JP4369597B2 - Piezoelectric actuator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自由度の高い空間的な微小変位を伴うことにより、物体の移動や位置決めをしたり、流体の進路を変えたりするのに用いる圧電アクチュエータに係り、特にモノリシック構造の圧電アクチュエータに関する。
【0002】
[発明の概要]
本発明は、ユニモルフ構造やバイモルフ構造のいずれをも用いずに、より高精度な曲げ動作をも可能にする構成を持つモノリシック構造の圧電アクチュエータに関し、複雑な動作を行うことができるようにハイブリッド構造のものではなく、部品点数の少ないモノリシック構造の板状圧電材料の対向する面に所望の動作をさせるための形状と大きさ・相対位置を持つ多数個の電極を配置し、これらの電極を独立に直流電源に接続できるスイッチ回路に繋ぎ、分極時や駆動時に発生させる電界の状態を可変することで、伸縮動作と曲がり動作と回旋動作の全部または一部を精度良く行わせ、圧電材料の形状や姿勢を制御する。
【0003】
【従来の技術】
圧電材料の逆圧電効果を用いた圧電アクチュエータは、それ自体の強度や変位発生効率から大変位量を持つアクチュエータとしては不向きと言われているが、数nm〜数mm程度の微小変位量を必要とする目的には応用されている。
【0004】
逆圧電効果では、例えば電極に対して垂直に伸びる方向で歪みが発生する場合、圧電材料の体積は変わらないので、横方向では縮む現象が発生する。特にこの伸縮による変位を利用したものが多い。すなわち、伸びと縮みをそのまま利用したり、もしくは同様の機能を持たせるための電極を付加した圧電材料を積層化して変位量を増大させている。
【0005】
積層型は、発生力が大きく、変位量を積層の数で制御できることから色々な分野で応用されている。通常、伸び方向の変位を利用するための設計になっているが、曲げ動作を行うことを可能としたものもある(例えば特開平5−261061号公報)。特開平5−261061号公報に記載のアクチュエータは、円盤状のユニモルフ型素子を積層したものである。1層に着目すると、円盤上に多数に分割されたそれぞれ対になる電極を配置し、それぞれの電極対に電圧を印加することで歪みを発生させ、その歪みを積層化によって積算し、曲げ動作を可能としている。
【0006】
一方、曲げ動作や稔り動作(回旋動作)を目的としたものとしてユニモルフ型やバイモルフ型のアクチュエータが知られている。ユニモルフ型は、一枚の弾性体に、表裏面に対称な電極を持つ一枚の圧電材料を接着等により積層した構造を持つものである。バイモルフ型は、曲げ量を増大させる目的で弾性体を表裏面に対称な電極を持つ2枚の圧電材料で挟むように配置したものである。
【0007】
特開平5−318373号公報等では、ユニモルフ型やバイモルフ型のアクチュエータを応用して自由度の高いアクチュエータを提案している。また、特開平11−206149号公報では、ユニモルフ型やバイモルフ型のアクチュエータで必要とされる組立や接着等のアセンブル工程を不要とする一体型のアクチュエータが提案されている。この特開平11−206149号公報に記載のアクチュエータは、逆圧電効果の縦効果を利用するために櫛形電極を用い、さらに曲げを助長するために通常の逆圧電効果による伸縮を司る基板を塗布や印刷、厚膜・薄膜化技術などで積層化した構造となっている。
【0008】
大きな発生力や変位量を必要としない用途では、積層を構成する1層だけの発生力や変位量で充分な場合もある。例えば、構造体の中に空間を設けて2本のヒンジを配置し、この2本のヒンジそれぞれの伸縮動作を用いて構造体を横方向(X軸)へ変位させている例もある。
【0009】
このとき、一枚の板状またはバルク状の圧電材料により作製したアクチュエータの発生力や変位量で性能的に充分であれば、そのような圧電材料を加工して必要な部分にだけ電極を配置するモノリシック構造にすることは、組立や配線工程を減らし、作製精度の悪化やコストを低減すると言う点で優れたプロセスであると言える。
【0010】
また、圧電材料を用いたセンサやアクチュエータは、いずれも印加電圧と変位又は歪みの間でヒステリシスを持つことに関し、特開平5−56667号公報では、圧電材料に配置する電極を細分化し、特に変位特性が不安定で変位誤差要因となる低電圧領域での使用をさけ、安定的に微細精度の変位が得られる方法を提案している。この場合には、電極を微細に分割して伸縮方向の変位に対して精度と変位量を両立させている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来は、圧電アクチュエータを用いて曲げ動作や捻り動作(回旋動作)を行うために弾性体を併用したユニモルフやバイモルフ型のアクチュエータが主流である。しかし、これらは圧電材料と弾性体などの複数の材料を用いたハイブリッド構造となっているので、単一の圧電材料のみを用いたモノリシック構造の圧電アクチュエータよりもコストが掛かる。
【0012】
また、独立して制御できる電極は2つもしくは2つ以上と数が少なく、これらの電極に加える電圧によってのみ変位や曲げ動作角度を制御しているので、複雑な姿勢制御を行うことが難しい。
【0013】
本発明の目的は、モノリシック構造の板状圧電材料を用いてハイブリッド構造のものよりも高精度な曲げ動作や複雑な姿勢制御が行える圧電アクチュエータを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の圧電アクチュエータは、モノリシック構造の板状圧電材料の対向する表裏面のそれぞれに、相互に絶縁された状態で配置され、所望の動作をさせるための形状と大きさ・相対位置を持つ多数個の電極と、前記多数個の電極をそれぞれ独立して直流電源に接続できるスイッチ回路とを備え、前記スイッチ回路によって前記多数個の電極をそれぞれ独立に前記直流電源の正極または負極に接続する制御、またはいずれにも接続しない制御を行うことにより、正極に接続されている電極と負極に接続されている電極との間に発生する分極時の電界の向きと大きさを可変として任意の分極状態を作り出すとともに、正極になっている電極と負極になっている電極との間に発生する駆動時の電界の向きと大きさを可変にして、前記多数個の電極の配置領域において伸縮動作と曲がり動作と回旋動作との全部または一部を行わせることを特徴としている。
【0015】
上記本発明の圧電アクチュエータでは、前記板状圧電材料は、矩形状に形成され、表裏面のほぼ全面または特定領域に前記多数個の電極がアレイ状に配置されていることを特徴としている。
【0016】
また、上記本発明の圧電アクチュエータでは、前記矩形状の板状圧電材料は、一端側が固定部であり、他端側の表裏面に前記多数個の電極がアレイ状に配置されていることを特徴としている。
【0017】
さらに、上記本発明の圧電アクチュエータでは、前記板状圧電材料は、円盤状に形成され、表裏面に前記多数個の電極が同心円状に配置されていることを特徴としている。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施の形態による圧電アクチュエータの構成図である。図1に示すように、この圧電アクチュエータは、モノリシック構造の圧電板材1の表裏面に、多数の電極2a〜2i及び3a〜3iをアレイ状に対称配置し、それぞれの電極がスイッチ4a〜4i及び5a〜5iの対応するスイッチを介して個別に直流電源6に接続されるようにしたものである。なお、以下の説明では、適宜、電極2a〜2iは電極群2と称し、電極3a〜3iは電極群3と称することがある。
【0019】
これらの電極は、デイップコート・スプレーコート・スピンコート・印刷・スパック・蒸着・メッキ・電気泳動のいずれかもしくは複数の手段によって圧電板材1の表裏面に形成し、フォトリソグラフイ・ダイシング・レーザー加工・研磨・研削・アプレーション・アッシングのいずれか、もしくは複数の手段によって複数個のアレイ状となるように整形したものである。
【0020】
なお、以下に示す各種の実施例から理解できるように、圧電板材1は、矩形板状や円盤状など目的に応じた形状とすることができる。また、アレイ状の電極の相対位置は、お互いが電気的に接触しなければどのような位置関係でも構わない。動作の目的に応じて任意の配置とすることができる。
【0021】
以上の構成において、アレイ状の電極は、スイッチ4a〜4i及び5a〜5iを通して、それぞれが独立して直流電源6の正極または負極に接続されるか、またはいずれにも接続されない状態になる。
【0022】
したがって、これらのスイッチを独立にオンオフすることで、電極の接続状態及び極性を独立に制御し、正極に接続されている電極と負極に接続されている電極との間に発生する分極時の電界の向きと大きさを可変し、任意の分極状態を作り出すことができる。
【0023】
また、アレイ状電極に接続されるスイッチを独立にオンオフすることで、アレイ状電極の接続状態及び極性を独立に制御し、正極になっている電極と負極になっている電極との間に発生する駆動時の電界の向きと大きさを可変し、その結果モノリシック構造の圧電板材1の内部に生ずる歪みによる伸縮の度合いを調節し、伸縮動作と単一もしくは複数の曲げ動作及び単一もしくは複数の回旋動作を行うことができる。
【0024】
次に、以上の動作の確認結果を図2〜図7を用いて説明する。図2は、動作確認をするために作製した圧電アクチュエータの具体的な寸法例を示す側面図である。図3は、具体的な外観及び寸法例を示す斜視図である。図2及び図3に示すように、圧電板材1は、長さ15mm、幅2mm、厚さ0.5mmの矩形状に形成した。この圧電板材1の図2中の左端から5.5mmの区間が測定時固定部1aであり、そこから右端までの9.5mmの区間が電極形成領域1bである。この電極形成領域1bでは、両端に0.5mmのスペースをとった残りの8.5mmの領域の表面及び裏面に、長さ2mm、幅800μm、厚さ400nmのクロム金電極(電極群2及び電極群3)を1mmピッチで対称に作製した。
【0025】
図4は、圧電板材1内部の電界強度分布形成の説明図である。なお、圧電板材1内の電界強度分布は、実際には、圧電板材1の徹小領域での組成分布、圧電定数、分極強度、分極方向、動作時電界強度分布、動作電界方向、などとの間に複雑な相関を持つため複雑であるが、図4では簡略化して示してある。
【0026】
図4において、初めに全てのスイッチ4a〜4i及び5a〜5iを閉じて通電状態にし、電極2a〜2iを直流電源6の正極に接続し、電極3a〜3iを直流電源6の負極に接続し、電極群2と電極群3との間に直流600Vを30秒間印加し、マクロ的に1kV/mmの直流電界を発生させて圧電板材1に分極処理を施した。したがって、圧電板材1内には、表裏面に垂直で、表面から裏面に向かう分極電界(初期分極電界)7が発生すると考えられる。
【0027】
その後、電極群2と電極群3のそれぞれ選択した電極だけが通電できるようにスイッチを切り替え、選択された電極群2と電極群3との間で、分極時と同方向に200V/mmの電界を加えて動作を試みた。このときには、分極時とは異なった電界強度分布状態が発生していると思われる。
【0028】
例えば、図4に示すように、電極群2ではスイッチ4a〜4cを閉じて電極2a〜2cを直流電源6の正極に接続し、電極群3ではスイッチ5bを閉じて電極3bを直流電源6の負極に接続し、200V/mmの電界を加えた。この場合、図4に示すように、3つの電極2a〜2cから1つの電極3bに向かう電界(動作時電界)が発生すると考えられる。
【0029】
図5は、変位測定の説明図である。図5に示すように、電極が配されていない長さ5mmの測定時固定部1aをクランプ10に固定し、逆側の先端部の変位を測定した。電極選択パターンによって、曲げ動作が発生し先端部で上下方向に3.0μmの変位を確認した。
【0030】
図6は、姿勢制御動作の説明図である。図5と同様に、電極が配されていない長さ5mmの測定時固定部1aを固定し、逆側の先端部を平行移動させるための姿勢制御を行った場合、変位としては1.7μmを確認した。変位の測定には、レーザ顕微鏡及び表面粗さ測定器を改修して用いている。
【0031】
図7は、回旋動作の説明図である。(a)は未動作状態図、(b)は動作状態図である。なお、図7(b)では、電極は図示省略した。図5と同様に、電極が配されていない長さ5mmの部分を固定する(図7(a))。電極選択パターンによって、曲げ動作が発生し逆側の先端部に回旋動作を行わせることができた(図7(b))。
【0032】
《実施例1》
図8は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例1)を示す図である。HDDやスライダ型光ヘッドを用いたディスク記録再生装置では、姿勢を保ちながらトラッキングやスペース制御(フォーカシング)を高精度に実現するアクチュエータが必要となってくる。
【0033】
図8では、ディスク装置におけるスライダの姿勢を保ちながら回転中のディスクとのスペース高さ調節を行うアクチュエータとして用いた場合の例が示されている。
【0034】
図8において、姿勢制御スペーシング制御アクチュエータ20は、本実施の形態による圧電アクチュエータであり、電極が配置されていない部分が支柱21に固定され、逆側の電極形成領域がディスク22上に延在保持されている。この電極形成領域の先端部下面には、スライダ23が固定されている。
【0035】
ディスク22がディスク回転用モータ24により回転駆動される前の状態、ないしは駆動初期の状態では、スライダ24は、図8(a)に示すように、ディスク22の上部にスペース25の間隔を置いてディスク22の面に並行に支持されている。
【0036】
この状態で、姿勢制御スペーシング制御アクチュエータ20に前述した上下方向への変位動作及び姿勢制御動作を行わせることで、スライダ24は、図8(b)に示すように、ディスク22の上部にスペース25の間隔よりも狭い間隔のスペース26を置いてディスク22の面に並行に位置させ、それを維持させることができる。
【0037】
このように、本実施の形態による圧電アクチュエータは、センシングデバイスの移動や位置決めをするアクチュエータとして利用することができる。
【0038】
《実施例2》
図9は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例2)を示す図である。図9では、放送用デジタルVTR等で使われている磁気ヘッドの突き出し量も制御できるトラッキングアクチュエータとしての利用例が示されている。
【0039】
図9(a)において、駆動走行される磁気テープ31に磁気ヘッド32が摺接し、信号の記録・再生が行われる。この磁気ヘッド32は、拡大図に示すように、VTRドラム30内においてトラッキングアクチュエータ33の先端部に取り付けられ、VTRドラム30の周面から飛び出し磁気テープ31に摺接できるようになっている。
【0040】
図9(b)において、VTRでは、磁気ヘッド32により正常な磁気情報の記録再生が行われるトラックは、トラック35のように本来直線であるべきであるが、実際にはトラック36のように曲がっていることが多い。この曲がりがトラックの幅に対して大きくなると、記録時に直前に書いたトラックに重ね書きしてしまったり、再生時に正しく記録信号が読み取れないなどの好ましくない現象が発生する。
【0041】
これを防ぐために磁気ヘッド32の位置が正しいトラック位置となるように制御することをトラッキングといい、記録時または再生時にトラックの曲がり具合をセンシングしてその情報をフィードバックすることにより、磁気ヘッド32の位置をアクティブに制御する方法をダイナミックトラッキングという。
【0042】
この位置制御には、従来、バイモルフ型の圧電アクチュエータが用いられることが多く、ダイナミックトラッキング機能付きVTR(図9(a))では、数μm程度のトラッキングずれ(図9(b))を補正するように磁気ヘッド32の位置制御を行っている。
【0043】
この時、従来では、磁気テープ31と磁気ヘッド32の接触角度が通常の状態から大きく変化しないように姿勢制御を行っているが、トラッキングアクチュエータ33の全長は変わらないため、例えば図9(c)に示すように、姿勢制御の程度によっては、磁気ヘッド32が磁気テープ31に接触できる破線で示す状態(イ)と接触できない実線で示す状態(ロ)とが生じ、磁気テープ31と磁気ヘッド32との間にスペース37が発生する。このようなスペース37は、磁気信号の記録・再生時のSN比の悪化につながると言われている。
【0044】
そこで、本実施の形態による圧電アクチュエータは、伸縮動作も可能であるので、トラッキングアクチュエータ33として本実施の形態による圧電アクチュエータを用いれば、図9(d)に示すように、姿勢制御によって磁気ヘッド32の位置が破線で示す状態(ハ)から実線で示す状態(ニ)に移っても、双方の状態において磁気ヘッド32を磁気テープ31に接触させることができる。
【0045】
つまり、本実施の形態による圧電アクチュエータを用いることにより、トラッキング動作及び姿勢制御動作の他にこのスペースの発生を防ぐため動作(ヘッド突き出し量制御)を行うことができ、磁気テープと磁気ヘッドとの間のスペースの発生によるSN比の劣化を防ぐことができる。
【0046】
《実施例3》
図10は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例3)を示す図である。図10では、AFM(Atomic Force Microscopy)など微小領域を観察するために高精度微小位置決めを必要とする装置のマニピュレータに応用できることが示されている。図10(a)は従来のAFMセンシング部の構成図である。図10(b)は本実施の形態によるカンチレバー兼マニピュレータの構成図である。
【0047】
図10(a)において、AFMセンシング部は、マニピュレータ41に支持されるカンチレバー42の先端にティップと呼ばれるセンサ部43が取り付けられている。このAFMセンシング部では、マニピュレータ41により、カンチレバー42を精度良くX軸方向44、Y軸方向45、Z軸方向46へ移動させることで、特定領域の観察対象47のセンシングを行うことができる。現在、このマニピュレータ41は、バイモルフ型やユニモルフ型である。
【0048】
図10(b)において、本実施の形態によるカンチレバー51は、モノリシック構造の圧電板材を矩形板状に形成したものからなり、長手方向のほぼ中間部の表裏面に電極群52が形成されている。長手方向の一端は固定部53であり、自由端である他端に上記したセンサ部43が取り付けられている。
【0049】
電極群52に上述したように電圧を印加することにより、カンチレバー51は、精度良くX軸方向54、Y軸方向55、Z軸方向56へ移動させることができるので、特定領域の観察対象47のセンシングを行うことができる。
【0050】
このようにカンチレバーとマニピュレータを組み合わせた構造にすることで、部品点数が少なく安価で、簡単にスキャン動作が行えるアクチュエータが実現できる。なお、図示省略したが、本実施の形態の圧電アクチュエータは、上記従来のカンチレバー42を動作させるマニピュレータ41としても利用できることは勿論である。
【0051】
《実施例4》
図11は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例4)を示す図である。図11では、本実施の形態による圧電アクチュエータが持つ伸縮動作と曲がり動作を併用することによってリレースイッチが構成できることが示されている。(a)は構成図、(b)(c)は動作説明図である。
【0052】
図11(a)において、矩形状の圧電板材61の両面に形成される電極62は、配線63により図示しないスイッチ回路を介して直流電源に接続されている。すなわち、図1に示した本実施の形態による圧電アクチュエータそのものが直接的に構成されているのであり、図中、下方端が固定部で、図示する電極62の形成領域が自由端である。
【0053】
圧電板材61の自由端の先端には、スイッチ電極64が取り付けられている。このスイッチ電極64の左側には、多数のリレー接点65a〜65(c)が圧電板材61に沿った上下方向に配置され、右側にも対称に多数のリレー接点65a〜65(c)が上下方向に配置されている。そして、スイッチ電極64には、スイッチする対象の信号線66が接続されている。
【0054】
この構成により、圧電板材61の電極62形成部分が、伸縮動作と曲がり動作を行うことによって、スイッチ電極64が位置を上下方向と左右方向に変位させて多数のリレー接点(65a〜65f)と選択的に接触し、信号線66と導通させることができる。
【0055】
例えば、図示例では、スイッチ電極64は、リレー接点65(b)(e)の配置位置にあるので、図11(b)に示すように圧電板材61に伸縮動作を伴わずに右に曲がる動作を行わせるだけで、スイッチ電極64をリレー接点65(e)に接触させることができる。同様に、圧電板材61に伸縮動作を伴わずに左に曲がる動作を行わせるだけで、スイッチ電極64をリレー接点65(b)に接触させることができる。
【0056】
また、図11(c)に示すように、圧電板材61に縮み動作と左に曲がる動作を行わせることで、スイッチ電極64をリレー接点65(c)に接触させることができる。同様に、圧電板材61に縮み動作と右に曲がる動作を行わせることで、スイッチ電極64をリレー接点65fに接触させることができる。
【0057】
また、図示省略したが、圧電板材61に伸長動作を行わせ、左に曲がる動作を行わせることで、スイッチ電極64をリレー接点65aに接触させ、右に曲げる動作を行わせることで、スイッチ電極64をリレー接点65(d)に接触させることができる。
【0058】
このように一つの圧電アクチュエータの伸縮動作と曲がる動作により、リレースイッチを構成する多数のリレー接点を選択して個別に働かせることができる。
【0059】
《実施例5》
図12は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例5)を示す図である。図12では、本実施の形態による圧電アクチュエータが持つ曲げ動作を利用することによって流体の流量を調節するマイクロバルブが構成できることが示されている。(a)は構成図、(b)は動作説明図である。
【0060】
図12(a)において、筐体71の内部には、曲げ動作圧電アクチュエータ72が配置されている。筐体71には、右側上部に流体75を取り込む流体流入口73が設けられ、左側上部に流体75を排出する流体排出口74が設けられている。
【0061】
次に、動作を説明する。図12(b)において、流体排出口74を曲げ動作アクチュエータ72により封鎖して流体流入口73から流体75を取り込む(S1)。曲げ動作アクチュエータ72を平らにしていくと、筐体71の内部が流体75で満たされる(S2)。曲げ動作アクチュエータ72で流体流入口73を封鎖しつつ曲げ動作を大きくすると、流体排出口74から流体75が排出される(S3)。なお、このマイクロバルブの原理は、インジェクターなどにも応用できる。
【0062】
《実施例6》
図13は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例6)を示す図である。図13では、本実施の形態による圧電アクチュエータの複数個を羽のように波打つ動作を行わせることで、流体クラッチの力伝達効率の調整装置として利用できることが示されている。(a)は構成を示す斜視図、(b)は構成を示す側面断面図、(c)(d)は動作説明図である。
【0063】
図13(a)(b)において、任意の構造体81の表面には、曲げ動作圧電アクチュエータ82がアレイ状(図示例では5×2)に埋め込まれて配置されている。各曲げ動作圧電アクチュエータ82は、矩形状の圧電板材の表裏面のほぼ全面に、電極が形成されているので、一端から他端に向かって順々に曲がり動作を行わせることにより、波状に変位させることができる。
【0064】
曲げ動作圧電アクチュエータ82が平らな状態にある場合には、構造体81の表面を流れる流体は、直線矢印83の直進するが、図13(c)(d)に示すように、各曲げ動作圧電アクチュエータ82が波状に曲がると、構造体81側の流体に対する抵抗が大きくなり、波線矢印84のように、流れを波状に変化させることができる。
【0065】
なお、以上は複数の曲げ動作圧電アクチュエータを用いた場合であるが、1個の曲げ動作圧電アクチュエータによっても同様の動作を行わせることができる。また、この原理は、空気や水などの流体の流速や流量を制御したり、構造体に浮力を与える装置にも利用することができる。
【0066】
《実施例7》
図14は、本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例7)を示す図である。図14では、電極を同心円状に配置した圧電アクチュエータをアレイ状に構成し、それぞれの圧電アクチュエータの突起の高さを調整することで、点図表示装置やマクロ的なテクスチヤ(つるつる感やざらざら感)可変装置に応用できる表面凹凸可変装置が示されている。(a)は構成を示す斜視図、(b)は構成を示す側面図、(c)は動作説明図である。
【0067】
図14(a)(b)において、基盤91上にアレイ配置される複数の圧電アクチュエータ(図示例では3×3)92は、円盤状の圧電板材の表面と裏面に同心円状に多数の電極が配置されている。手で触る上面には、安全のために、基盤91及び圧電アクチュエータ92の上から突起を認識させる程度の厚さで絶縁膜93がコーティングされている。
【0068】
この電極群に選択的に電圧を加え、矩形板状の圧電アクチュエータで発生させるものと同様に歪みを発生させると、円盤状の圧電アクチュエータ92の中心部分を押し上げる、もしくは凹ませることができ、図14(c)に示すように静止状態に比べ微小な突起94を発生することができる。
【0069】
この円盤状の圧電アクチュエータ92を微小な間隔でアレイ状に配置することで、基盤91表面の見かけ上の表面性が可変でき、マクロ的には摩擦係数が変化することになる。これにより、突起の空間周波数を変え、手で擦ったときなどに感じるつるつる感やざらざら感といった表面感覚の表現を変えることができる。
【0070】
このように、物質表面の凹凸や粗さといった表面性を人為的に変化させることで、主にテクスチヤを変化させるタイプの触覚ディスプレイ(微小領域の摩擦係数可変装置)として応用することができる。
【0071】
以上のように、本実施の形態によれば、圧電板材の圧電定数、圧電板材の機械的構造、電極の形状、電極の大きさ、電極の配置位置、分極時の電極選択パターン、分極時の電圧、使用時の電極選択パターン、使用時の電圧を変更することにより、動作時の電界強度分布を変化させ、この電界強度分布の偏在により歪みを制御することができるので、部品点数の少ないモノリシック構造の圧電アクチュエータにより精度良く伸縮動作と曲げ・稔れ動作を実現することができ、各種の多様な用途に利用可能な圧電アクチュエータが提供できる。
【0072】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多電極方式で微細領域に安定した動作ができる電圧を掛ける2値の制御を行うことで、一微細領域の伸縮変位量が決定できるので、より簡単に伸縮量の制御を行うことができ、精度良く曲げ・稔れ動作を行わせることができるモノリシック状の圧電アクチュエータが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による圧電アクチュエータの構成図である。
【図2】動作確認をするために作製した圧電アクチュエータの具体的な寸法例を示す側面図である。
【図3】上記作製した圧電アクチュエータの具体的な外観及び寸法例を示す斜視図である。
【図4】圧電板材内部の電界強度分布形成の説明図である。
【図5】変位測定の説明図である。
【図6】姿勢制御動作の説明図である。
【図7】回旋動作の説明図である。(a)は未動作状態図、(b)は動作状態図である。
【図8】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例1)を示す図である。
【図9】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例2)を示す図である。(a)はダイナミックトラッキング機能付VTRの要部を示す図、(b)はトラックずれの説明図、(c)はトラッキングによるスペース発生の説明図、(d)は本実施の形態による圧電アクチュエータを用いた場合のトラッキング動作とスペース発生の防止動作の説明図である。
【図10】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例3)を示す図である。(a)は従来のAFMセンシング部の構成図、(b)本実施の形態によるカンチレバー兼マニピュレータの構成図である。
【図11】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例4)を示す図である。(a)は構成図、(b)(c)は動作説明図である。
【図12】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例5)を示す図である。(a)は構成図、(b)は動作説明図である。
【図13】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例6)を示す図である。(a)は構成を示す斜視図、(b)は構成を示す側面断面図、(c)(d)は動作説明図である。
【図14】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用例(実施例7)を示す図である。(a)は構成を示す斜視図、(b)は構成を示す側面図、(c)は動作説明図である。
【符号の説明】
1 圧電板材
1a 測定時固定部
1b 電極形成領域
2、3 電極群
2a〜2i、3a〜3i 電極
4a〜4i、5a〜5i スイッチ
6 直流電源
7 分極電界(初期分極電界)
10 クランプ
20 姿勢制御スペーシング制御アクチュエータ
21 支柱
22 ディスク
23 スライダ
24 ディスク回転用モータ
25、26 スペース
30 VTRドラム
31 磁気テープ
32 磁気ヘッド
33 トラッキングアクチュエータ
35 曲がりのない正常な記録・再生のトラック
36 トラッキングずれの原因となる曲がっているトラック
37 スペース
41 マニピュレータ
42 カンチレバー
43 センサ部(ティップ)
44 X軸動作方向
45 Y軸動作方向
46 Z軸動作方向
47 観察対象
51 カンチレバー
52 電極群
53 固定部
54 X軸動作方向
55 Y軸動作方向
56 Z軸動作方向
61 圧電板材
62 電極
63 配線
64 スイッチ電極
65a〜65f リレースイッチを構成するリレー接点
66 スイッチする対象の信号線
71 筐体
72 曲げ動作圧電アクチュエータ
73 流体流入口
74 流体排出口
75 流体
81 任意の構造体
82 曲げ動作圧電アクチュエータ
83 変更前の流体の流れ
84 変更された流体の流れ
91 基盤
92 円盤状の圧電アクチュエータ
93 表面コーティング
94 微小突起[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric actuator that is used to move and position an object or change the course of a fluid by being accompanied by a spatially small displacement with a high degree of freedom, and more particularly to a monolithic piezoelectric actuator.
[0002]
[Summary of Invention]
The present invention relates to a monolithic piezoelectric actuator having a configuration that enables a highly accurate bending operation without using any of a unimorph structure and a bimorph structure, and a hybrid structure so that a complicated operation can be performed. A large number of electrodes with the shape, size, and relative position for the desired operation are placed on the opposing faces of a monolithic plate-shaped piezoelectric material with a small number of parts. By connecting to a switch circuit that can be connected to a DC power supply and changing the state of the electric field generated during polarization and driving, the entire shape of the expansion / contraction operation, bending operation and rotation operation can be performed with high accuracy, and the shape of the piezoelectric material And control posture.
[0003]
[Prior art]
Piezoelectric actuators using the inverse piezoelectric effect of piezoelectric materials are said to be unsuitable for actuators with large displacements due to their strength and displacement generation efficiency, but they require minute displacements of several nanometers to several millimeters. It has been applied to the purpose.
[0004]
In the inverse piezoelectric effect, for example, when distortion occurs in a direction extending perpendicularly to the electrode, the volume of the piezoelectric material does not change, so that a phenomenon of contraction occurs in the lateral direction. In particular, many use the displacement due to this expansion and contraction. That is, the amount of displacement is increased by laminating a piezoelectric material to which an electrode for providing the same function is used as it is or using the stretch and contraction as it is.
[0005]
The laminated type is applied in various fields because the generated force is large and the amount of displacement can be controlled by the number of laminated layers. Usually, it is designed to utilize the displacement in the extension direction, but there are some that can perform a bending operation (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-261610). The actuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-26161 is a laminate of disk-shaped unimorph elements. Focusing on one layer, each pair of electrodes divided into a large number is arranged on a disk, and distortion is generated by applying a voltage to each pair of electrodes. Is possible.
[0006]
On the other hand, unimorph type and bimorph type actuators are known for the purpose of bending operation and turning operation (rotating operation). The unimorph type has a structure in which one piezoelectric material having symmetrical electrodes on the front and back surfaces is laminated on one elastic body by bonding or the like. The bimorph type is an arrangement in which an elastic body is sandwiched between two piezoelectric materials having symmetrical electrodes on the front and back surfaces in order to increase the amount of bending.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-318373 proposes an actuator having a high degree of freedom by applying a unimorph type or bimorph type actuator. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-206149 proposes an integrated actuator that does not require an assembly process such as assembly or adhesion required for a unimorph or bimorph actuator. The actuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-206149 uses a comb-shaped electrode in order to use the longitudinal effect of the inverse piezoelectric effect, and further applies a substrate that controls expansion and contraction by the normal inverse piezoelectric effect in order to promote bending. It has a laminated structure by printing, thick film / thin film technology, etc.
[0008]
In applications that do not require a large generated force or displacement, the generated force or displacement of only one layer constituting the stack may be sufficient. For example, there is an example in which a space is provided in the structure body and two hinges are arranged, and the structure body is displaced in the lateral direction (X-axis) by using an expansion / contraction operation of each of the two hinges.
[0009]
At this time, if the generated force and displacement of an actuator made of a single plate-like or bulk-like piezoelectric material are sufficient in terms of performance, such a piezoelectric material is processed and electrodes are arranged only at the necessary portions. This monolithic structure is an excellent process in terms of reducing assembly and wiring processes, reducing manufacturing accuracy, and reducing costs.
[0010]
Further, regarding sensors and actuators using a piezoelectric material, there is hysteresis between an applied voltage and displacement or strain. In Japanese Patent Laid-Open No. 5-56667, electrodes arranged in a piezoelectric material are subdivided, and in particular, displacement Proposal has been made for a method that can stably obtain a fine-precision displacement, avoiding the use in a low voltage region where the characteristics are unstable and cause a displacement error. In this case, the electrode is finely divided to achieve both accuracy and displacement with respect to displacement in the expansion / contraction direction.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, a unimorph or bimorph type actuator using an elastic body in order to perform a bending operation or a twisting operation (rotating operation) using a piezoelectric actuator has been mainly used. However, since these have a hybrid structure using a plurality of materials such as a piezoelectric material and an elastic body, the cost is higher than a monolithic structure piezoelectric actuator using only a single piezoelectric material.
[0012]
In addition, the number of electrodes that can be controlled independently is as small as two or two and the displacement and bending operation angles are controlled only by the voltage applied to these electrodes, so that it is difficult to perform complicated posture control.
[0013]
An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator capable of performing a bending operation and a complicated posture control with higher accuracy than those of a hybrid structure using a monolithic plate-shaped piezoelectric material.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the piezoelectric actuator of the present invention opposes a monolithic plate-shaped piezoelectric material. Front and back Each of Placed in a mutually insulated state Multiple electrodes with shape, size and relative position for desired operation When, Switch circuit capable of independently connecting a plurality of electrodes to a DC power source And Prepared, By the switch circuit A control for connecting each of the plurality of electrodes independently to a positive electrode or a negative electrode of the DC power supply; Or By performing control that is not connected to either, Creates an arbitrary polarization state by changing the direction and magnitude of the electric field during polarization generated between the electrode connected to the positive electrode and the electrode connected to the negative electrode. By changing the direction and magnitude of the electric field generated between the electrode and the driving electrode, It is characterized in that all or a part of the expansion / contraction operation, bending operation, and rotation operation is performed in the arrangement region of the multiple electrodes.
[0015]
In the piezoelectric actuator of the present invention, the plate-like piezoelectric material is formed in a rectangular shape, and the multiple electrodes are arranged in an array on substantially the entire front or back surface or a specific region.
[0016]
In the piezoelectric actuator of the present invention, the rectangular plate-shaped piezoelectric material has one end side as a fixed portion, and the plurality of electrodes are arranged in an array on the front and back surfaces on the other end side. It is said.
[0017]
Furthermore, in the piezoelectric actuator of the present invention, the plate-like piezoelectric material is formed in a disc shape, and the multiple electrodes are concentrically arranged on the front and back surfaces.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in this piezoelectric actuator, a large number of electrodes 2a to 2i and 3a to 3i are arranged symmetrically in an array on the front and back surfaces of a monolithic
[0019]
These electrodes are formed on the front and back surfaces of the
[0020]
In addition, as can be understood from the various examples described below, the
[0021]
In the above configuration, the arrayed electrodes are independently connected to the positive electrode or the negative electrode of the
[0022]
Therefore, by turning these switches on and off independently, the connection state and polarity of the electrodes are controlled independently, and the electric field during polarization generated between the electrode connected to the positive electrode and the electrode connected to the negative electrode The direction and size of can be varied to create an arbitrary polarization state.
[0023]
In addition, by independently turning on and off the switches connected to the array electrode, the connection state and polarity of the array electrode are controlled independently, and generated between the positive electrode and the negative electrode The direction and magnitude of the electric field during driving is varied, and as a result, the degree of expansion / contraction due to distortion generated in the
[0024]
Next, the confirmation result of the above operation will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a side view showing a specific dimension example of the piezoelectric actuator manufactured for checking the operation. FIG. 3 is a perspective view showing a specific appearance and dimension example. As shown in FIGS. 2 and 3, the
[0025]
FIG. 4 is an explanatory diagram of the formation of the electric field strength distribution inside the
[0026]
In FIG. 4, first, all the switches 4a to 4i and 5a to 5i are closed and energized, the electrodes 2a to 2i are connected to the positive electrode of the
[0027]
Thereafter, the switch is switched so that only selected electrodes of the
[0028]
For example, as shown in FIG. 4, in the
[0029]
FIG. 5 is an explanatory diagram of displacement measurement. As shown in FIG. 5, the
[0030]
FIG. 6 is an explanatory diagram of the attitude control operation. Similarly to FIG. 5, when the
[0031]
FIG. 7 is an explanatory diagram of the rotating operation. (A) is a non-operation state diagram, (b) is an operation state diagram. In FIG. 7B, the electrodes are not shown. Similarly to FIG. 5, a 5 mm long portion where no electrode is disposed is fixed (FIG. 7A). Due to the electrode selection pattern, a bending operation occurred, and the rotation of the tip on the opposite side could be performed (FIG. 7B).
[0032]
Example 1
FIG. 8 is a diagram illustrating a usage example (Example 1) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. In a disk recording / reproducing apparatus using an HDD or a slider-type optical head, an actuator that realizes tracking and space control (focusing) with high accuracy while maintaining a posture is required.
[0033]
FIG. 8 shows an example in which the disk apparatus is used as an actuator for adjusting the space height with a rotating disk while maintaining the posture of the slider.
[0034]
In FIG. 8, the attitude control
[0035]
In a state before the
[0036]
In this state, by causing the attitude control
[0037]
Thus, the piezoelectric actuator according to the present embodiment can be used as an actuator for moving and positioning the sensing device.
[0038]
Example 2
FIG. 9 is a diagram illustrating a usage example (Example 2) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. FIG. 9 shows an example of use as a tracking actuator that can also control the protrusion amount of a magnetic head used in a broadcast digital VTR or the like.
[0039]
In FIG. 9A, the
[0040]
In FIG. 9B, in the VTR, the track on which normal magnetic information recording / reproduction is performed by the
[0041]
In order to prevent this, the control of the position of the
[0042]
Conventionally, a bimorph type piezoelectric actuator is often used for this position control, and in a VTR with a dynamic tracking function (FIG. 9A), a tracking deviation of about several μm (FIG. 9B) is corrected. Thus, the position control of the
[0043]
At this time, conventionally, the attitude control is performed so that the contact angle between the
[0044]
Therefore, since the piezoelectric actuator according to the present embodiment can be expanded and contracted, if the piezoelectric actuator according to the present embodiment is used as the tracking
[0045]
In other words, by using the piezoelectric actuator according to the present embodiment, in addition to the tracking operation and the attitude control operation, an operation (head protrusion amount control) can be performed to prevent the generation of this space. It is possible to prevent the SN ratio from being deteriorated due to the occurrence of a space between them.
[0046]
Example 3
FIG. 10 is a diagram illustrating a usage example (Example 3) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. FIG. 10 shows that the present invention can be applied to a manipulator of an apparatus such as AFM (Atomic Force Microscopy) that requires high-precision micropositioning for observing a microregion. FIG. 10A is a configuration diagram of a conventional AFM sensing unit. FIG.10 (b) is a block diagram of the cantilever and manipulator by this Embodiment.
[0047]
In FIG. 10A, the AFM sensing unit has a
[0048]
In FIG. 10B, a cantilever 51 according to the present embodiment is formed of a monolithic piezoelectric plate material formed in a rectangular plate shape, and an electrode group 52 is formed on the front and back surfaces of the substantially middle portion in the longitudinal direction. . One end in the longitudinal direction is a fixed portion 53, and the
[0049]
By applying a voltage to the electrode group 52 as described above, the cantilever 51 can be moved in the
[0050]
In this way, by combining a cantilever and a manipulator, it is possible to realize an actuator that can be easily scanned with a small number of parts and at a low cost. Although not shown, the piezoelectric actuator according to the present embodiment can be used as the manipulator 41 for operating the conventional cantilever 42 as a matter of course.
[0051]
Example 4
FIG. 11 is a diagram illustrating a usage example (Example 4) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. FIG. 11 shows that a relay switch can be configured by using both the expansion and contraction operation and the bending operation of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) is a block diagram and (b) and (c) are operation explanatory diagrams.
[0052]
In FIG. 11A,
[0053]
A
[0054]
With this configuration, the
[0055]
For example, in the illustrated example, since the
[0056]
Further, as shown in FIG. 11C, the
[0057]
Although not shown in the drawing, the
[0058]
As described above, the expansion / contraction operation and the bending operation of one piezoelectric actuator can select and individually operate a large number of relay contacts constituting the relay switch.
[0059]
Example 5
FIG. 12 is a diagram illustrating a usage example (Example 5) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. FIG. 12 shows that a microvalve that adjusts the flow rate of fluid can be configured by using the bending operation of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) is a block diagram, (b) is operation | movement explanatory drawing.
[0060]
In FIG. 12A, a bending
[0061]
Next, the operation will be described. In FIG. 12B, the fluid discharge port 74 is blocked by the bending
[0062]
Example 6
FIG. 13 is a diagram illustrating a usage example (Example 6) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. FIG. 13 shows that a plurality of piezoelectric actuators according to the present embodiment can be used as an adjustment device for force transmission efficiency of a fluid clutch by causing a waving operation like a wing. (A) is a perspective view which shows a structure, (b) is side sectional drawing which shows a structure, (c) (d) is operation | movement explanatory drawing.
[0063]
13A and 13B, bending
[0064]
When the bending
[0065]
Although the above is a case where a plurality of bending operation piezoelectric actuators are used, the same operation can be performed by one bending operation piezoelectric actuator. This principle can also be used in devices that control the flow rate and flow rate of fluids such as air and water, and that give buoyancy to the structure.
[0066]
Example 7
FIG. 14 is a diagram illustrating a usage example (Example 7) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. In FIG. 14, piezoelectric actuators in which electrodes are concentrically arranged are configured in an array, and the heights of the protrusions of each piezoelectric actuator are adjusted, so that a dot diagram display device or a macro-texture (smooth or rough feeling) is obtained. ) A surface irregularity variable device applicable to the variable device is shown. (A) is a perspective view which shows a structure, (b) is a side view which shows a structure, (c) is operation | movement explanatory drawing.
[0067]
14 (a) and 14 (b), a plurality of piezoelectric actuators (3 × 3 in the illustrated example) 92 arranged in an array on a base 91 have a large number of concentric electrodes on the front and back surfaces of a disk-shaped piezoelectric plate material. Has been placed. For safety, an insulating
[0068]
When a voltage is selectively applied to this electrode group to generate a strain similar to that generated by a rectangular plate-shaped piezoelectric actuator, the central portion of the disk-shaped
[0069]
By arranging the disk-like
[0070]
In this way, by artificially changing the surface properties such as unevenness and roughness of the material surface, it can be applied as a tactile display of a type mainly changing the texture (a friction coefficient variable device in a minute region).
[0071]
As described above, according to the present embodiment, the piezoelectric constant of the piezoelectric plate material, the mechanical structure of the piezoelectric plate material, the shape of the electrode, the size of the electrode, the position of the electrode, the electrode selection pattern at the time of polarization, By changing the voltage, the electrode selection pattern during use, and the voltage during use, the electric field strength distribution during operation can be changed, and the distortion can be controlled by the uneven distribution of the electric field strength distribution. The piezoelectric actuator having the structure can realize the expansion / contraction operation and the bending / swinging operation with high accuracy, and can provide a piezoelectric actuator that can be used for various applications.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the amount of expansion / contraction displacement in one fine region can be determined by performing binary control that applies a voltage that allows stable operation in a fine region by the multi-electrode method, so that it is easier. Therefore, it is possible to provide a monolithic piezoelectric actuator that can control the amount of expansion and contraction and can perform bending and twisting operations with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a specific example of dimensions of a piezoelectric actuator manufactured for checking operation.
FIG. 3 is a perspective view showing a specific appearance and size example of the piezoelectric actuator manufactured as described above.
FIG. 4 is an explanatory diagram of formation of an electric field strength distribution inside a piezoelectric plate material.
FIG. 5 is an explanatory diagram of displacement measurement.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an attitude control operation.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a rotating operation. (A) is a non-operation state diagram, (b) is an operation state diagram.
FIG. 8 is a diagram showing a use example (Example 1) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a usage example (Example 2) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment; (A) is the figure which shows the principal part of VTR with a dynamic tracking function, (b) is explanatory drawing of track deviation, (c) is explanatory drawing of the space generation by tracking, (d) is the piezoelectric actuator by this Embodiment. It is explanatory drawing of the tracking operation | movement when used, and the operation | movement prevention of space generation | occurrence | production.
FIG. 10 is a diagram showing a usage example (Example 3) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) is a block diagram of the conventional AFM sensing part, (b) is a block diagram of the cantilever and manipulator by this Embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a usage example (Example 4) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment; (A) is a block diagram and (b) and (c) are operation explanatory diagrams.
FIG. 12 is a diagram showing a usage example (Example 5) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment; (A) is a block diagram, (b) is operation | movement explanatory drawing.
FIG. 13 is a diagram showing a usage example (Example 6) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) is a perspective view which shows a structure, (b) is side sectional drawing which shows a structure, (c) (d) is operation | movement explanatory drawing.
FIG. 14 is a diagram showing a usage example (Example 7) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment; (A) is a perspective view which shows a structure, (b) is a side view which shows a structure, (c) is operation | movement explanatory drawing.
[Explanation of symbols]
1 Piezoelectric plate material
1a Fixed part during measurement
1b Electrode formation region
2, 3 electrode group
2a-2i, 3a-3i electrode
4a-4i, 5a-5i switch
6 DC power supply
7 Polarization electric field (initial polarization electric field)
10 Clamp
20 Attitude control spacing control actuator
21 Prop
22 discs
23 Slider
24 disc rotation motor
25, 26 space
30 VTR drum
31 Magnetic tape
32 Magnetic head
33 Tracking actuator
35 Normal recording / playback track without bending
36 Bending track causing tracking error
37 space
41 Manipulator
42 Cantilever
43 Sensor (Tip)
44 X-axis operation direction
45 Y-axis operation direction
46 Z-axis operation direction
47 Observation target
51 Cantilever
52 Electrode group
53 Fixed part
54 X-axis operation direction
55 Y-axis operation direction
56 Z-axis operation direction
61 Piezoelectric plate material
62 electrodes
63 Wiring
64 switch electrodes
65a to 65f Relay contacts that constitute a relay switch
66 Signal line to be switched
71 case
72 Bending motion piezoelectric actuator
73 Fluid inlet
74 Fluid outlet
75 fluid
81 Arbitrary structures
82 Bending motion piezoelectric actuator
83 Fluid flow before change
84 Modified fluid flow
91 base
92 Disc-shaped piezoelectric actuator
93 Surface coating
94 Microprotrusions
Claims (4)
前記多数個の電極をそれぞれ独立して直流電源に接続できるスイッチ回路とを備え、
前記スイッチ回路によって前記多数個の電極をそれぞれ独立に前記直流電源の正極または負極に接続する制御、またはいずれにも接続しない制御を行うことにより、正極に接続されている電極と負極に接続されている電極との間に発生する分極時の電界の向きと大きさを可変として任意の分極状態を作り出すとともに、正極になっている電極と負極になっている電極との間に発生する駆動時の電界の向きと大きさを可変にして、前記多数個の電極の配置領域において伸縮動作と曲がり動作と回旋動作との全部または一部を行わせること、
を特徴とする圧電アクチュエータ。A number of electrodes having a shape, size, and relative position for performing a desired operation , arranged in a state of being insulated from each other on each of the opposing front and back surfaces of the monolithic plate-like piezoelectric material ,
And a switch circuit that can connect the plurality of electrodes to the DC power source independently,
The switch circuit is connected to the positive electrode and the negative electrode of the DC power supply, or the control to connect to the positive electrode or the negative electrode of the DC power supply, or the control that does not connect to any of the electrodes. The direction and magnitude of the electric field during polarization generated between the electrode and the electrode in contact with each other can be changed to create an arbitrary polarization state, and at the time of driving generated between the electrode that is a positive electrode and the electrode that is a negative electrode Making the direction and magnitude of the electric field variable, and performing all or part of the expansion / contraction operation, bending operation, and rotation operation in the arrangement region of the multiple electrodes;
A piezoelectric actuator characterized by
前記板状圧電材料は、矩形状に形成され、表裏面のほぼ全面または特定領域に前記多数個の電極がアレイ状に配置されていること、
を特徴とする圧電アクチュエータ。The piezoelectric actuator according to claim 1,
The plate-like piezoelectric material is formed in a rectangular shape, and the plurality of electrodes are arranged in an array on almost the entire front surface or back surface or a specific region,
A piezoelectric actuator characterized by
前記矩形状の板状圧電材料は、一端側が固定部であり、他端側の表裏面に前記多数個の電極がアレイ状に配置されていること、
を特徴とする圧電アクチュエータ。The piezoelectric actuator according to claim 2,
The rectangular plate-shaped piezoelectric material has one end side as a fixed portion, and the plurality of electrodes are arranged in an array on the front and back surfaces on the other end side,
A piezoelectric actuator characterized by
前記板状圧電材料は、円盤状に形成され、表裏面に前記多数個の電極が同心円状に配置される、
を特徴とする圧電アクチュエータ。The piezoelectric actuator according to claim 1,
The plate-like piezoelectric material is formed in a disk shape, and the multiple electrodes are concentrically arranged on the front and back surfaces.
A piezoelectric actuator characterized by
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