JPH0139120Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、微小な回転変位を必要とする精密機
械に適用して好適な圧電型微小回転装置に関す
る。

従来、この種の回転装置は、電流によつて発生
する磁界の交互作用によるモータが用いられ、微
小回転変位を得るには多数の歯車等を用いること
により減速せしめている。駆動源にモータを用い
ることは、ジユール熱・ヒステリシス損・うず電
流損を必然的に伴い、また多数の歯車を用いるこ
とは機械的なエネルギの損失を生ずる欠点があ
る。

本考案はかかる点に鑑み、上記の如き各種損失
を軽減することができ、かつ回転減速装置を不要
とするためこれに伴う機械的エネルギ損失を軽減
することができる積層圧電変位素子を用いた圧電
型微小回転装置を提案することを主たる目的とす
る。

以下本考案の一実施例について図面を参照しな
がら詳細に説明する。

まず第１図乃至第３図を参照して本考案の構成
要素たるねじり型積層変位素子について説明す
る。第１図はこの積層変位素子の各圧電変位素子
の一例を示す斜視図である。１は円板状の圧電変
位素子を示し、これは複数等分された扇形状の圧
電セラミツクス素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの各
端面を接着し、その上下面に電極２ａ，２ｂを形
成したものである。そして各扇形圧電セラミツク
ス素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは各々接線方向に
分極したものを用い、接着することにより各分極
軸３が閉ループを描くように組立てる。従つて、
円板状変位素子１の合成分極軸は、第１図に示す
如く、反時計方向（図中矢印４）となる。

第２図は、複数の円板状圧電変位素子１を積層
してねじり型変位素子を構成した一例を示す斜視
図である。圧電変位素子１の積層に際し相隣れる
圧電変位素子１の合成分極軸によるループが交互
に反対になるように電極２ａ，２ｂ同士を接着
し、積層体の両端に任意の材質からなる作用軸６
を接着する。そして各円板状変位素子１の電極か
ら突出形成したリード線７を奇数番目毎及び偶数
番目毎に夫々まとめて各リード端子８に接続する
ようにする。

第３図は、第２図例の積層圧電変位素子１０を
駆動するため、リード端子８，８に直流電圧を印
加した場合のねじれ度の説明に供する斜視図であ
る。１１は直流電源を示す。電圧印加を行うこと
により、各素子１は同一の方向に両端面間で角度
dφねじれ変位を生ずるため、積層変位素子１０
全体としてのねじれ角は積層数ｎ倍増大される。
従つて、積層圧電変位素子１０の両端におけるね
じれ角変位量Δφは、Δφ＝ndφとなり、積層によ
り低電圧で大きなねじり変位を得ることができ
る。また逆方向に電圧を印加することにより、両
端の作用軸６間におけるねじれは逆方向となり、
−Δφだけねじりを生ずることになる。

本考案の他の構成要素たる直線型の積層変位素
子１２は、第４図に示す如く、厚み方向に分極し
たセラミツクス素子を分極軸が互いに反対方向に
なるように積層し、各接着部の電極からリード線
１３を取出し、第２図例と同様に結線を施したも
のである。この直線型変位素子１２においても、
ねじり型変位素子１０と同様に、積層効果により
比較的低電圧で大きな軸方向の伸縮変位を得るこ
とができる。尚、１４は作用軸を示す。

第５図は、ねじり型変位素子１０と直線型変位
素子１２との変位動作を組合せることにより微小
回転を得るようにした一例を示す斜視図である。
ねじり型変位素子１０の両端に設けた作用軸６に
は、コ字状の支持枠１５Ａ，１５Ｂ及び直線型変
位素子１２Ａ，１２Ｂに挾持された構造となつて
いる。直線型変位素子１２に電圧が印加されてい
ない場合は、作用軸１４はねじり型変位素子１０
の作用軸６に接触しておらず、従つてねじり型変
位素子１０はこの位置で自由に回転が可能となる
が、直線型変位素子１２に電圧が印加された場合
は分極軸方向に変位することになるが、実際には
支持枠１５の存在により、大きな圧力でねじり型
変位素子１０の作用軸６を押圧することになり、
この位置での回転を不能にすることができる。

次に微小回転を得る動作について第６図Ａ乃至
Ｄを参照しながら説明する。まず同図Ａに示す如
く、ねじり型変位素子１０の側の作用軸６を直
線型変位素子１２Ａに電圧を印加することにより
固定化すると共に、ねじり型変位素子１０の側
の作用軸６を回転自在とし、ねじり型変位素子１
０に正方向の電圧を印加することにより、ねじれ
が発生し、結局、側の作用軸６は図中矢印方向
にΔφ微小回転することになる。

次に同図Ｂに示す如く、ねじり型変位素子１０
の側の作用軸６を直線型変位素子１２Ｂに電圧
を印加することにより固定化すると共に、側の
作用軸６を回転自在とし、ねじり型変位素子１０
に印加してた電圧を解除することにより、発生し
ていたひずみが元の状態に復帰し、結局、図中矢
印方向に側の作用軸６が微小回転することにな
る。

次に同図Ｃに示す如く、同図Ｂに示す状態にお
いてねじり型変位素子１０に逆方向の電圧を印加
することにより、逆方向のねじり変位が発生し、
結局、図中矢印方向に側の作用軸６が微小回転
することになる。

次に同図Ｄに示す如く、ねじり型変位素子１０
の側の作用軸６を固定化すると共に、側の作
用軸６を回転自在とし、ねじり型変位素子１０に
印加していた電圧を解除することにより、発生し
ていたひずみが元の状態に復帰し、側の作用軸
６が微小回転することになる。

従つて、上記４段階の繰返し制御を行うことに
より、ねじり型変位素子１０は１サイクルにつき
2Δφの微小回転されることになる。尚、逆方向へ
の回転を得るには、ねじり型変位素子１０に加え
る電圧の方向の順序を逆に行うことにより可能で
ある。

以上述べた如く本考案によれば、断面円形とし
た弧の接線方向に分極した圧電素子を複数積層し
たねじり型積層変位素子と、該ねじり型積層変位
素子の両端に延長した作用軸に接触する第１及び
第２の直線変位型積層変位素子とより構成され、
第１及び第２の直線変位型積層変位素子の一方が
作用軸を固持するとき他方が作用軸を解除するこ
とによりねじり型積層変位素子に微小回転変位を
得るように構成したので、 る機械摩擦損失の極めて少ない微小回転装置の
提供が可能となる。しかも圧電素子のみによつて
実現可能であるため、簡易な構成となり、工数低
減となる。更に、従来のように各種の損失がなく
なるので、エネルギ利用効率が高く、省エネルギ
形の微小回転装置を提供し得る。

従つて、本考案は光学機器の焦点調整制御又は
半導体素子製造装置への応用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図はねじり型変位素子の構成要素たる円板
状変位素子の一例を示す斜視図、第２図はねじり
型変位素子の一例を示す斜視図、第３図は第２図
例の動作の説明に供する図、第４図は直線型変位
素子の一例を示す斜視図、第５図は本考案の一例
を示す斜視図、第６図Ａ乃至Ｄは本案装置の動作
の説明に供する略線図である。 １……円板状圧電変位素子、１０……ねじり型
積層変位素子、１２……直線型積層変位素子。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 断面円形とした弧の接線方向に分極した圧電素
   子を複数積層したねじり型積層変位素子と、該ね
   じり型積層変位素子の両端に延長した作用軸に接
   触する第１及び第２の直線変位型積層変位素子と
   より構成され、 第１及び第２の直線変位型積層変位素子の一方
   が作用軸を固持するとき他方が作用軸を解除する
   ことによりねじり型積層変位素子に微小回転変位
   を得るようにしたことを特徴とする圧電型微小回
   転装置。