JP3614561B2 - 光歪素子及びその光歪素子により光歪効果を得る方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光歪素子に係り、特に低い電圧で分極処理ができ、高い効率で作動する光歪素子及びその光歪素子により光歪効果を得る方法関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年マイクロマシンの研究が盛んに行われている。しかし、マイクロマシンを駆動するアクチュエータにエネルギを供給する際にリード線などを用いることは困難である。従って、このようなアクチュエータには遠方から非接触でエネルギを供給できることが望まれる。
【０００３】
ＰＬＺＴセラミックス（以下ＰＬＺＴという）：（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ は、光を吸収すると伸びるという「光歪効果」を有する強誘電体セラミックスであり、光歪素子として光エネルギを直接機械エネルギに変換することができる。
【０００４】
このように、ＰＬＺＴに光を照射し、非接触でエネルギを供給して、ＰＬＺＴの駆動を制御することができ、ＰＬＺＴをマイクロマシンのアクチュエータとして利用することが期待されている。
【０００５】
しかしながら、光歪素子は、図４に示すように、略立方体形状のＰＬＺＴ素子１５の両端に電極１６，１６を配置し、この電極間１６，１６に１０〜数１０ｋＶ／ｃｍの電界をかけることにより分極処理して製造する。
このような分極処理は、電極間距離が大きい程、高電圧を電極間に印加しなければならない。
【０００６】
また、光歪効果とは、電極間距離ｄのＰＬＺＴ素子に光が吸収された場合に光起電力効果により両電極間に電位差Ｖが生じ、これにより、強誘電体特有の圧電効果が生じ、ＰＬＺＴ素子の大きさが変化する現象をいう。
従って、同じ電位差Ｖが生じるのであれば、電極間の距離ｄが小さければ小さいほど、電界の強さＥは大きくなり、単位長さ当たりの素子の伸び量は大きいものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電極間の距離ｄが大きいと、図４に示すように、ＰＬＺＴ素子の外側を通る電束（図中矢印Ａで示した）、即ち漏れた電束が多くなる。このような電束は、光歪効果に寄与しないから、その分だけ、光歪素子の伸び量は小さいものとなる。
【０００８】
そこで、本願発明は、低電圧でも分極処理を行なうことができるものとして製造コストを低減できる光歪素子を提供することを目的とする。また、電束漏れを少なくして、高い効率で光歪効果を生じさせることとができる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明において、上記の課題を解決するための手段は、光を照射することにより歪を生じる光歪素子において、ｎ（ｎは整数）枚のＰＬＺＴ薄板（１−１〜１−ｎ）と、（ｎ＋１）枚の金属電極板（２−１〜２−ｎ＋１）を交互に積み重ねて焼結処理により互いに接合し、該複数枚の金属電極板（２−１〜２−ｎ＋１）のうち奇数番目の金属電極板と偶数番目の金属電極板との間に１００〜１５０Ｖの電圧を印加してＰＬＺＴ薄板（１−１〜１−ｎ）の分極処理を行なうことを特徴とするものである。
そして、本発明では、この光歪素子に光を照射することにより積重ね方向に光歪効果を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光歪素子の製造方法の実施の形態を説明する。
本例に係る光歪素子の製造方法は、図１に示すように、先ず、数十μｍから数百μｍ程度の厚さに切り出したｎ枚（例えば２００枚）のＰＬＺＴ薄板１−１〜１−ｎと、数μｍの厚さのｎ＋１枚（２０１枚）の金属電極板２−１〜２−ｎ＋１を交互に組み合わせて、焼結処理により互いに接合する。
【００１１】
そして、図１に示すように奇数（１、３、…、２Ｍ＋１、…２０１：Ｍは自然数）番目の金属電極板を電源装置の＋（プラス）極に、偶数（２、４、…、２Ｍ、…２００：Ｍは自然数）番目の金属電極板を電源装置の−（マイナス）極に接続する。したがって、各ＰＬＺＴ薄板は電気的に並列に接続されていることとなる。
【００１２】
この状態で、各金属電極板２−１〜２−ｎ＋１に電圧を引加すると、各金属電極板２−１〜２−ｎ＋１間に電位差が生じ各ＰＬＺＴ薄板１−１〜１−ｎに分極処理がなされる。この場合、上述した従来例で示した光歪素子と同一の電界強度Ｅを与えるために引加する電圧は従来例のものと比べると極めて小さいもので足り、電源装置の規模は小さいものでよいし、また分極処理の手間や電源装置の取り扱いも楽なものとなる。
【００１３】
例えば、上述のように厚さ１００μｍのＰＬＺＴ素子１−１〜１−２００を２００枚重ね合わせ、各ＰＬＺＴ素子の間に厚さ５μｍの銀薄板２−１〜２−２０１を挟み込んで焼結接合した積層構造の光歪素子３を製造する場合を、１００μｍの２００倍である２ｃｍの単層構造のＰＬＺＴ素子からなる光歪素子１５（図４に示した）を製造する場合と比較して説明する。
【００１４】
上記単層構造のＰＬＺＴ素子を光歪素子１５とするために分極させるには、両端縁部に設けた両電極１６間に例えば２０〜３０ｋＶ程度の高電圧を引加する。
一方、本例に係る積層構造のＰＬＺＴ薄板を光歪素子３とするために、上記単層のＰＬＺＴ素子１５と同一の電界強度Ｅを与えるのに必要な電圧は、２００分の１、即ち１００〜１５０Ｖでよい。分極の強さは、引加電圧の大きさではなく、電界Ｅの強さで決まるからである。
【００１５】
この製造方法で製造された積層型の光歪素子３に光を照射すると、光歪効果により、光歪素子３がその分極方向と同じ方向に所定量伸びる。
【００１６】
この積層構造の光歪素子３を上述した２ｃｍの単層構造の光歪素子１５と比較すると、本例に係る光歪素子では電束の漏れ（図２中矢印Ｂで示した）は、従来例に係る単層構造の光歪素子１５の電束の漏れ（図４中矢印Ａで示した）に比して少ないものとなる。
よって、同じエネルギ密度の光を照射した場合におけるＰＬＺＴに作用する電界は、本例に係る光歪素子３のほうが従来の単層構造の光歪素子１５より大きくなり、伸びの量も大きくなる。
【００１７】
本例に係る積層構造の光歪素子伸び量は、本例の金属電極板の厚さや材質等の他の物理的性質によって大きく異なることとなるので一概には特定できないが、本例に係る積層構造の光歪素子３は同寸法の単層構造の光歪素子１５と比べて、少なくとも１．５倍程度となる。
【００１８】
なお、上記実施例では、ｎ枚のＰＬＺＴ薄板とｎ＋１枚の金属電極板とを交互に積み重ねる構造としたが、両端の金属電極板からの電荷の逃げを防止するため、図３に示すように両端の金属電極板２−１，２−ｎ＋１の両側にＰＬＺＴ薄板４−１，４−２を１枚ずつ追加した構成としてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光歪素子によれば、各ＰＬＺＴ薄板と各金属電極板とを交互に積み重ねて焼結処理により互いに接合し、１００〜１５０Ｖの低電圧でＰＬＺＴ薄板の分極処理を行なうようにしたことにより、高圧電源装置が不要となり、また処理における取扱が容易となって、製造コストを低減することができ、さらに光照射時の電束の漏れが少なく、光歪素子の伸び量の損失を小さくすることができ、高い効率で積重ね方向に光歪効果を生じさせることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光歪素子の原理及び実施の形態を示す光歪素子の断面図である。
【図２】実施の携帯に係る光歪素子の電束の状態を示す光歪素子の斜視図である。
【図３】実施の携帯に係る光歪素子の電束の状態を示す光歪素子の断面図である。
【図４】従来の光歪素子の製造方法で製造された光歪素子の電束の状態を示す光歪素子の斜視図である。
【符号の説明】
１−１〜１−ｎ ＰＬＺＴ
２−１〜２−ｎ＋１ 金属電極板
【発明の属する技術分野】
本発明は、光歪素子に係り、特に低い電圧で分極処理ができ、高い効率で作動する光歪素子及びその光歪素子により光歪効果を得る方法関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年マイクロマシンの研究が盛んに行われている。しかし、マイクロマシンを駆動するアクチュエータにエネルギを供給する際にリード線などを用いることは困難である。従って、このようなアクチュエータには遠方から非接触でエネルギを供給できることが望まれる。
【０００３】
ＰＬＺＴセラミックス（以下ＰＬＺＴという）：（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ は、光を吸収すると伸びるという「光歪効果」を有する強誘電体セラミックスであり、光歪素子として光エネルギを直接機械エネルギに変換することができる。
【０００４】
このように、ＰＬＺＴに光を照射し、非接触でエネルギを供給して、ＰＬＺＴの駆動を制御することができ、ＰＬＺＴをマイクロマシンのアクチュエータとして利用することが期待されている。
【０００５】
しかしながら、光歪素子は、図４に示すように、略立方体形状のＰＬＺＴ素子１５の両端に電極１６，１６を配置し、この電極間１６，１６に１０〜数１０ｋＶ／ｃｍの電界をかけることにより分極処理して製造する。
このような分極処理は、電極間距離が大きい程、高電圧を電極間に印加しなければならない。
【０００６】
また、光歪効果とは、電極間距離ｄのＰＬＺＴ素子に光が吸収された場合に光起電力効果により両電極間に電位差Ｖが生じ、これにより、強誘電体特有の圧電効果が生じ、ＰＬＺＴ素子の大きさが変化する現象をいう。
従って、同じ電位差Ｖが生じるのであれば、電極間の距離ｄが小さければ小さいほど、電界の強さＥは大きくなり、単位長さ当たりの素子の伸び量は大きいものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電極間の距離ｄが大きいと、図４に示すように、ＰＬＺＴ素子の外側を通る電束（図中矢印Ａで示した）、即ち漏れた電束が多くなる。このような電束は、光歪効果に寄与しないから、その分だけ、光歪素子の伸び量は小さいものとなる。
【０００８】
そこで、本願発明は、低電圧でも分極処理を行なうことができるものとして製造コストを低減できる光歪素子を提供することを目的とする。また、電束漏れを少なくして、高い効率で光歪効果を生じさせることとができる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明において、上記の課題を解決するための手段は、光を照射することにより歪を生じる光歪素子において、ｎ（ｎは整数）枚のＰＬＺＴ薄板（１−１〜１−ｎ）と、（ｎ＋１）枚の金属電極板（２−１〜２−ｎ＋１）を交互に積み重ねて焼結処理により互いに接合し、該複数枚の金属電極板（２−１〜２−ｎ＋１）のうち奇数番目の金属電極板と偶数番目の金属電極板との間に１００〜１５０Ｖの電圧を印加してＰＬＺＴ薄板（１−１〜１−ｎ）の分極処理を行なうことを特徴とするものである。
そして、本発明では、この光歪素子に光を照射することにより積重ね方向に光歪効果を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光歪素子の製造方法の実施の形態を説明する。
本例に係る光歪素子の製造方法は、図１に示すように、先ず、数十μｍから数百μｍ程度の厚さに切り出したｎ枚（例えば２００枚）のＰＬＺＴ薄板１−１〜１−ｎと、数μｍの厚さのｎ＋１枚（２０１枚）の金属電極板２−１〜２−ｎ＋１を交互に組み合わせて、焼結処理により互いに接合する。
【００１１】
そして、図１に示すように奇数（１、３、…、２Ｍ＋１、…２０１：Ｍは自然数）番目の金属電極板を電源装置の＋（プラス）極に、偶数（２、４、…、２Ｍ、…２００：Ｍは自然数）番目の金属電極板を電源装置の−（マイナス）極に接続する。したがって、各ＰＬＺＴ薄板は電気的に並列に接続されていることとなる。
【００１２】
この状態で、各金属電極板２−１〜２−ｎ＋１に電圧を引加すると、各金属電極板２−１〜２−ｎ＋１間に電位差が生じ各ＰＬＺＴ薄板１−１〜１−ｎに分極処理がなされる。この場合、上述した従来例で示した光歪素子と同一の電界強度Ｅを与えるために引加する電圧は従来例のものと比べると極めて小さいもので足り、電源装置の規模は小さいものでよいし、また分極処理の手間や電源装置の取り扱いも楽なものとなる。
【００１３】
例えば、上述のように厚さ１００μｍのＰＬＺＴ素子１−１〜１−２００を２００枚重ね合わせ、各ＰＬＺＴ素子の間に厚さ５μｍの銀薄板２−１〜２−２０１を挟み込んで焼結接合した積層構造の光歪素子３を製造する場合を、１００μｍの２００倍である２ｃｍの単層構造のＰＬＺＴ素子からなる光歪素子１５（図４に示した）を製造する場合と比較して説明する。
【００１４】
上記単層構造のＰＬＺＴ素子を光歪素子１５とするために分極させるには、両端縁部に設けた両電極１６間に例えば２０〜３０ｋＶ程度の高電圧を引加する。
一方、本例に係る積層構造のＰＬＺＴ薄板を光歪素子３とするために、上記単層のＰＬＺＴ素子１５と同一の電界強度Ｅを与えるのに必要な電圧は、２００分の１、即ち１００〜１５０Ｖでよい。分極の強さは、引加電圧の大きさではなく、電界Ｅの強さで決まるからである。
【００１５】
この製造方法で製造された積層型の光歪素子３に光を照射すると、光歪効果により、光歪素子３がその分極方向と同じ方向に所定量伸びる。
【００１６】
この積層構造の光歪素子３を上述した２ｃｍの単層構造の光歪素子１５と比較すると、本例に係る光歪素子では電束の漏れ（図２中矢印Ｂで示した）は、従来例に係る単層構造の光歪素子１５の電束の漏れ（図４中矢印Ａで示した）に比して少ないものとなる。
よって、同じエネルギ密度の光を照射した場合におけるＰＬＺＴに作用する電界は、本例に係る光歪素子３のほうが従来の単層構造の光歪素子１５より大きくなり、伸びの量も大きくなる。
【００１７】
本例に係る積層構造の光歪素子伸び量は、本例の金属電極板の厚さや材質等の他の物理的性質によって大きく異なることとなるので一概には特定できないが、本例に係る積層構造の光歪素子３は同寸法の単層構造の光歪素子１５と比べて、少なくとも１．５倍程度となる。
【００１８】
なお、上記実施例では、ｎ枚のＰＬＺＴ薄板とｎ＋１枚の金属電極板とを交互に積み重ねる構造としたが、両端の金属電極板からの電荷の逃げを防止するため、図３に示すように両端の金属電極板２−１，２−ｎ＋１の両側にＰＬＺＴ薄板４−１，４−２を１枚ずつ追加した構成としてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光歪素子によれば、各ＰＬＺＴ薄板と各金属電極板とを交互に積み重ねて焼結処理により互いに接合し、１００〜１５０Ｖの低電圧でＰＬＺＴ薄板の分極処理を行なうようにしたことにより、高圧電源装置が不要となり、また処理における取扱が容易となって、製造コストを低減することができ、さらに光照射時の電束の漏れが少なく、光歪素子の伸び量の損失を小さくすることができ、高い効率で積重ね方向に光歪効果を生じさせることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光歪素子の原理及び実施の形態を示す光歪素子の断面図である。
【図２】実施の携帯に係る光歪素子の電束の状態を示す光歪素子の斜視図である。
【図３】実施の携帯に係る光歪素子の電束の状態を示す光歪素子の断面図である。
【図４】従来の光歪素子の製造方法で製造された光歪素子の電束の状態を示す光歪素子の斜視図である。
【符号の説明】
１−１〜１−ｎ ＰＬＺＴ
２−１〜２−ｎ＋１ 金属電極板
Claims (2)
- 光を照射することにより歪を生じる光歪素子において、
ｎ（ｎは整数）枚のＰＬＺＴ薄板（１−１〜１−ｎ）と、（ｎ＋１）枚の金属電極板（２−１〜２−ｎ＋１）を交互に積み重ねて焼結処理により互いに接合し、
該複数枚の金属電極板（２−１〜２−ｎ＋１）のうち奇数番目の金属電極板と偶数番目の金属電極板との間に１００〜１５０Ｖの電圧を印加してＰＬＺＴ薄板（１−１〜１−ｎ）の分極処理を行なうことを特徴とする光歪素子。 - 請求項１に記載の光歪素子に光を照射することにより積重ね方向に光歪効果を得る方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09672196A JP3614561B2 (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | 光歪素子及びその光歪素子により光歪効果を得る方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09672196A JP3614561B2 (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | 光歪素子及びその光歪素子により光歪効果を得る方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09285162A JPH09285162A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3614561B2 true JP3614561B2 (ja) | 2005-01-26 |
Family
ID=14172610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09672196A Expired - Fee Related JP3614561B2 (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | 光歪素子及びその光歪素子により光歪効果を得る方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3614561B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102722041A (zh) * | 2012-05-02 | 2012-10-10 | 清华大学 | Plzt电光可控相位延迟器 |
| JP6998100B1 (ja) | 2021-10-04 | 2022-01-18 | 有限会社シューテックプロ | 蜂の捕獲用具 |
-
1996
- 1996-04-18 JP JP09672196A patent/JP3614561B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102722041A (zh) * | 2012-05-02 | 2012-10-10 | 清华大学 | Plzt电光可控相位延迟器 |
| CN102722041B (zh) * | 2012-05-02 | 2014-11-26 | 清华大学 | Plzt电光可控相位延迟器 |
| JP6998100B1 (ja) | 2021-10-04 | 2022-01-18 | 有限会社シューテックプロ | 蜂の捕獲用具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09285162A (ja) | 1997-10-31 |
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