即ちセンサ１０１お
よび１０２を曲げモーメント用に使用し、極性要素３０
３，３０４のみが、利得要素として必要とされる。軸方
向コントローラ１０８は、全てのセンサ１００ないし１
０３からの入力をうけ、全てのアクチュエータ１０４な
いし１０７に指向した極性要素、すなわち正利得要素３
０３，３０４を備えている。曲げコントローラ１０９，
１１０は、図示するように、二つのセンサの各々と二つ
のアクチュエータの各々との間に、それぞれ接続されて
いる。捩じれコントローラ１１１は、４つのセンサ１０
０ないし１０３からの信号を受けている。
【００２０】図１０に示される構成において、各コント
ローラ１０８ないし１１１が、それぞれセンサ１００な
いし１０３と、これに対応するアクチュエータ１０４な
いし１０７との間の流れを専念して制御するように、情
報の流れは構成されている。各コントローラ１０８ない
し１１１は、軸方向の曲げおよび捩じれの動きに対する
情報を処理する多軸タイプのコントローラである。この
ような構成によって、利得手段および平均化回路が不要
となる。 〔基部〕 図１１は、４つの側部を有する管状構造の略半部断面図
であり、異なる複合材料の層が基部１１を生成するよう
に設けられている。圧電センサ１００ないし１０３は、
この構造を形成する複合材料の第１の層１１４の内側に
配置されている。これらセンサ１００ないし１０３は、
管を硬化させた後に、この間の内側に接着させられる。
層１１４は、紙面に対して直立している長軸１１５Ａに
対して６０°の角度をなすプライから形成されている。
次の層は、軸方向（０°）のプライによって形成されて
いる。これによって、低周波に対する可撓性が減少させ
られる。この層１１６は、第２の内部層として示されて
いる。第２の層１１６は、軸方向のプライの組合せによ
って形成されている。アクチュエータ１０４，１０５，
１０６および１０７は、この層１１６に埋め込まれてい
る。次の層１１７は、軸方向のプライの層であり、最終
層１１８は、軸１１５Ａに対して６０°の角度をなして
配置されている。
【００２１】基部１１を形成するように用いられる複合
ファイバは、高いモジュラス、強度および導電率を示し
ている。この材料をレーザやＸ線の脅威に対して強化さ
せることが可能である。この高いモジュラスは、例え
ば、２５．４ｍｍ（１インチ）について１００のピッチ
をもった（ピッチが０．２５４ｍｍの）ファイバによっ
て与えられ、この構造はアルミニウムの固有強度の１２
倍に達する。ファイバは、比較的軽量であり、高い剛性
および高熱伝導率、高導電率を備えている。他の構造の
構成は、たとえば、ブロノウィッキ他(Bronowicki et a
l.) に対して付与された米国特許第 5,030,490号に開示
され、この内容は、ここに引用することによって組み込
まれている。基部１１のプライは、内部構造層１１４，
アクチュエーション層２１５，１１６および１１７、お
よび外部構造セット１１８という少なくとも３つの別個
の段階によって作られている。プライの構成および向き
は、局地的な曲げの変形を減少させる平衡層を得る基準
に基づいている。付加的なフーププライを、９０°すな
わち軸１１５Ａと垂直に、アクチュエータの領域に設
け、ポアソン比の効果によって軸方向のアクチュエーシ
ョンを増大させることが可能である。特定の予防策によ
って、圧電素子の保全性が保証され、圧電素子が基部１
１に埋め込まれたときの残留応力を減少させることがで
きる。セラミックのコンポーネント１６を複合材料の構
造に埋め込む技術は、さらに、Ｇ．Ｒ．ドボルスキー
(G. R. Dvorsky) およびＤ．Ｗ．ラブ(D. W. Love)によ
って”複合材料の構造に封入セラミックを埋め込む装置
およびその方法(Encapsulating Ceramic Deviceand Met
hod for Embedding in Composite Structure)”という
タイトルで、1990年10月29日に出願された米国特許出願
第07/604,306号に開示されている。この出願の内容を、
ここに援用する。
【００２２】図１１に示されるように、基部１１を形成
するプライの関係は、一定の割合でなされるべきプライ
の厚みに対しては示されておらず、また、この構成の下
半部は、破線１２０によって示されたような上部と同様
である。したがって、センサ１０３およびアクチュエー
タ１０７は、図１１に示されていない。センサ１００な
いし１０３およびアクチュエータ１０４ないし１０７
は、圧電コンポーネント、すなわち圧電素子１６および
４５°をなす面に接着され基部１１の捩じれ作動を達成
する複合ファイバ４１を含んでいる。ある状況において
は、角度の関係は、約４５°と異なっていてもよい。異
なる状況においては、アクチュエータ１００ないし１０
３の少なくとも一つと、センサ１０４ないし１０７との
関係が、他のアクチュエータに対してオフセットされて
いるかぎり、効果的な捩じれの関係を得ることができ
る。他の場合において、プライ４２，４３の方向は、長
軸４４Ａ或いはこれを横切る軸に平行である以外の角度
であることが求められている。したがって、図８、図
９、図１０および図１１に示されるように、一以上のア
クチュエータ１０４ないし１０７の適切なポーリング状
態の下で、捩じれ効果を生成するために、この角度は、
長軸４４Ａ（図１１の１１５Ａ）に対して、０°よりも
大きく、かつ、９０°よりも小さい必要がある。
【００２３】図１１に示された構成において、アクチュ
エータの対は、一方では、１０４および１０５によって
示され、他方では１０６および１０７によってそれぞれ
示されている。同様に、センサの対は、一方では１００
および１０１によって示され、他方では、１０２および
１０３によって示されている。したがって、図８ないし
図１１に示されるように、４つのアクチュエータおよび
４つのセンサが、捩じれ歪みを制御するために十分なも
のとなる。 〔アクチュエータを備えた４つの側部を有する基部〕 図１２には、４つの側部、すなわち、側部２００，２０
１，２０２および２０３を備えた基部１１が示されてい
る。軸の関係は、ストラット、すなわち基部１１内に示
されたＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の表示によって表されてい
る。ストラット、すなわち基部１１の壁すなわち側部２
００，２０１，２０２および２０３上には、４つのアク
チュエータ２０４，２０５，２０６および２０７が設け
られている。さらに、図１２には、長軸の線上に離間し
て配置されたアクチュエータ２０８，２０９が示されて
おり、同様に、壁すなわち側部２０２，２０３上には、
図示はされないがアクチュエータ２０８，２０９が設け
られている。
【００２４】アクチュエータ２０４，２０８は、ストラ
ット、すなわち基部１１の長軸２１１に対して約−４５
°の方向に向けられたプライ２１０を有している。壁す
なわち側部２０１上のアクチュエータ２０５，２０９に
は、それぞれその上にプライ２１２が設けられている。
このプライ２１２は、軸２１１に対して約＋４５°の方
向に向けられている。各アクチュエータの矢印Ａは、そ
れらの作動方向を示している。壁すなわち側部２０２，
２０３上では、アクチュエータ２０６，２０７およびこ
れらの壁上に設けられた他のアクチュエータによって、
同一の作動効果が生成される。したがって、たとえば、
アクチュエータ１１０に対して、正電圧としてポーリン
グ電圧を壁２００に与える効果は、Ａ方向に伸長を引き
起こす。負電圧を加えることによって、Ａ方向の収縮が
引き起こされる。下記の表は、図１２に示されたアクチ
ュエータの作動から得られたモーションセンサを示して
いる。 アクチュエート 各側部の電圧 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ 軸方向 ＋ ＋ ＋ ＋ Ｙまわりの曲げ ＋ − − ＋ Ｚまわりの曲げ ＋ ＋ − − 捩じれ ＋ − ＋ − 〔八角形基部〕 図１３には、他の基部形状の異なった例示がなされてい
る。これは、八角形部分を有している。Ｘ軸、Ｙ軸およ
びＺ軸の関係は、長軸に沿った中央部に示されている。
六角形或いは五角形など他の多角形状を、実際に使用
し、基部すなわちストラット１１を形成することができ
る。センサおよびアクチュエータを、このような基部す
なわちストラットの壁に配置し、軸方向、曲げ、捩じれ
および剪断センスにおいてモーションをもたらすことが
できる。
【００２５】〔基部の改良された制御〕 アクチュエータ１０４ないし１０７およびセンサ１００
ないし１０３を備えた基部１１を駆動して、基部１１の
軸方向、曲げおよび捩じれの動きのセンスを精密に制御
することができる。これによって、基部１１およびこれ
と協動するコンポーネントの動きおよび振動の精密な制
御がなされる。圧電コンポーネント１６を含んだセンサ
およびアクチュエータを、軸方向、曲げおよび捩じれ移
動ならびに剪断移動を制御するように、基部１１内に接
着できることによって、著しく改良された基部１１の制
御特性を得ることができる。圧電コンポーネント１６が
被着された複合材料の層すなわち複合ファイバ４１の異
方性を用いるとともに、このような圧電コンポーネント
から形成され、軸方向、曲げおよび捩じれセンスを同時
に行なうセンサおよびアクチュエータを埋め込み、或い
は、取り付けることによって、動作構造体における価値
ある利点を得ることができる。それによって、この動作
構造体の望ましくない質量は減らされ、モーションの種
々のセンス間の所望されていない剛性カップリングも減
らされる。圧電素子を形成する２コンポーネント構造
は、ユニークな特性を有している。二以上のユニットの
組を連結して用いたときに、これに連結された基部１１
に、所望の制御された特性を与えている。中空であって
もよいし、中実であってもよいし、基準軸に対して対称
でありかつ基準軸に沿う等しい断面を有していてもよい
し、そのような形態でなくてもよい管形状の基部の特性
は、圧電素子によって与えられるとともに、電子的に或
いはコンピュータによって適当に制御される特性の関数
として、基部１１の曲げ、軸方向および捩じれモーショ
ンの精密な制御を与えている。局地的な軸方向／剪断カ
ップリング（基部の周囲の個々の圧電素子と関連したカ
ップリング）が、ストラットすなわち基部１１の周囲の
まわりに協働するように導入される。これは、圧電素子
から基部１１を形成するシェルへの力の剛性カップリン
グを生ずる。
【００２６】圧電ウェハが、基部の上に置かれており、
これらは、基部の表面上に略平坦な長手方向および横断
方向を有する横方向の面を有している。圧電素子の深さ
は、比較的小さく、ポーリング方向、すなわち、基部の
長手方向を横切る方向に延びている。このウェハーは、
長軸を横切るように、かつ、長軸に沿ってリニアに、基
部まわりに隣接して配置可能である。したがって、平坦
で、かつ薄い形状を得ることができる。基部にウェハを
効果的に接着することによって、基部の動きが制御可能
となる。長期にわたる明確な制御を保証するために、圧
電素子を効果的に基部に接着するために、他の技術を用
いることもできる。 〔異なる宇宙空間用基部〕 図１（ａ）および図１（ｂ）の宇宙空間における応用例
では、基部が、メインボディと第２のボディとの間にほ
ぼ延びていてもよい。他の応用例においては、基部が、
相対的に固定されたポイントの間の比較的短いものであ
ってもよい。基部の長さは、基部の相対的な幅或いは横
方向のサイズよりも短かくてもよい。基部自身は、その
側部或いは端部上を、制御のために求められる形状を有
する作動要素のための取付け部としている。この意味
で、基部は、たとえば、光学ミラーのベースであっても
よい。好ましいモーションにしたがって圧電素子の形状
の変化を制御することによって、さらに、調整すべき異
なる圧電素子の関係や基部の軸方向、曲げ或いは捩じれ
位置を引き起こすことによって、光学ミラーを効果的に
変更することができる。
【００２７】〔ディスクドライブヘッドの基部〕 図１４（ａ）は、ディスクドライブヘッドの略側面図で
ある。基部アーム４０１の端部には、ピックアップヘッ
ドコンポーネント４００が取り付けられている。基部ア
ーム４０１は、平坦な面４０２と、ピックアップヘッド
４００から外側にテーパーが付けられた直立要素４０
３，４０４とを有している。アーム４０１は、水平なヘ
ッド４００から上方に傾けられ、直立して鉛直に向けら
れた部分４０７，４０８を有する平坦なプラットホーム
４０６を設けて、４０５において終端している。頂部プ
ラットホーム４０６は、点４０９まわりを回動するため
に取り付けられており、ヘッド４００は、矢印４１０，
４１１に示す方向にピボット回転可能である。図１５
（ａ）に示されるように、４つのアクチュエータ−セン
サエレメント４１２、４１３、４１４および４１５が設
けられ、これらは、図１５（ｂ）に示される支持構造す
なわち基部アーム４０１に取り付けられている。構造す
なわちアクチュエータ−センサエレメント４１２は、支
持構造すなわち平坦な面４０２の壁部すなわち直立要素
４０４に対して置かれ、構造すなわちアクチュエータ−
センサエレメント４１３は、ベースすなわち平坦な面４
０２上に置かれている。同様に、構造すなわちアクチュ
エータ−センサエレメント４１４は、壁部すなわち直立
要素４０３に対して置かれ、構造すなわちアクチュエー
タ−センサエレメント４１５は、ベースすなわち平坦な
面４０２に対して置かれている。制限プライは、各エレ
メント４１２，４１３，４１４，４１５に対してライン
４１６に示されるような向きを有している。
【００２８】アクチュエータ−センサエレメント４１
２，４１３，４１４，４１５を、適当な方法で配置する
ことが可能であり、これらエレメントは、コントローラ
１０８ないし１１１と協動し、支持要素すなわち基部ア
ーム４０１の動きを効果的に制御することができる。デ
ィスクドライブ支持部すなわち基部アーム４０１は、高
速で動いているディスクに近接したピックアップヘッド
４００を保持する。トラック間の移動は、ディスク上
で、支持構造すなわち基部アーム４０１を迅速に回転す
ることによってなされる。これらの移動速度は、情報伝
達速度を増大させるために高められ、支持構造すなわち
基部アーム４０１のセトリングタイムにより決定される
アクセスタイムは、ますます重要になっている。支持部
すなわち基部アーム４０１に能動的な制御を与えること
によって、ディスクからの情報伝達速度を、極めて高め
ることが可能となる。エレメント４０２，４０３，４０
４のオープンチャネルタイプの構成は、構造すなわち基
部アーム４０１の捩じれ振動に対する感応性を高めてい
る。４つのアクチュエータ−センサエレメント４１２，
４１３，４１４，４１５は、軸方向、曲げおよび捩じれ
移動に対して異なるため、この不均整な形状の基部ため
の制御システムは、図８に示されているようになる。図
示するように、４つのアクチュエータ−センサエレメン
トは、要素すなわち基部アーム４０１の長さに沿って、
シングルストリップとして、それぞれ示されている。さ
らにこのようなストリップや、長さにそって二つの部分
に分割されたストリップを設け、所定の数のドライブヘ
ッド用のセンサおよびアクチュエータを設けることも可
能である。
【００２９】〔電子制御部〕 アクチュエータ１０４ないし１０７およびセンサ１００
ないし１０３は、電子的に制御可能である。また、中央
コンピュータの作動の下に制御することも可能である。
したがって、ワイヤ２１５に沿ったセンサとアクチュエ
ータとの間の信号の処理がなされ得る。電子制御システ
ムの主たるコンポーネントは、センサからの信号を受け
入れるセンサバッファであり、これは、チャージアンプ
或いはボルテージフォロア５００から構成されている
（図１７）。この出力は、アナログ補償器５０１或いは
ディジタル補償器５０２に向けられている。このような
アナログ補償器５０１或いはディジタル補償器５０２
は、適切なアルゴリズム５０３の制御の下にある。アナ
ログモードにおいては、正確に構成された補償器５０１
に用いられるために、直列或いは並列に設けられたアク
ティブフィルタ或いはパッシブフィルタ、増幅器、加算
器の組が設けられている。ディジタル補償モードにおい
ては、アナログ−ディジタル化コンポーネントと、構造
的な振動および広範な制御の様相を考慮するために制御
されるマイクロプロセッサベースとを有しており、これ
らの出力は、ディジタル−アナログ化レエメントに向け
られ、さらに、平滑フィルタに向けられている。補償器
５０１或いは５０２からの出力は、臨機応変に、高電圧
パワーアンプ５０４に向けられる。このパワーアンプ５
０４は、容量負荷を補償するのに適している。パワーア
ンプ５０４からの出力は、アクチュエータを適切に作動
させために指向される。
【００３０】〔全般的な事項〕 ある場合には、斜め方向に向けられた複合ファイバを備
えた圧電素子を設け、ある角度で、圧電素子自身の好ま
しいモーションを高めることは、異なる所望のモーショ
ンのセンスにおいて、圧電素子自身のモーションの有用
な制御を与えている。ポーリング方向に対して横方向に
与えられた歪みは、この歪みが、圧電素子を横切る方向
に対する長手方向において相対的に等しくならないとき
に、圧電素子の新たな応用を提供している。圧電素子の
長手方向或いは横断方向に対して、長手方向ではなく或
いは横方向ではない方向の所望の歪みを有するような圧
電素子は、ユニークな特性を備えている。圧電素子は、
基部にセットされ、あるものは、優先的なモーションを
有している。他の圧電素子は、等方性、すなわち、横方
向および長手方向に等しい応答を有するものであっても
よい。異方性を有するコンポーネントと等方性を有する
コンポーネントとの組合せは、ユニークな動きを提供す
るとともに、振動の制御および基部の作動を提供する。
動きおよび／または振動センスの制御は、相対的に角度
をなして関連付けられた、すなわち、互いに同一平面上
にはない異なる横断面内において、基部内の圧電素子を
関連付けることによって高められる。
【００３１】圧電セラミックコンポーネント１６および
コンポーネントすなわち複合ファイバ４１は、パワーを
殆ど消費せず、極めて軽量であり、広い温度範囲を有し
ている。基部１１に取り付けられた捩じれアクチュエー
タによって、精密なブームポインティングおよび振動の
支持がなされ得る。基部１１を構成する制限層は、複合
材料の基部の層を構成している間、この層のそれぞれの
部分からみた構成のため、捩じれに対して剛性を有して
いない。したがって、この制限層は、歪みエネルギー
を、アクチュエータの領域から移動させることはない。
圧電素子を組み込んで製造された基部１１は、曲げ捩じ
れ或いは軸方向捩じれカップリングを備えた構成のモー
ドを、複雑にさせることがない。これらの特性を備えた
圧電素子を基部１１に適用することは、宇宙空間におけ
る用途、或いは、他の接合された基部における用途を有
している。ロボット工学など、極めて精密であることが
要求される用途では、基部を有するセンサおよびアクチ
ュエータは、際立った利点を与える。本発明は、以上の
実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載さ
れた発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも
本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでも
ない。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、動きを制御する能力に
優れた動作構造体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 宇宙船、ブームおよびソーラアレイの形状を
示す図であり、図１（ａ）は、その略側面図、図１
（ｂ）は、その略平面図である。
【図２】 ポーリング方向、長手方向および横方向を示
した圧電素子の第１のコンポーネントおよび第２のコン
ポーネントの部分を示した略等角図である。
【図３】 外面が、周方向に配置された８つの横方向の
セクションを有する管である正シリンダを示す略等角図
であり、この管は、８つのセクションの各々に圧電素子
を配置するための基部である。
【図４】 平面上に設けられ、或いは、巻かれて、接近
しかつ間隔をおいて配置され、各々が、基部の８つの横
方向のセクションと接着された８つの圧電素子の配置を
示した図である。
【図５】 図５（ａ）は、各セグメントの好ましい動き
を示すベクトルタイプのダイアグラムであり、図５
（ｂ）は、捩じれセンスにおける全移動を発生する各セ
グメントの正味の動きを示すダイアグラムである。
【図６】 図６（ａ）は、軸方向の動きを示すモードに
おいて、同一方向にポーリングされた隣接する二つの圧
電素子の組の近傍の関係を示す略等角図であり、図６
（ｂ）は、捩じれモーションの下、反対方向にポーリン
グされた隣接する二つの圧電素子の組を示す略等角図で
ある。
【図７】 ８段階の基部の動きがなされるような、８つ
の隣接する圧電素子の異なる極性の組合せを示す表であ
る。
【図８】 ４つの圧電アクチュエータを４つの横方向の
面に設けるとともに、４つの圧電センサを４つの横方向
の面に設け、動きが、軸方向、曲げおよび捩じれセンス
において関連付け可能であるように、アクチュエータと
センサとの間にコントローラを設けた構成の情報フロー
構造を示す図である。
【図９】 ４つの圧電アクチュエータを４つの横方向の
面に設けるとともに、４つの圧電センサを４つの横方向
の面に設け、動きが、軸方向、曲げおよび捩じれセンス
において関連付け可能であるように、アクチュエータと
センサとの間にコントローラを設けた構成の情報フロー
構造を示す図である。
【図１０】 ４つの圧電アクチュエータを４つの横方向
の面に設けるとともに、４つの圧電センサを４つの横方
向の面に設け、動きが、軸方向、曲げおよび捩じれセン
スにおいて関連付け可能であるように、アクチュエータ
とセンサとの間にコントローラを設けた構成の情報フロ
ー構造を示す図である。
【図１１】 直方体ストラット、すなわち４つの側部を
有する基部の半部を示す略断面図であり、基部ならびに
管状の基部に接着された圧電アクチュエータおよび圧電
センサが形成された複合材料の層を示す図である。
【図１２】 ４つの横方向の側部を構成する４つの面上
にアクチュエータを備えた４つの側部を有するストラッ
トを示す略等角図であり、長手方向の直線上に配置され
た複数の圧電素子が示されている。
【図１３】 多角形ストラットの略横断端面図である。
【図１４】 ハードディスクデータ記憶システム用のデ
ィスクヘッドの動きに関する圧電素子の応用例を示す図
であり、図１４（ａ）は、ディスクドライブヘッドの略
側面図、図１４（ｂ）は、その略正面図、図１４（ｃ）
は、その斜視図、図１４（ｄ）は、その略平面図であ
る。
【図１５】 ハードディスクデータ記憶システム用のデ
ィスクヘッドの動きに関する圧電素子の応用例を示す図
であり、図１５（ａ）は、ディスクドライブヘッドの支
持構造に取付けるためのアクチュエータおよびセンサを
示す図、図（１５（ｂ）は、支持構造に取り付けられた
アクチュエータおよびセンサを示す図である。
【図１６】 基部の動き並びにセンサおよびアクチュエ
ータを構成する圧電素子との協動を調整するために、圧
電センサと圧電アクチュエータとの間に設けられた制御
システムの電子部品を示すブロックダイアグラムであ
る。
【図１７】 基部の動き並びにセンサおよびアクチュ
エータを構成する圧電素子との協動を調整するために、
圧電センサと圧電アクチュエータとの間に設けられた制
御システムの電子部品を示すブロックダイアグラムであ
る。
【符号の説明】
１０ メインボディ １１ ソーラアレイブーム １２ ソーラアレイパネル １６ 圧電素子コンポーネント ２３ 反応面 ４１ 複合ファイバ ５２ 下面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレン ジェイ ブロノウィッキー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92677 ラグナ ニジェール ポンダー ス エンド 26 (56)参考文献 特開 昭62−237779（ＪＰ，Ａ) 国際公開91／12953（ＷＯ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 41/09 H02N 2/00

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 (a) 長手方向及び横方向を備えた面を有
    する基部と、 (b) 少なくとも２つの圧電素子とを有し、各圧電素子
    は、反応面及びポーリング方向を有する圧電コンポーネ
    ントと、ファイバを有する第２コンポーネントとを備
    え、前記ファイバは前記反応面に接着され、且つ隣接し
    た圧電素子のファイバが異なる反応方向に指向し、それ
    によって、それぞれの隣接した圧電素子が、各圧電素子
    にとってのモーションの好ましい異なる方向を有し、前
    記圧電素子は前記基部と前記圧電素子との間の力の伝達
    のために、前記基部の面に接着されており、 それによって、それぞれのポーリング方向の圧電素子へ
    の電圧の印加が、少なくも３つのセンスにおける前記基
    部の運動に対して選択的に有効であることを特徴とする
    構造体。
  2. 【請求項２】 少なくとも３つの圧電素子を有し、前記
    圧電素子は前記基部上で互いに間隔を隔てることを特徴
    とする、請求項１に記載の構造体。
  3. 【請求項３】 少なくとも４つの圧電素子を有し、前記
    圧電素子は前記基部上で互いに間隔を隔てることを特徴
    とする、請求項１に記載の構造体。
  4. 【請求項４】 前記圧電素子は前記基部上で横方向に隣
    接して配置されることを特徴とする、請求項１に記載の
    構造体。
  5. 【請求項５】 前記異なる運動センスは、長手方向と、
    横方向と、前記長手方向に対するねじれ方向とを含むこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
  6. 【請求項６】 前記異なる運動センスは、前記長手方向
    に対する軸方向センスと、前記横方向に対する曲げセン
    スと、前記長手方向に対するねじれセンスとを少なくと
    も含むことを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
  7. 【請求項７】 前記運動センスは、前記長手方向に対す
    る軸方向センスと、前記横方向に対する曲げセンスと、
    剪断センスとを少なくとも含むことを特徴とする、請求
    項１に記載の構造体。
  8. 【請求項８】 前記基部は、互いにオフセットした、少
    なくとも２つの横方向平面内に指向する表面を有するこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
  9. 【請求項９】 前記基部は、互いにオフセットした、多
    数の横方向平面を有することを特徴とする、請求項１に
    記載の構造体。
  10. 【請求項１０】 前記基部は、前記面の長手方向と平行
    な長手方向軸線を中心とする円筒表面を有することを特
    徴とする、請求項１に記載の構造体。
  11. 【請求項１１】 前記基部面は、前記面の長手方向と平
    行な長手方向軸線を中心とする正円筒表面を有すること
    を特徴とする、請求項１に記載の構造体。
  12. 【請求項１２】 前記２つの圧電素子について、前記２
    つの圧電素子の好ましいモーションが、互いに直角方向
    に指向するように、前記ファイバは前記反応面に接着さ
    れていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
  13. 【請求項１３】 前記圧電素子の少なくとも１つの前記
    ファイバは、前記圧電素子の前記長手方向に対して約＋
    45°の角度に差し向けられ、さらに前記隣接した圧電素
    子の前記ファイバは、前記圧電素子の前記長手方向に対
    して約−45°に差し向けられることを特徴とする、請求
    項１に記載の構造体。
  14. 【請求項１４】 長手方向及び横方向、さらにポーリン
    グ方向を備えた横方向に指向した反応面を有する第１コ
    ンポーネントと、前記反応面上の第２コンポーネントと
    を有し、前記第２コンポーネントは、前記長手方向と前
    記横方向との間の角度に差し向けられたファイバを有
    し、それによって、好ましいモーションが、前記ポーリ
    ング方向のモーションに対する前記反応面によって構成
    された平面内で前記反応面に与えられることを特徴とす
    る圧電素子。
  15. 【請求項１５】 外部から加えられた所定の力に抗して
    制御可能な構造体の組立方法であって、 (a) 基部を形成し、 (b) 少なくと２つの圧電素子を前記基部と接着し、前記
    圧電素子は前記基部上で互いに横向きに配置されかつ前
    記基部に対して長手方向及びそれぞれの横方向に延びて
    おり、 (c) それぞれの圧電素子のファイバが異なる方向に向け
    られた状態でファイバ要素を各圧電素子に結合し、それ
    によって、圧電素子が異なる好ましいモーション方向を
    有し、各圧電素子は、選択した電圧の印加に応答して、
    それぞれのポーリング方向と直角な方向、長手方向及び
    横方向の力を圧電素子に伝達し、前記基部の長手方向軸
    線に対する少なくともねじり運動センスにおいて、前記
    基部と前記圧電素子との間に運動を与えることを特徴と
    する、構造体の組立方法。
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