JPH01298777A

JPH01298777A - 圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH01298777A
Application number: JP63129332A
Authority: JP
Inventors: Eriko Tanaka; 江里子田中; Yasushi Miyata; 裕史宮田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1989-12-01

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。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は圧電（電歪）材料を用いた微小変位素子に関し
、ヒステリシスの影響を除去した圧電アクチュエータに
関する。

〈従来の技術〉圧電（電歪）材料に電界を印加すると逆圧電効果により
歪みが生じる。この逆圧電効果を利用した圧電素子とし
て、従来第５図に断面図で示すものが知られている。第
５図において、１は矩形状の圧電部材２を積層して形成
した圧電素子である。

圧電部材２はセラミックの仮焼粉末に適量のバインダー
、可塑剤９分散剤を添加し溶剤中で混合し。

厚さ０．５ｍｍ程度の厚膜状とした後乾燥し、積層して
加圧焼成したもので、この圧電部材２の片面または両面
には塗布などにより内部電極３が形成されている。５は
相対する面から交互に内部電極３を絶縁して配置された
絶縁体であり、この絶縁体５を含んで積層体の側面に外
部電極４を形成し、この外部電極４に電圧を印加するこ
とにより圧電部材２のそれぞれに電圧を印加している。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところで、この様な圧電素子における印加電圧と変位と
の簡係は第６図のようなものとなる。即ち、電圧を上昇
させる方向（線分イで示す）で５０■の電圧を印加した
場合は４μｍ強の変位を示し、１ｏｏｖの電圧を印加し
た場合は８μｍ程度変位するが、ここで注目すべきはし
ステリシスが発生ずることであり１例えば、印加した電
圧を降下させる方向（線分口で示す）の場合は５０Ｖの
電圧印加による変位は５．５μｍ程度となっており、０
．５μｍ程度のヒステリシスが発生している。このよう
なヒスプリシスがあると正確な変位の制御が出来ないと
いう問題かある。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて成されたもので
、前記従来の圧電素子に回折格子を設けておき圧電素子
の変位に応じて移動する回折光の位置を検出し、この位
置に応じて圧電素子に印加する電圧を制御することによ
り正確な変位制御を行うことを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉上記問題点を解決するための本発明の構成は。

変位方向に垂直に回折格子が形成された圧電素子と、前
記圧電素子に駆動電圧を印加する電圧印加装置と、前記
回折格子に光を照射するレーザと。

前記回折格子からの回折光の強度と位置を検出するＣＣ
Ｄ素子と、前記ＣＣＤ素子からの信号に基づいて前記圧
電素子に印加する駆動電圧を制御する制御装置を具備し
たことを特徴とするするものである。

〈実施例〉第１図は本発明の圧電アクチュエータの一実施例を示す
構成図である１図において１は圧電素子であり、この圧
電素子の外面にはその変位方向に対して直角に微細な回
折格子１０が形成されている。１１はレーザでこのレー
ザからの出射光は圧電素子に形成された回折格子１０に
所定の角度がら照射される。１２は回折格子で回折しな
レーザ光を受光するＣ　ＣＤ　＄子である。１３は制御
装置であり、ＣＣＤ素子１２からの信号に基づいて電圧
印加装置１４を介して圧電素子１に印加する駆動電圧を
制御する。

ここで１本発明で用いる回折格子の寸法について検討す
る。

第２図は、レーザ１１から出射した光■が圧電素子１の
回折格子１０を照射している状態を示す拡大図である０
図において、ａは回折格子の凸部の長さであり、ｄは凸
部を含めた１サイクルの長さである。いま、波長λの平
行な光■が角度θｔの方向から圧電素子の回折格子で反
射して角度θえ＋θの方向■へ反射したものとする。

第３図はこのレーザからの光が回折格子の平面部で反射
している様子を拡大して示すものであ゛る。

レーザ光は一定の厚みを有しているものであり。

０　（０，Ｏ）の位置での反射光とＰ（ｘ、Ｏ）での反
射光の光路差ΔＬ　（ＯＲ−ＰＱ）と位相差Δφ（（２
π／λ）ΔＬ、　）は次式により表わすことか出来る。

△Ｌ　・　χＡ乙５　（９１＋θンーλＡシシ≦−７θ
ｌ゛・χ）、＄≦、θ、゛（人θ−＋）十〇（θｉ−ａ
≦〜θＬ”（１）をｋとすれば Δφミにχ　　　　　　　　　　　・・・（２）となる
。

回折格子の反射面がＮ個あるとすると波の重ね合せによ
りθｌ＋θ方向への反射光の強度は波の振幅幅の２乗に
比例することが知られており、その強度は次式により表
わすことが出来る。

第４図は入射光■に対するＯ次反射光■と一次反射光■
の関係を示すものである０図に示すようにＯ次回折光に
垂直でＣＣＤ素子からの距離Ｒのにおける平面上での０
次回折光と一次回折光との距離をξとするととなる。

アクチュエータがδ変位すると。

ａ＝ａｏ（１−δ）、ａ＝＝ａ、（１−δ）と変化し。

−次回折光がｆｉ−１，＋Δにと変化し。

ξ＝ξＱ＋Δξと変化したとするとｆｉ　ｄ／２−πであるからＡ＝２π／ｄ　　　　　　　　　・・・（５）となり。

Δ　　＃＝４−１ｏ＝ｔ２　　π　／　ｄ　０）　・（
δ　／　１−　δン・・・　（６）となる、ここで、δ
（１と仮定して１−δへ１と近似すると（６）式から δ”’（ｄ　ｏ　／　２π）・（Δｋ）　　　　　　・
・・（７）と近似することが出来る。また、（２）式と
（４）式からを得ることが出来、Δξ三ξ−ξ０（ξ。

と仮定してＲ２＋ξ２　七Ｒ２＋ξ。２と近似すると。

と近似出来る。この式を（７）式に代入すると微小な変
位に対して δセ（ｄｏ／λ）・（Δξ／Ｆπτコーｒ「丁）・・・
（９）を得ることが出来、この結果アクチュエータの変
位する部分の長さを！とすると、その変位はΔ！＝δｌ
〜（ｄ０／λ）・（（Δξ／Ｃ「ｒ−ｒこ「）ｌ）・・・Ｏωとなる。

ここで、Δξについて見ると１例えばθ１＝π／４．Ｒ
＝１ｍ、δ＝１０−２とすると、（５）式からここで、
８０〜０．５ｍとするとΔξ〜０．３・１０−３ｍとな
るので充分観察することが出来る。

また、この時のｄｏはレーザの波長をλ−０，６・１０
４とするとｄｏ〜２．５μｍとなり充分形成可能である
。

従って、この平面上でＣＣＤの受光素子で一次回折光の
移動距離を測定することにより、適当に設定したｄｏと
これによる一次回折光のでる距離ξ０．レーザ光の波長
λ、変位する部分の長さ２および００）式を用いて変位
量Δ２を求めることが出来る。

上記第１図に示す構成によれば、アクチュエータの動き
をＣＣＩ）素子で監視しておき、その変位に応じた電圧
を圧電アクチュエータに印加するため、ビステリシスの
影響を除去することが出来る。

〈発明の効果〉以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、変位に対応して印加電圧を制御するので、ヒス
テリシスやクリープの影響を受けない正確な変位制御を
行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧電アクチュエータの構成図。第２図〜第４図は回折格子を照射しな光の反射状態を示
す図、第５図は従来の圧電素子の構成を示す図、第６図
は従来の圧電素子における印加電圧と変位の関係を示す
図である。１・・・圧電アクチュエータ、１０・・・回折格子、１
１・・・レーザ、１２・・・ＣＣＤ、１３・・・演算装
置、１４・・・電圧印加装置。

Claims

【特許請求の範囲】

　変位方向に垂直に回折格子が形成された圧電（電歪）
素子と、前記圧電（電歪）素子に駆動電圧を印加する電
圧印加装置と、前記回折格子に光を照射するレーザと、
前記回折格子からの回折光の強度と位置を検出するＣＣ
Ｄ素子と、前記ＣＣＤ素子からの信号に基づいて前記圧
電素子に印加する駆動電圧を制御する制御装置を具備し
たことを特徴とする圧電アクチュエータ。