JPH01214279A - 圧電アクチュエーター - Google Patents
圧電アクチュエーターInfo
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- JPH01214279A JPH01214279A JP63040148A JP4014888A JPH01214279A JP H01214279 A JPH01214279 A JP H01214279A JP 63040148 A JP63040148 A JP 63040148A JP 4014888 A JP4014888 A JP 4014888A JP H01214279 A JPH01214279 A JP H01214279A
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- Japan
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- electrodes
- crystal
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- axis direction
- directions
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- Pending
Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/202—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement
- H10N30/2023—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement having polygonal or rectangular shape
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、例えば超伝導の理論的解明に際し、トンネル
現象の応用で原子レベルを目視できる走査型トンネル顕
微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｅ ： Ｓ Ｔ Ｍ ）用の微動駆動に
好適な圧電アクチュエーターに関する。特に、水晶を使
用した形状と駆動電極に関する。
現象の応用で原子レベルを目視できる走査型トンネル顕
微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｅ ： Ｓ Ｔ Ｍ ）用の微動駆動に
好適な圧電アクチュエーターに関する。特に、水晶を使
用した形状と駆動電極に関する。
本発明は、広い温度範囲に亙って、しかも微小変位を高
精度に制御できる水晶アクチュエーターを堤供すること
にある。水晶は物理的、化学的に大変に安定した物質で
あり、従って、これから形成される各種デバイスも多く
の点で安定したものが得られる。ところで最近では超伝
導の研究が盛んに行われているが、その理論的解明は未
だ十分とは言い難い、しかし、最近はトンネル現象を応
用して原子を目で見ることが試みられ、その結果が発表
されている。即ち、この研究が超伝導現象を解明するの
に役立つのではないかと非常に期待されている０本発明
の目的は、特に、極低温環境下でも結晶軸の３方向に高
精度で変位制御できる水晶アクチュエーターを得ること
にある。
精度に制御できる水晶アクチュエーターを堤供すること
にある。水晶は物理的、化学的に大変に安定した物質で
あり、従って、これから形成される各種デバイスも多く
の点で安定したものが得られる。ところで最近では超伝
導の研究が盛んに行われているが、その理論的解明は未
だ十分とは言い難い、しかし、最近はトンネル現象を応
用して原子を目で見ることが試みられ、その結果が発表
されている。即ち、この研究が超伝導現象を解明するの
に役立つのではないかと非常に期待されている０本発明
の目的は、特に、極低温環境下でも結晶軸の３方向に高
精度で変位制御できる水晶アクチュエーターを得ること
にある。
ＳＴＭ用アクチュエーターとしては、一般的にはＰＺＴ
などの圧電セラミックスが使用されてきた。しかしなが
ら、この種の材料は温度変化に対してその圧電性が著し
く変化し、特に、極低温では圧電性が失われ、ＳＴＭ用
アクチュエーターとして不十分であった。
などの圧電セラミックスが使用されてきた。しかしなが
ら、この種の材料は温度変化に対してその圧電性が著し
く変化し、特に、極低温では圧電性が失われ、ＳＴＭ用
アクチュエーターとして不十分であった。
（発明が解決しようとする課題〕
このようにＰＺＴを使用したアクチュエーターでは極低
温でその機能を失い、ＳＴＭで原子の姿を見ることがで
きない。そこで、本発明は極低温でも圧電性を有し原子
の姿を見ることのできる新形状の水晶アクチュエーター
を提案するものである。
温でその機能を失い、ＳＴＭで原子の姿を見ることがで
きない。そこで、本発明は極低温でも圧電性を有し原子
の姿を見ることのできる新形状の水晶アクチュエーター
を提案するものである。
第１図は本発明の水晶アクチュエーターの動作原理を説
明するための座標系と水晶ブロック１である。ｘ、ｙ、
ｚ軸は水晶の電気軸９機械軸、光軸とすると、これらの
結晶軸方向に電界を加える事によって、種々の変位を引
き起こすことができる。
明するための座標系と水晶ブロック１である。ｘ、ｙ、
ｚ軸は水晶の電気軸９機械軸、光軸とすると、これらの
結晶軸方向に電界を加える事によって、種々の変位を引
き起こすことができる。
以下、具体的に説明する。今、Ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の
電気偏極をＰ、、Ｐ、、Ｐ、（任意の方向をＰとすると
Ｐ、、Ｐ、、Ｐ、はｘ、ｙ、ｚ軸方向の各成分）とする
と、 ［Ｐ、 ＝ε１ｌｅＸＸ ｇｌｔｅｙｙ”ｇ１４ｅｙ
ｔＰ ｙ ＝ｔ ｉｓ ｅ ＺＸ ２ ｅ ｔｂ
ｅ ｘｙ −−−−−４ｉｔＰ、＝０ 但し、εｌ＋＋ ε１８．ε、４．ε２２．ε、は圧
電定数＋ ｅＸＸ＋ ”、、Ｖ＋ ｅＹｍ＊
ｅ２Ｘ＋ ”ＸＶは歪みを表す。
電気偏極をＰ、、Ｐ、、Ｐ、（任意の方向をＰとすると
Ｐ、、Ｐ、、Ｐ、はｘ、ｙ、ｚ軸方向の各成分）とする
と、 ［Ｐ、 ＝ε１ｌｅＸＸ ｇｌｔｅｙｙ”ｇ１４ｅｙ
ｔＰ ｙ ＝ｔ ｉｓ ｅ ＺＸ ２ ｅ ｔｂ
ｅ ｘｙ −−−−−４ｉｔＰ、＝０ 但し、εｌ＋＋ ε１８．ε、４．ε２２．ε、は圧
電定数＋ ｅＸＸ＋ ”、、Ｖ＋ ｅＹｍ＊
ｅ２Ｘ＋ ”ＸＶは歪みを表す。
式（１）から明らかなように、Ｘ軸方向に電界を印加す
ると、Ｘ軸、ｙ軸方向に伸び、あるいは縮みの歪みを起
こし、更に、ｙ軸に垂直な面の２軸方向にもせん断歪み
を起こす。
ると、Ｘ軸、ｙ軸方向に伸び、あるいは縮みの歪みを起
こし、更に、ｙ軸に垂直な面の２軸方向にもせん断歪み
を起こす。
一方、ｙ軸方向の電界は、ｚ軸に垂直な面のＸ軸方向の
せん断歪みとＸ軸に垂直な面のｙ軸方向のせん断歪みを
引き起こす。又、ｚ軸方向の電界は何の歪みも引き起こ
さない。本発明はこれらの関係を応用して、新形状でか
つ電極配置された水晶アクチュエーターを提案するもの
である。特に、伸縮の歪みはＸ軸方向の電界により、せ
ん断歪みはｙ軸方向の電界により駆動するものである。
せん断歪みとＸ軸に垂直な面のｙ軸方向のせん断歪みを
引き起こす。又、ｚ軸方向の電界は何の歪みも引き起こ
さない。本発明はこれらの関係を応用して、新形状でか
つ電極配置された水晶アクチュエーターを提案するもの
である。特に、伸縮の歪みはＸ軸方向の電界により、せ
ん断歪みはｙ軸方向の電界により駆動するものである。
このように、本発明は水晶の圧電性より、電界と歪みの
関係を応用する事により、ｘ、ｙ、ｚ軸の３方向に歪む
（変位する）駆動電極と新形状の水晶アクチュエーター
を提案することにより、変位に対して高精度に制御でき
るＳＴＭ用アクチエエータ−を得ることができる。
関係を応用する事により、ｘ、ｙ、ｚ軸の３方向に歪む
（変位する）駆動電極と新形状の水晶アクチュエーター
を提案することにより、変位に対して高精度に制御でき
るＳＴＭ用アクチエエータ−を得ることができる。
次に、本発明にて得られた結果を具体的に述べる。第２
図は本発明の水晶アクチュエーターの形状とｔｉ配装の
一実施例で、第２図（ａ）は外観図、第２図（ｂｌは平
面図である。第２図１ａｌに於いて、水晶ブロックｌに
は溝２が設けられていて、各面には駆動電極３．４．５
が配置されている。但し、対向電極は図示されてない。
図は本発明の水晶アクチュエーターの形状とｔｉ配装の
一実施例で、第２図（ａ）は外観図、第２図（ｂｌは平
面図である。第２図１ａｌに於いて、水晶ブロックｌに
は溝２が設けられていて、各面には駆動電極３．４．５
が配置されている。但し、対向電極は図示されてない。
この駆動電極に電圧を印加することによって各方向に変
位させることができる。更に、トンネル電流を検出する
針は駆動電極５の上に絶縁して針取り材部６に配置され
る。第２図（ｂｌは第２図１ａｌを２軸方向から投影し
たときの平面図である。ここでは、電界によってＸ。
位させることができる。更に、トンネル電流を検出する
針は駆動電極５の上に絶縁して針取り材部６に配置され
る。第２図（ｂｌは第２図１ａｌを２軸方向から投影し
たときの平面図である。ここでは、電界によってＸ。
ｙ、ｚ軸の３方向に変位することを述べる。駆動電極３
と３′に電圧を印加すると伸びの変位が、即ち、矢印Ａ
で示すごとくｙ軸方向に伸びる。次に、電極４と４′に
電圧を印加すると伸びの変位をするが、平面の半分に駆
動電極が設けられているので、曲げのモードとなり、結
果的に、記号Ｂで示すように２軸方向に変位する。更に
、電極５と５′に電圧を印加するとセん断力により、矢
印Ｃで示すごとくＸ軸方向に変位する。このように駆動
電極を配置し、電圧を印加することにより、針取り材部
７の針はｘ、ｙ、ｚ軸方向に変位する。
と３′に電圧を印加すると伸びの変位が、即ち、矢印Ａ
で示すごとくｙ軸方向に伸びる。次に、電極４と４′に
電圧を印加すると伸びの変位をするが、平面の半分に駆
動電極が設けられているので、曲げのモードとなり、結
果的に、記号Ｂで示すように２軸方向に変位する。更に
、電極５と５′に電圧を印加するとセん断力により、矢
印Ｃで示すごとくＸ軸方向に変位する。このように駆動
電極を配置し、電圧を印加することにより、針取り材部
７の針はｘ、ｙ、ｚ軸方向に変位する。
実際には、各電極に印加される電圧値を調整することに
より、３軸方向の変位量を調整することができ、高精度
な変位制御をすることができる。
より、３軸方向の変位量を調整することができ、高精度
な変位制御をすることができる。
以上述べたように、本発明は、新形状の水晶アクチュエ
ーターを提案することにより、次の著しい効果を有する
。
ーターを提案することにより、次の著しい効果を有する
。
■ 材料に水晶を使用するので、極低温でも圧電性を存
し、ＳＴＭ用アクチュエーターとしてトンネル電流が得
られ、原子の姿を見ることができる。
し、ＳＴＭ用アクチュエーターとしてトンネル電流が得
られ、原子の姿を見ることができる。
■ ｘ、ｙ、ｚ軸方向に変位させる駆動電極は独立して
配置されているので、電圧調整により、微小、且つ、高
精度の変位制御ができる。
配置されているので、電圧調整により、微小、且つ、高
精度の変位制御ができる。
■ 複数のアームの機械的組立てでないので、信転性に
優れている。
優れている。
■ 水晶の弾性定数が大きいので、高い共振周波数のア
クチュエーターが得られ、高速走査が可能である。
クチュエーターが得られ、高速走査が可能である。
第１図は本発明の水晶アクチエエータ−の原理を説明す
るための座標系と水晶ブロックを示す。 第２図（ａｌは本発明の水晶アクチュエーターの形状と
駆動電極配置の外観図である。 第２図山）は第２図（ａ）の水晶アクチュエーターの２
軸方向から投影した平面図である。 ｌ・・・水晶ブロック ２・・・溝 ３、 ３’、 ４． ４’、 ５． ５’ ・・・
駆動電極６・・・針取り件部 Ｘ・・・電気軸 ｙ・・・機械軸 ２・・・光軸 以上 出願人 セイコー電子部品株式会社 代理人 セイコー電子工業株式会社
るための座標系と水晶ブロックを示す。 第２図（ａｌは本発明の水晶アクチュエーターの形状と
駆動電極配置の外観図である。 第２図山）は第２図（ａ）の水晶アクチュエーターの２
軸方向から投影した平面図である。 ｌ・・・水晶ブロック ２・・・溝 ３、 ３’、 ４． ４’、 ５． ５’ ・・・
駆動電極６・・・針取り件部 Ｘ・・・電気軸 ｙ・・・機械軸 ２・・・光軸 以上 出願人 セイコー電子部品株式会社 代理人 セイコー電子工業株式会社
Claims (1)
- 水晶の電気軸，機械軸，光軸をｘ軸，ｙ軸，ｚ軸とす
るとき、ｘ軸と垂直な面に２対、ｙ軸と垂直な面に１対
の駆動電極が設けられ、更に、ｚ軸と平行に溝が設けら
れている事を特徴とする圧電アクチュエーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63040148A JPH01214279A (ja) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | 圧電アクチュエーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63040148A JPH01214279A (ja) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | 圧電アクチュエーター |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01214279A true JPH01214279A (ja) | 1989-08-28 |
Family
ID=12572686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63040148A Pending JPH01214279A (ja) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | 圧電アクチュエーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01214279A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020165700A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-08 | セイコーエプソン株式会社 | 周波数シフター型光変調器及びレーザードップラー計測装置 |
| US11899405B2 (en) | 2019-06-18 | 2024-02-13 | Seiko Epson Corporation | Electronic watch, motor control circuit, and method for controlling electronic watch |
-
1988
- 1988-02-23 JP JP63040148A patent/JPH01214279A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020165700A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-08 | セイコーエプソン株式会社 | 周波数シフター型光変調器及びレーザードップラー計測装置 |
| US11609331B2 (en) | 2019-03-28 | 2023-03-21 | Seiko Epson Corporation | Frequency shift light modulator and laser doppler measuring device |
| US11899405B2 (en) | 2019-06-18 | 2024-02-13 | Seiko Epson Corporation | Electronic watch, motor control circuit, and method for controlling electronic watch |
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