JP3401941B2 - Laminated displacement device and method of manufacturing the same - Google Patents
Laminated displacement device and method of manufacturing the sameInfo
- Publication number
- JP3401941B2 JP3401941B2 JP23887194A JP23887194A JP3401941B2 JP 3401941 B2 JP3401941 B2 JP 3401941B2 JP 23887194 A JP23887194 A JP 23887194A JP 23887194 A JP23887194 A JP 23887194A JP 3401941 B2 JP3401941 B2 JP 3401941B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laminated
- unit
- displacement
- piezoelectric
- fixed shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims description 65
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 26
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 23
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 20
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 14
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 7
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、屈曲動作が行われる
アクチュエータ機構に係るものであり、各種装置の動力
源として使用可能とされると共に、レーザ光により図形
を描かせるレーザ走査機構も構成できるようにする積層
型変位装置およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator mechanism for performing a bending operation, which can be used as a power source for various devices and can also constitute a laser scanning mechanism for drawing a figure by laser light. And a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、折れ曲がった管内の移動機構や
レーザビームを走査する機構等を構成するに際して、任
意に屈曲動作させることのできるアクチュエータ機構が
要求される。2. Description of the Related Art For example, when constructing a moving mechanism in a bent pipe, a mechanism for scanning a laser beam, etc., an actuator mechanism which can be arbitrarily bent is required.
【０００３】例えば、レーザビームの走査機構としての
アクチュエータ機構は、従来から種々提案されている。
その１つとして、ポリゴンミラーを用いたレーザビーム
の走査機構が存在するが、この様な機構では１次元のレ
ーザ走査しか実現できない。このため、２次元のレーザ
走査が可能とされる走査機構を構成するには、Ｘ軸方向
に振られる反射鏡とＹ軸方向に振られる反射鏡の２枚の
反射鏡を組み合わせた構成とされる。すなわち、１次元
のレーザビーム走査が可能な機構を２組組み合わせて構
成する必要があり、必然的に大型化する。For example, various actuator mechanisms as a laser beam scanning mechanism have been conventionally proposed.
As one of them, there is a laser beam scanning mechanism using a polygon mirror, but such a mechanism can realize only one-dimensional laser scanning. Therefore, in order to configure a scanning mechanism capable of two-dimensional laser scanning, two reflecting mirrors, a reflecting mirror swinging in the X-axis direction and a reflecting mirror swinging in the Y-axis direction, are combined. It In other words, it is necessary to combine two sets of mechanisms capable of one-dimensional laser beam scanning, which inevitably increases the size.
【０００４】ばね系の共振モードを利用して２次元のレ
ーザビーム走査が可能とされる機構も考えられている
が、この場合屈曲角度の制御が困難であるため、レーザ
ビームによって任意の図形を描かせるようなビーム走査
が困難である。その他、ステップモータ等を利用したロ
ボット機構によってレーザビームの走査機構も考えられ
るが、その機構上の問題から小型化に限界がある。A mechanism that enables two-dimensional laser beam scanning by utilizing the resonance mode of a spring system has been considered, but in this case, it is difficult to control the bending angle, so that an arbitrary figure can be formed by the laser beam. Beam scanning is difficult to draw. In addition, a laser beam scanning mechanism can be considered by a robot mechanism using a step motor or the like, but there is a limit to downsizing due to problems in the mechanism.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、例えば圧電素子等を利用し
て、充分に小型化が可能とされると共に自由に屈曲制御
が行え、例えばレーザビームの２次元的な走査機構も容
易に構成できるようにしたアクチュエータ機構、すなわ
ち積層型変位装置およびその製造方法を提供しようとす
るものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points. For example, by using a piezoelectric element or the like, the size can be sufficiently reduced and the bending control can be freely performed. For example, it is an object of the present invention to provide an actuator mechanism that allows a two-dimensional scanning mechanism of a laser beam to be easily configured, that is, a laminated displacement device and a manufacturing method thereof.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明に係る積層型変
位装置は、それぞれ印加される電圧信号に対応して厚み
の方向に変形される複数の単位変位素子を、その厚みの
方向に順次積層して柱状の積層体を構成し、この積層体
の外周部の特定される個所の周面に、この積層体の積層
される方向に延びるように固定軸を取り付けて、前記複
数の単位変位素子の外周部相互を結合して構成されるも
ので、単位変位素子に対して電圧信号を印加制御して、
固定軸の設定される部位と反対側の側面が厚みの方向に
変位されて、積層体の軸線が屈曲されるようにする。According to the laminated displacement device of the present invention, a plurality of unit displacement elements, which are deformed in the thickness direction in accordance with applied voltage signals, are sequentially laminated in the thickness direction. To form a columnar laminated body, and a fixed shaft is attached to the peripheral surface of the specified portion of the outer peripheral portion of the laminated body so as to extend in the laminating direction of the laminated body, and the plurality of unit displacement elements are arranged. It is configured by connecting the outer peripheral parts of each other, and controls the application of a voltage signal to the unit displacement element,
The side surface on the side opposite to the part where the fixed axis is set is displaced in the thickness direction so that the axis of the laminate is bent.
【０００７】ここで、前記単位変位素子はそれぞれ分極
方向が厚みの方向に設定される圧電物質により構成した
圧電素子板を、弾性を有する金属板の面に接合して構成
した圧電ユニモルフ、あるいは分極方向が厚みの方向に
設定される圧電物質により構成した一対の圧電素子板を
積層し、これら一対の圧電素子それぞれに印加される電
圧が個別に制御されるようにして構成した圧電バイモル
フにより構成されるようにしている。Here, the unit displacement element is a piezoelectric unimorph formed by bonding a piezoelectric element plate made of a piezoelectric material whose polarization direction is set in the thickness direction to the surface of a metal plate having elasticity, or a polarization. A piezoelectric bimorph is formed by stacking a pair of piezoelectric element plates made of a piezoelectric material whose direction is set in the thickness direction, and individually controlling the voltage applied to each of the pair of piezoelectric elements. I am trying to do it.
【０００８】この発明に係る積層型変位装置の製造方法
は、表面に導電性膜が形成された複数の単位変位素子を
それぞれの導電性膜の形成面が同一面となるように所定
間隔離して配設し、各単位変位素子相互間の導通を図る
導線を各導電性膜の対応する位置でそれぞれ結合し、そ
の後、上記導電性膜の形成面が一対の単位変位素子毎に
対向するように複数の単位変位素子を積層して積層体を
構成し、その後、この積層体の外周部の特定される個所
の周面に、この積層体の積層される方向に延びるように
固定軸を取り付けて、積層体を構成する複数の単位変位
素子の外周部相互を結合する。In the method of manufacturing a laminated displacement device according to the present invention, a plurality of unit displacement elements each having a conductive film formed on its surface are separated by a predetermined distance so that the surfaces on which the conductive films are formed are the same. Conductive wires that are arranged to connect the unit displacement elements to each other are connected at corresponding positions of the conductive films, and then, the surfaces on which the conductive films are formed face each other for a pair of unit displacement elements. A plurality of unit displacement elements are laminated to form a laminated body, and then a fixed shaft is attached to the peripheral surface of a specified portion of the outer peripheral portion of the laminated body so as to extend in the laminating direction of the laminated body. , The outer peripheral portions of the plurality of unit displacement elements forming the laminated body are coupled to each other.
【０００９】[0009]
【作用】この様に構成される積層型変位装置において
は、例えば積層される複数の単位変位素子それぞれの圧
電素子板を共通に接続して正電源に接続すると共に、固
定軸を接地電源に接続すると、正電源側の電位を制御す
ることによって各圧電素子それぞれが平面の方向に伸縮
され、これらの圧電素子を保持する金属板に撓みが生ず
る。ここで、各単位変位素子を構成する金属板は、その
周面の１か所で固定軸に結合されて、積層された複数の
単位変位素子の固定軸に結合された部位において、積層
された金属板相互の間隔は狭い状態に固定されている。
したがって、各単位変位素子をそれぞれ構成する金属板
に撓みが生ずることにより、固定軸と反対側の部位にお
いて積層された金属板相互の間隔が大きくなり、結果と
して柱状の積層体の軸線が曲げられるようになる。すな
わち、電圧の制御によって曲げの度合いが制御される柱
状の積層体が構成されるもので、この積層体を組み合わ
せることによって自由な屈曲制御が可能な変位装置が構
成され、例えばこの屈曲体と反射鏡との組み合わせによ
り、小型化が可能とされると共に制御性の良好なレーザ
ビームの走査機構が構成することができる。In the laminated displacement device configured as described above, for example, the piezoelectric element plates of a plurality of laminated unit displacement elements are commonly connected to connect to the positive power source, and the fixed shaft is connected to the ground power source. Then, by controlling the potential on the positive power supply side, each piezoelectric element expands and contracts in the direction of the plane, and the metal plate holding these piezoelectric elements bends. Here, the metal plates forming each unit displacement element are connected to the fixed shaft at one location on the peripheral surface thereof, and are laminated at the portions connected to the fixed axes of the plurality of laminated unit displacement elements. The distance between the metal plates is fixed in a narrow state.
Therefore, due to the bending of the metal plates forming each unit displacement element, the distance between the metal plates stacked on the side opposite to the fixed shaft becomes large, and as a result, the axis of the columnar stacked body is bent. Like That is, a columnar laminated body in which the degree of bending is controlled by controlling the voltage is formed, and a displacement device capable of freely controlling bending is formed by combining the laminated bodies. By combining with a mirror, it is possible to construct a laser beam scanning mechanism that can be miniaturized and has good controllability.
【００１０】また、この様な積層型変位装置の製造方法
においては、複数の単位変位素子が微小間隔で積層され
るような積層型変位装置での単位変位素子間の配線が非
常に容易に行うことができる。Further, in the method of manufacturing such a laminated displacement device, wiring between the unit displaced elements in the laminated displacement device in which a plurality of unit displacement elements are laminated at minute intervals is very easily performed. be able to.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１の（Ａ）は、この発明に係る変位装置を
構成するための１つの圧電ユニモルフ11を示すもので、
この圧電ユニモルフ11は弾性を有する円板状の金属板12
の面に、同じく円板状に構成される圧電素子板13を、適
宜導電性の接着剤を用いて張り合わせて構成され、圧電
素子板13の面には銀ペースト膜14が印刷等により形成さ
れている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A shows one piezoelectric unimorph 11 for constructing the displacement device according to the present invention.
This piezoelectric unimorph 11 is a disk-shaped metal plate 12 having elasticity.
On the surface of the piezoelectric element plate 13, a disk-shaped piezoelectric element plate 13 is similarly laminated by using a conductive adhesive, and a silver paste film 14 is formed on the surface of the piezoelectric element plate 13 by printing or the like. ing.
【００１２】ここで、圧電素子板13はＰＺＴ（ジルコン
チタン酸鉛）によって構成され、その分極の方向が厚み
の方向に設定されている。また、金属板12は例えばＳＵ
Ｓ板が用いられるもので、銀ペースト膜14と金属板12と
の間に直流電源が接続され、圧電素子板13に印加される
電圧に対応して、この圧電素子板13が平面方向（径方
向）に伸縮される。具体的には、圧電素子板13に対して
電圧を印加すると、この圧電素子板13は径方向に縮小さ
れるもので、このため圧電素子板13に接合されている金
属板12が撓み、この金属板12が厚みの方向に変形する。The piezoelectric element plate 13 is made of PZT (lead zirconate titanate), and its polarization direction is set in the thickness direction. The metal plate 12 is, for example, SU.
An S plate is used, and a DC power source is connected between the silver paste film 14 and the metal plate 12, and the piezoelectric element plate 13 corresponds to the voltage applied to the piezoelectric element plate 13 in the plane direction (diameter). Direction). Specifically, when a voltage is applied to the piezoelectric element plate 13, the piezoelectric element plate 13 is contracted in the radial direction, so that the metal plate 12 joined to the piezoelectric element plate 13 bends, The metal plate 12 is deformed in the thickness direction.
【００１３】図１の（Ｂ）は、この様な圧電ユニモルフ
11を用いて構成される１つの変位部材として機能される
単位積層体20を示すもので、それぞれ一対の圧電ユニモ
ルフ111 と112 、113 と114 、…を互いに銀ペースト膜
14の面を対面させて積層した複数の圧電ユニモルフ単位
を、金属板12の面が対設されるように柱状に積層して構
成される。そして、この単位積層体20の１つの側周面に
位置して、この積層体20の軸線と平行に延びるようにし
て固定軸21が取り付けられるもので、この固定軸21は弾
性を有する金属帯、例えば銅の薄板によって構成され、
圧電ユニモルフ111 、112 、…をそれぞれ構成する金属
板12の周縁に半田等によって結合されている。FIG. 1B shows such a piezoelectric unimorph.
1 shows a unit laminate body 20 that functions as one displacement member constituted by using a pair of piezoelectric unimorphs 111 and 112, 113 and 114, ...
A plurality of piezoelectric unimorph units, which are stacked with the surfaces of 14 facing each other, are stacked in a column shape so that the surfaces of the metal plate 12 face each other. A fixed shaft 21 is attached to one side peripheral surface of the unit laminated body 20 so as to extend in parallel with the axis of the laminated body 20, and the fixed shaft 21 is made of an elastic metal strip. , Composed of a thin plate of copper,
The piezoelectric unimorphs 111, 112, ... Are joined to the peripheral edges of the metal plates 12 by soldering or the like.
【００１４】すなわち、積層された複数の圧電ユニモル
フ111 、112 、…のそれぞれ外周縁が、その１点で固定
軸21に結合され、圧電ユニモルフ111 、112 、…のそれ
ぞれ金属板12は、積層された小さな間隔で連結されるよ
うにする。そして、この図では詳細に示されていない
が、圧電ユニモルフ111 、112 、…をそれぞれ構成する
銀ペースト膜14は、適宜リードワイヤによって相互に接
続されて、図示しない直流制御電源の正端子に接続さ
れ、また固定軸21は同じく制御電源の負端子に接続され
て、圧電ユニモルフ111 、112 、…それぞれにおいて、
圧電素子板13の両面に電圧が印加制御されるようにす
る。That is, the outer peripheral edges of the plurality of laminated piezoelectric unimorphs 111, 112, ... Are joined to the fixed shaft 21 at one point, and the metal plates 12 of the piezoelectric unimorphs 111, 112 ,. Make sure they are connected at small intervals. Although not shown in detail in this figure, the silver paste films 14 forming each of the piezoelectric unimorphs 111, 112, ... Are properly connected to each other by a lead wire and connected to a positive terminal of a DC control power supply (not shown). Further, the fixed shaft 21 is also connected to the negative terminal of the control power source, and in each of the piezoelectric unimorphs 111, 112, ...
The voltage is controlled to be applied to both surfaces of the piezoelectric element plate 13.
【００１５】圧電素子板13に対して電圧が印加されない
状態では、金属板12と圧電素子板13とが互いに平行な状
態で接合されていて、金属板12が平面状に設定されてい
る。したがって、圧電ユニモルフ111 、112 、…の積層
体20において、各圧電ユニモルフがそれぞれ最も薄い状
態の平板状とされ、（Ｂ）図で示したように互いに平行
な面の状態で積層されている。したがって、この単位積
層体20は軸線が直線状に設定される柱状体とされる。When no voltage is applied to the piezoelectric element plate 13, the metal plate 12 and the piezoelectric element plate 13 are joined in parallel with each other, and the metal plate 12 is set in a planar shape. Therefore, in the laminated body 20 of the piezoelectric unimorphs 111, 112, ..., Each piezoelectric unimorph is formed in the thinnest flat plate shape, and is laminated in the state of planes parallel to each other as shown in FIG. Therefore, the unit laminate body 20 is a columnar body whose axis is set linearly.
【００１６】これに対して、積層された各圧電ユニモル
フ111 、112 、…において、各圧電素子板13の両面に電
圧が印加されると、これらの圧電素子板13の厚さの方向
に分極が設定されるものであるため、この各圧電素子板
13が収縮される。これらの圧電素子板13には、それぞれ
金属板12が接合されているものであるため、圧電素子板
13の収縮に伴って金属板12の一方の面に引っ張りの力が
作用し、この金属板12がそれぞれ圧電素子板13の反対側
の面が突出されるように変形する。On the other hand, in each of the laminated piezoelectric unimorphs 111, 112, ... When a voltage is applied to both surfaces of each piezoelectric element plate 13, polarization is generated in the thickness direction of these piezoelectric element plates 13. This is the piezoelectric element plate to be set.
13 is contracted. Since the metal plate 12 is bonded to each of these piezoelectric element plates 13, the piezoelectric element plates 13
Along with the contraction of 13, a pulling force acts on one surface of the metal plate 12, and the metal plate 12 is deformed so that the opposite surface of the piezoelectric element plate 13 is projected.
【００１７】具体的には、積層された圧電ユニモルフ11
1 、112 、…の相互の間隔を広げるような状態で金属板
12が変形され、圧電ユニモルフ111 、112 、…の１つの
位置が固定軸21により固定されているため、（Ｃ）図で
示すように固定軸21と反対側の位置で、積層された圧電
ユニモルフ111 、112 、…の間隔が広がって、（Ｂ）図
のように軸線が直線状であった柱状の積層体20が、
（Ｃ）図で示すように軸線が曲げられるような形状に変
形される。すなわち、固定軸21部を支点として１つの方
向に屈曲制御されるアクチュエータが構成される。Specifically, the laminated piezoelectric unimorph 11
Metal plate in such a way that the mutual spacing of 1, 112, ...
Since 12 is deformed and one position of the piezoelectric unimorphs 111, 112, ... Is fixed by the fixed shaft 21, the laminated piezoelectric unimorphs are located at the position opposite to the fixed shaft 21 as shown in FIG. The interval between 111, 112, ... Expands, and the columnar laminated body 20 whose axis is linear as shown in FIG.
(C) As shown in the figure, it is deformed into a shape in which the axis is bent. That is, an actuator whose bending is controlled in one direction with the fixed shaft 21 as a fulcrum is configured.
【００１８】ここで、固定軸21は弾性を有する板材によ
って構成されるもので、その変位力が（Ｃ）図で示した
屈曲方向と反対に向けて設定されるようにすると、圧電
素子板13に電圧の印加されない（Ｂ）図の状態では、こ
の固定軸21による弾性が、圧電ユニモルフ111 、112 、
…の固定軸21の反対側を閉じるように作用し、単位積層
体20の軸線が直線状に保持される。そして、圧電素子板
13に対して電圧が印加されて（Ｃ）図の状態となった場
合においても、固定軸21の弾性でその屈曲角が確保さ
れ、またこの状態から印加電圧がなくなったときには、
固定軸21の弾性が（Ｂ）図の状態に戻る復元力として作
用されるようになる。Here, the fixed shaft 21 is made of a plate material having elasticity, and if the displacement force is set in the direction opposite to the bending direction shown in FIG. In the state of (B) where no voltage is applied to the piezoelectric unimorphs 111, 112,
... acts so as to close the opposite side of the fixed shaft 21, and the axis of the unit laminate body 20 is held in a straight line. And the piezoelectric element plate
Even when a voltage is applied to 13 and the state shown in (C) is reached, the bending angle is secured by the elasticity of the fixed shaft 21, and when the applied voltage disappears from this state,
The elasticity of the fixed shaft 21 acts as a restoring force for returning to the state shown in FIG.
【００１９】図２はこの様に構成されるアクチュエータ
の特性を説明する図で、例えば直径１２．５ｍｍで厚さ
が０．２ｍｍの圧電ユニモルフ11を２０枚積層して単位
積層体20を構成し、電圧を印加して駆動した場合の印加
電圧と屈曲角との関係を示している。この図からも明ら
かなように、各圧電ユニモルフ11の圧電素子板13に印加
される電圧に基づいて、この積層体20の屈曲角が制御さ
れる。FIG. 2 is a diagram for explaining the characteristics of the actuator constructed as described above. For example, a unit laminate 20 is formed by laminating 20 piezoelectric unimorphs 11 having a diameter of 12.5 mm and a thickness of 0.2 mm. , Shows the relationship between the applied voltage and the bending angle when the device is driven by applying a voltage. As is clear from this figure, the bending angle of this laminated body 20 is controlled based on the voltage applied to the piezoelectric element plate 13 of each piezoelectric unimorph 11.
【００２０】図３はこの様に構成される２つの単位積層
体201 および202 を用いて、例えばレーザビームの走査
機構を構成した例を示すもので、この２つの単位積層体
201および202 は、同一軸線が設定されるように積層し
て設定される。この場合、第１の単位積層体201 の固定
軸211 の位置と、第２の単位積層体202 の固定軸212の
位置が、この積層体の軸線を中心にして９０°ずらせて
設定されている。そして、第１の単位積層体201 を構成
する圧電ユニモルフのそれぞれ圧電素子板部は、リード
ワイヤ30で共通に接続して第１の正端子221 に接続し、
第２の単位積層体202 を構成する圧電ユニモルフのそれ
ぞれ圧電素子板部は、共通に接続して第２の正端子222
に接続する。また、固定軸211 と212 は電気的に共通に
接続されて、負端子23に接続される。そして、正端子22
1 および222 に設定される電圧が、それぞれ単独に任意
制御されるようにする。FIG. 3 shows an example in which, for example, a laser beam scanning mechanism is constructed by using the two unit laminated bodies 201 and 202 thus constructed.
201 and 202 are stacked and set so that the same axis is set. In this case, the position of the fixed shaft 211 of the first unit laminated body 201 and the position of the fixed shaft 212 of the second unit laminated body 202 are set to be offset by 90 ° about the axis of the laminated body. . Then, the piezoelectric element plate portions of the piezoelectric unimorphs constituting the first unit laminate body 201 are commonly connected by the lead wire 30 and are connected to the first positive terminal 221.
The piezoelectric element plate portions of the piezoelectric unimorphs constituting the second unit laminate body 202 are commonly connected to each other to form the second positive terminal 222.
Connect to. Further, the fixed shafts 211 and 212 are electrically connected in common and connected to the negative terminal 23. And the positive terminal 22
The voltages set to 1 and 222 are independently controlled.
【００２１】すなわち、第１および第２の単位積層体20
1 および202 が、それぞれ独立的に９０°異なる方向に
向けて屈曲制御されるようになり、この第１および第２
の単位積層体201 および202 を積層して構成された柱状
のアクチュエータは、その先端がＸ方向およびＹ方向に
振られるように屈曲駆動される。したがって、この柱状
体の端面に反射鏡24を取り付け、この反射鏡24にレーザ
光源25からのレーザビームを照射すれば、反射レーザビ
ームがＸおよびＹ面で走査される。すなわち、レーザビ
ームによる像がＸ−Ｙ平面に描かれる。That is, the first and second unit laminate bodies 20
1 and 202 are independently controlled to bend in directions different from each other by 90 °, and the first and second bends are controlled.
The columnar actuator constituted by stacking the unit laminate bodies 201 and 202 of (1) is bent and driven so that the tip end thereof is swung in the X direction and the Y direction. Therefore, if the reflecting mirror 24 is attached to the end face of this columnar body and the reflecting mirror 24 is irradiated with the laser beam from the laser light source 25, the reflected laser beam is scanned on the X and Y planes. That is, an image formed by the laser beam is drawn on the XY plane.
【００２２】図４は単位積層体20を製造するための手段
の例を示すもので、まず積層すべき複数の圧電ユニモル
フ111 、112 、…を作成する。具体的には、各圧電ユニ
モルフ111 、112 、…それぞれに対応する金属板121 、
122 、…の上に、それぞれ圧電素子板131 、132 、…を
重ね、適宜導電性の接着剤を用いて相互に接合する。こ
の場合、圧電素子板131 、132 、…それぞれの、金属板
121 、122 、…に接合されない表面に、銀ペースト膜14
1 、142 、…が印刷により形成されている。FIG. 4 shows an example of means for manufacturing the unit laminate body 20. First, a plurality of piezoelectric unimorphs 111, 112, ... To be laminated are prepared. Specifically, the piezoelectric unimorphs 111, 112, ...
The piezoelectric element plates 131, 132, ... Are superposed on the 122, ... And bonded to each other using a conductive adhesive as appropriate. In this case, the piezoelectric element plates 131, 132, ...
Silver paste film 14 is formed on the surface not bonded to 121, 122, ...
1, 142, ... Are formed by printing.
【００２３】この様にして構成された圧電ユニモルフ11
1 、112 、…は、相互にリードワイヤ30により結合され
るもので、このリードワイヤ30は銀ペースト膜141 、14
2 、…それぞれの面に適宜半田によって接続される。そ
して、この様にリードワイヤ30によって相互に接続され
た圧電ユニモルフ111 、112 、…は、リードワイヤ30が
周縁の外側に設定されるようにして折り返し重ねる。Piezoelectric unimorph 11 constructed in this way
, 112 are connected to each other by a lead wire 30, and the lead wire 30 is composed of silver paste films 141, 14
2, ... Soldered on each side as appropriate. The piezoelectric unimorphs 111, 112, ... Connected to each other by the lead wire 30 in this manner are folded and overlapped so that the lead wire 30 is set outside the peripheral edge.
【００２４】具体的には、一対の圧電ユニモルフ111 と
112 のそれぞれ圧電素子板131 と132 の銀ペースト膜14
1 と142 の面が対向するように折り返して重ね合わせ、
さらに圧電ユニモルフ112 と113 のそれぞれ金属板122
と123 との面が対向するように折り返す。そして、図３
で示されたような積層体201 (202) が形成されるように
なり、簡単で且つ配線の少ないアクチュエータが構成さ
れるようになる。Specifically, a pair of piezoelectric unimorphs 111 and
112 piezoelectric element plates 131 and 132, respectively, silver paste film 14
Fold them back so that faces 1 and 142 face each other,
In addition, the piezoelectric unimorphs 112 and 113 each have a metal plate 122.
Fold them so that the faces of and are opposite. And FIG.
The laminated body 201 (202) as shown by is formed, and an actuator that is simple and has a small number of wirings can be configured.
【００２５】この様な製造方法によれば、圧電ユニモル
フが微小間隔で積層される単位積層体20での圧電ユニモ
ルフ相互の結線を非常に容易に行うことができる。これ
までの説明においては、印加電圧により面方向に突出変
形される単位変位素子を圧電ユニモルフ11によって構成
した。しかしこの単位変位素子は、２枚の圧電素子板を
重ねると共に、この重ね合わせた圧電素子板の相互間お
よびこの積層体の両面にそれぞれ電極を形成し、２枚の
圧電素子板のそれぞれに印加される電圧を独立的に制御
できるようにした圧電バイモルフによって構成すること
もできる。この圧電バイモルフを使用した場合において
も、積層した状態でその側部を固定軸で結合することに
より、図１の（Ｂ）および（Ｃ）で示したような屈曲動
作が可能とされる。According to such a manufacturing method, it is possible to very easily connect the piezoelectric unimorphs to each other in the unit laminated body 20 in which the piezoelectric unimorphs are laminated at minute intervals. In the above description, the unit displacement element that is projected and deformed in the surface direction by the applied voltage is composed of the piezoelectric unimorph 11. However, in this unit displacement element, two piezoelectric element plates are superposed, and electrodes are formed between the superposed piezoelectric element plates and on both surfaces of this laminated body, respectively, and applied to each of the two piezoelectric element plates. It is also possible to use a piezoelectric bimorph so that the applied voltage can be controlled independently. Even when this piezoelectric bimorph is used, the bending operation as shown in FIGS. 1B and 1C is possible by connecting the side portions with the fixed shaft in the laminated state.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る積層型変位
装置によれば、印加される電圧を制御することによって
屈曲角度が任意に設定できるアクチュエータが構成でき
るものであり、各種ロボット機構の駆動源として効果的
に応用できる。さらに、例えばレーザビームの走査機構
が簡単に構成できるようになって、レーザ光による空間
平面に対する走査によって、任意の図形が容易に描ける
ようになる。また、この発明に係る積層型変位装置の製
造方法によれば、積層型変位装置を構成する単位変位素
子相互の結線を非常に容易に行うことができる。As described above, according to the laminated displacement device of the present invention, it is possible to construct an actuator in which the bending angle can be arbitrarily set by controlling the applied voltage, and to drive various robot mechanisms. It can be effectively applied as a source. Furthermore, for example, a laser beam scanning mechanism can be easily configured, and an arbitrary figure can be easily drawn by scanning a spatial plane with a laser beam. Further, according to the method of manufacturing the laminated displacement device according to the present invention, it is possible to very easily connect the unit displacement elements forming the laminated displacement device to each other.
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例に係る積層型変位
装置を構成する１つの圧電ユニモルフを説明する平面
図、（Ｂ）はこの圧電ユニモルフを用いて構成される単
位積層体を説明する側面図、（Ｃ）はこの単位積層体の
屈曲された状態を説明する図。FIG. 1A is a plan view illustrating one piezoelectric unimorph that constitutes a laminated displacement device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a unit laminate body including the piezoelectric unimorph. The side view to explain, (C) is a figure explaining the bent state of this unit laminated body.
【図２】上記単位積層体の屈曲動作特性を説明する図。FIG. 2 is a diagram for explaining bending operation characteristics of the unit laminate body.
【図３】上記単位積層体を用いて構成されるレーザビー
ム走査機構の構成を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a laser beam scanning mechanism configured by using the unit laminated body.
【図４】単位積層体を作成する手順を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure for forming a unit laminated body.
11、111 、112 、…圧電ユニモルフ、12、121 、122 、
…金属板、13、131 、132 、…圧電素子板、14、141 、
142 、…銀ペースト膜、20、201 、202 …単位積層体、
21、211 、212 …固定軸、24…反射鏡、25…レーザ光
源。11, 111, 112, ... Piezoelectric unimorphs, 12, 121, 122,
... Metal plate, 13, 131, 132, ... Piezoelectric element plate, 14, 141,
142, ... Silver paste film, 20, 201, 202 ... Unit laminated body,
21, 211, 212 ... Fixed axis, 24 ... Reflector, 25 ... Laser light source.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井戸垣 孝治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−235288（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−304324（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−232382（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−193289（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 41/083 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor, Koji Idagaki, 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi Japan Denso Co., Ltd. (56) Reference JP-A-1-235288 (JP, A) JP-A-5 -304324 (JP, A) JP 63-232382 (JP, A) JP 7-193289 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 41/083
Claims (9)
厚みの方向に変形され、その厚みの方向に順次積層して
柱状の積層体が構成されるようにした複数の単位変位素
子と、 この複数の単位変位素子の積層体の外周部の特定される
個所の周面に、この積層体の積層される方向に延びるよ
うに取り付けられて、前記積層体を構成する前記複数の
単位変位素子の外周部相互を結合する固定軸とを具備
し、 前記電圧信号の印加制御によって、前記積層体の前記固
定軸の設定される部位と反対側の側面が厚みの方向に変
位され、前記積層体の軸線が屈曲されるようにしたこと
を特徴とする積層型変位装置。1. A plurality of unit displacement elements, each of which is deformed in the thickness direction in accordance with a voltage signal applied thereto, and is sequentially laminated in the thickness direction to form a columnar laminated body, A plurality of unit displacement elements of the plurality of unit displacement elements that are attached to the peripheral surface of the outer peripheral portion of the laminated body of the plurality of unit displacement elements so as to extend in the laminating direction of the laminated body and that constitute the laminated body. A fixed shaft connecting the outer peripheral portions to each other, and by the application control of the voltage signal, the side surface of the laminated body opposite to the portion where the fixed axis is set is displaced in the thickness direction, A laminated displacement device characterized in that its axis is bent.
が厚みの方向に設定される圧電物質により構成した圧電
素子板を、弾性を有する金属板の面に接合して構成した
圧電ユニモルフにより構成されるようにした請求項１記
載の積層型変位装置。2. The unit displacement element is composed of a piezoelectric unimorph formed by bonding a piezoelectric element plate made of a piezoelectric material whose polarization direction is set in the thickness direction to the surface of an elastic metal plate. The laminated displacement device according to claim 1, wherein
が厚みの方向に設定される圧電物質により構成した一対
の圧電素子板を積層し、これら一対の圧電素子板それぞ
れに印加される電圧が個別に制御されるようにして構成
した圧電バイモルフにより構成されるようにした請求項
１記載の積層型変位装置。3. The unit displacement element is formed by stacking a pair of piezoelectric element plates each made of a piezoelectric material whose polarization direction is set in the thickness direction, and applying a voltage to each of the pair of piezoelectric element plates individually. The laminated displacement device according to claim 1, wherein the laminated displacement device is constituted by a piezoelectric bimorph which is configured to be controlled by the above.
よって構成され、前記積層体を構成する複数の単位変位
素子の厚み方向の伸びによって前記積層体が固定軸を支
点に屈曲され、前記複数の単位変位素子の厚み方向に縮
小した状態で前記積層体の直立状態が設定されるもの
で、前記固定軸の弾性によって前記直立した初期の状態
に復帰する変位力が作用されるようにした請求項１記載
の積層型変位装置。4. The fixed shaft is composed of a spring plate member having elasticity, and the laminated body is bent around the fixed shaft as a fulcrum by the extension of the plurality of unit displacement elements constituting the laminated body in the thickness direction. The upright state of the laminated body is set in a state where the unit displacement element is reduced in the thickness direction, and the elastic force of the fixed shaft exerts a displacement force for returning to the upright initial state. Item 1. The laminated displacement device according to Item 1.
が厚みの方向に設定される圧電物質により構成した圧電
素子板を、弾性を有する金属板の面に接合して構成した
圧電ユニモルフにより構成されるようにすると共に、前
記固定軸は弾性を有する導電材料によって構成し、前記
圧電ユニモルフをそれぞれ構成する前記金属板の周縁部
に結合されるようにして、この固定軸部で接地電位が設
定されるようにした請求項１記載の積層型変位装置。5. The unit displacement element is composed of a piezoelectric unimorph formed by bonding a piezoelectric element plate made of a piezoelectric material whose polarization direction is set in the thickness direction to the surface of an elastic metal plate. In addition, the fixed shaft is made of an electrically conductive material having elasticity, and is coupled to the peripheral portions of the metal plates forming the piezoelectric unimorphs, and the ground potential is set by the fixed shaft portion. The laminated displacement device according to claim 1, wherein
厚みの方向に変形される単位変位素子と、 それぞれ厚みの方向に前記単位変位素子を積層して柱状
に構成され、順次積み重ねて一体化された変位柱状体が
構成されるようにする少なくとも２組の単位積層体と、 前記変位柱状体を構成する前記少なくとも２組の単位積
層体それぞれの外周部の周面に、この単位積層体の積層
方向に延びるように取り付けられて、前記単位変位素子
の外周部相互を結合する固定軸とを具備し、 前記少なくとも２組の単位積層体それぞれの固定軸位置
が、前記変位柱状体の周囲で、隣接する単位積層体の相
互で異ならせて設定されるようにした積層型変位装置。6. A unit displacement element that is deformed in the thickness direction in response to a voltage signal applied thereto, and each unit displacement element that is laminated in the thickness direction are formed into a columnar shape, and are sequentially stacked and integrated. At least two sets of unit laminates that make up the displaced columnar body, and at least two sets of unit laminates that make up the displacement columnar on the outer peripheral surface of each of the unit laminates. A fixed shaft that is attached so as to extend in the stacking direction and that couples the outer peripheral portions of the unit displacement elements to each other, and the fixed shaft position of each of the at least two sets of unit stacked bodies is around the displacement columnar body. , A laminated displacement device in which adjacent unit laminated bodies are set differently from each other.
み重ねて構成されるようにすると共に、この各単位積層
体それぞれの固定軸は前記変位柱状体の周囲で９０°異
なる位置に設定されるようにした請求項６記載の積層型
変位装置。7. The displacement columnar body is configured by stacking two sets of unit laminate bodies, and the fixed axis of each unit laminate body is set at a position different by 90 ° around the displacement columnar body. The laminated displacement device according to claim 6, wherein
けられ、この反射鏡に固定設定されるレーザ光源からの
レーザビームが照射されて、その反射方向が走査される
レーザ走査機構が構成されるようにした請求項６記載の
積層型変位装置。8. A laser scanning mechanism in which a reflecting mirror is attached to an end surface of the displacement columnar body, and a laser beam from a laser light source fixedly set on the reflecting mirror is irradiated to scan the reflecting direction of the laser beam. 7. The laminated displacement device according to claim 6, wherein.
変位素子をそれぞれの導電性膜の形成面が同一面となる
ように所定間隔離して配設し、各単位変位素子相互間の
導通を図る導線を各導電性膜の対応する位置でそれぞれ
結合し、その後、上記導電性膜の形成面が一対の単位変
位素子毎に対向するように複数の単位変位素子を積層し
て積層体を構成し、その後、この積層体の外周部の特定
される個所の周面に、この積層体の積層される方向に延
びるように固定軸を取り付けて、積層体を構成する複数
の単位変位素子の外周部相互を結合するようにしたこと
を特徴とする積層型変位装置の製造方法。9. A plurality of unit displacement elements each having a conductive film formed on the surface thereof are arranged so as to be separated from each other by a predetermined distance such that the surfaces on which the respective conductive films are formed are the same surface, and the unit displacement elements are arranged between them. Conductive wires for conduction are respectively coupled at corresponding positions of the respective conductive films, and then a plurality of unit displacement elements are laminated so that the surface on which the conductive film is formed faces a pair of unit displacement elements. After that, a fixed shaft is attached to the peripheral surface of the specified portion of the outer peripheral portion of the laminated body so as to extend in the laminating direction of the laminated body, and a plurality of unit displacement elements constituting the laminated body are formed. A method for manufacturing a laminated displacement device, characterized in that the outer peripheral portions of the are joined together.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23887194A JP3401941B2 (en) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | Laminated displacement device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23887194A JP3401941B2 (en) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | Laminated displacement device and method of manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08107239A JPH08107239A (en) | 1996-04-23 |
| JP3401941B2 true JP3401941B2 (en) | 2003-04-28 |
Family
ID=17036504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23887194A Expired - Fee Related JP3401941B2 (en) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | Laminated displacement device and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3401941B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9048759B2 (en) | 2010-11-17 | 2015-06-02 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Multistage force amplification of piezoelectric stacks |
| US10147863B2 (en) | 2014-10-09 | 2018-12-04 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Pyroelectric sandwich thermal energy harvesters |
-
1994
- 1994-10-03 JP JP23887194A patent/JP3401941B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08107239A (en) | 1996-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4277921B2 (en) | Actuator, optical scanner and image forming apparatus | |
| WO2013136759A1 (en) | Optical reflecting element and actuator | |
| JP4193817B2 (en) | Actuator | |
| JP6680364B2 (en) | Movable reflective element | |
| JP5962018B2 (en) | Ultrasonic transducers, ultrasonic probes, diagnostic equipment and electronic equipment | |
| JP2008129099A (en) | Deformable mirror | |
| JPH10136665A (en) | Piezoelectric actuator | |
| JP6310786B2 (en) | Optical deflector | |
| JPWO2013168385A1 (en) | Optical reflection element | |
| JP7128628B2 (en) | Laminated piezoelectric ceramic parts and piezoelectric devices | |
| JP2009093120A (en) | Optical reflection element | |
| JPH08242025A (en) | Piezoelectric actuator | |
| JP2003181800A (en) | Piezoelectric micro-actuator and micro-mirror equipped with the same | |
| JP2008040299A (en) | Deformable mirror and manufacturing method of the deformable mirror | |
| JP2002539496A (en) | Wide-angle integrated optical scanner made with an array of piezoelectric monomorphs | |
| JP4720717B2 (en) | Optical device, optical scanner, and image forming apparatus | |
| JP3401941B2 (en) | Laminated displacement device and method of manufacturing the same | |
| JP3348777B2 (en) | Differential piezoelectric actuator | |
| JP2007173297A (en) | Piezoelectric transformer and its manufacturing method | |
| JP2008096750A (en) | Actuator, optical scanner and image forming apparatus | |
| JP7173333B2 (en) | vibration device | |
| JP2015102709A (en) | Optical scanner and image display device | |
| JPS61150287A (en) | Piezoelectric displacement device | |
| JPS61285424A (en) | Optical beam deflector | |
| JP7447677B2 (en) | Piezo drives, piezo motors and robots |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |