JPH01298777A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

圧電アクチュエータ

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Publication number
JPH01298777A
JPH01298777A JP63129332A JP12933288A JPH01298777A JP H01298777 A JPH01298777 A JP H01298777A JP 63129332 A JP63129332 A JP 63129332A JP 12933288 A JP12933288 A JP 12933288A JP H01298777 A JPH01298777 A JP H01298777A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffraction grating
piezoelectric
displacement
piezoelectric element
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP63129332A
Other languages
English (en)
Inventor
Eriko Tanaka
江里子 田中
Yasushi Miyata
裕史 宮田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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  • 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。

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 (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  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。
JP63129332A 1988-05-26 1988-05-26 圧電アクチュエータ Pending JPH01298777A (ja)

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ID=15006985

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0449876A (ja) * 1990-06-19 1992-02-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角度調節装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62155532A (ja) * 1985-12-27 1987-07-10 Nec Corp 半導体ウエ−ハの位置合せマ−クの形成方法
JPS6364580A (ja) * 1986-09-02 1988-03-23 Hitachi Constr Mach Co Ltd 圧電アクチユエ−タ

Patent Citations (2)

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