JPH06338640A

JPH06338640A - 圧電アクチュエータ、並びに当該圧電アクチュエータを用いたマニピュレータ、光走査装置、光センサ装置、流量制御器、ステージ装置、焦点調整機構及び光学装置

Info

Publication number: JPH06338640A
Application number: JP5151282A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ikeda; 正哲池田; Masahiro Yoneda; 匡宏米田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】歪み変換素子に発生する内部応力を緩和させ
ることにより圧電アクチュエータの縦方向変位量をより
一層拡大させる。【構成】積層型圧電素子１の両主面に正四角錘台状を
した歪み変換素子１１を接合し、歪み変換素子１１と積
層型圧電素子１の主面との間に空洞１４を形成する。歪
み変換素子１１は積層型圧電素子１と同一平面形状を持
ち、全体にわたって均一な板厚を有しており、中央部に
は平らな平坦部１３が形成されている。圧電アクチュエ
ータＡにより駆動される被駆動物体６は、歪み変換素子
１１の平坦部１３に接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチュエータ、
並びに当該圧電アクチュエータを用いたマニピュレー
タ、光走査装置、光センサ装置、流量制御器、ステージ
装置、焦点調整機構及び光学装置に関する。具体的にい
うと、本発明は、積層型の圧電素子を用い、その出力変
位を変位拡大機構によって拡大して出力させるようにし
た圧電アクチュエータに関する。さらに、その圧電アク
チュエータを利用したマニピュレータ等の応用機器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】１９９１年秋季第５２回応用物理学会学
術講演会講演予稿集１２ａ−ＲＧ−１には、圧電素子に
変位拡大機構を備えた圧電アクチュエータが開示されて
いる。この圧電アクチュエータＡの斜視図及び断面図を
図１（ａ）（ｂ）に示す。この圧電アクチュエータＡ
は、積層型圧電素子１の両主面（電極を形成されている
面）に歪み変換素子２を接合させた構造となっている。
積層型圧電素子１は、電界を印加することによりｚ方向
（主面と垂直な方向；以下縦方向という）へ伸張歪み
（縦歪み）を生じると共にｘ方向及びｙ方向（主面と平
行な方向；以下横方向という）へ圧縮歪み（横歪み）を
生じる。歪み変換素子２は、弾性を有する薄板部分４の
外周に脚状の接合部３を設けることによってドーム状に
形成されており、外周の接合部３を積層型圧電素子１の
主面に接合され、積層型圧電素子１との間に空洞５を形
成されている。

【０００３】しかして、積層型圧電素子１に縦方向の電
界すなわち電圧を印加すると、積層型圧電素子１には縦
方向の伸張歪みεzと横方向の圧縮歪みεxとが生じる。
この横歪みεxは積層型圧電素子１のポアソン比μで決
まるもので、積層型圧電素子１のポアソン比をμとすれ
ば、 εx＝μ×εz で表わされる。

【０００４】積層型圧電素子１の厚みをＷとすれば、積
層型圧電素子１の縦歪みεzによって積層型圧電素子１
はＷ×εzだけ伸び、圧電アクチュエータＡは伸び量Ｓ１＝Ｗ×εz だけ縦方向に変位する。

【０００５】一方、積層型圧電素子１の幅をＬとする
と、積層型圧電素子１の駆動時における横方向の縮み量
Ｓ２は、Ｓ２＝Ｌ×εx となるが、この横方向の縮み量Ｓ２は歪み変換素子２に
よって圧電アクチュエータＡの縦方向変位Ｓ３に変換さ
れる。つまり、積層型圧電素子１の横方向の縮みによっ
て歪み変換素子２の薄板部分４が撓むことにより歪み変
換素子２の薄板部分４の中央部が縦方向へＳ３だけ変位
する。しかも、歪み変換素子２は、横歪みεxを縦方向
変位に変換するだけでなく、変位量の増幅作用も有して
おり、縦方向変位量Ｓ３は横方向の縮み量Ｓ２の５〜１
０倍以上に増幅されると考えられている。

【０００６】この結果、圧電アクチュエータＡは、積層
型圧電素子１の縦歪みεzによって生じる変位Ｓ１と両
歪み変換素子２によって横歪みεxから変換された縦方
向変位Ｓ３との和（Ｓ１＋２×Ｓ３）だけ縦方向に伸び
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな変位拡大機構を備えた圧電アクチュエータＡにあっ
ては、歪み変換素子２そのものに発生する応力歪みのた
め歪み変換素子２そのものが十分に変形せず、期待され
るほどには大きな縦方向変位量Ｓ３を得ることができな
かった。

【０００８】そこで、この原因を検討した結果、歪み変
換素子２の肉厚が均一でないため、歪み変換素子２の圧
縮歪みａによって図２に示すように歪み変換素子２の厚
肉の接合部３と薄板部分４との境界付近に内部応力ｂが
発生し、この内部応力ｂによって歪み変換素子２の薄板
部分４が縦方向に伸びようとする力が阻害され、この結
果、薄板部分４の中央部付近の伸び率が抑制され、圧電
アクチュエータＡの縦方向変位量Ｓ３を十分に拡大させ
ることができないことが明らかになった。

【０００９】また、この圧電アクチュエータによって被
駆動物体６を駆動する場合には、図３に示すように、歪
み変換素子２の全面に被駆動物体６を接合していたの
で、歪み変換素子２の外周面部（接合部３の外面）と被
駆動物体６との接合によって歪み変換素子２の薄板部分
４の変形が阻害され、十分な縦方向変位量Ｓ３を得るこ
とができなかった。

【００１０】この後者の原因については、図４に示すよ
うに歪み変換素子２の外面を曲面とし、歪み変換素子２
と被駆動物体６との接合面積を制限することにより解決
することを考えた。しかしながら、このような参考のた
めに試作した圧電アクチュエータＢでは、歪み変換素子
２の中央部に接合しにくく、歪み変換素子２と被駆動物
体６との接合位置を一定に決めにくく、図５に示すよう
に被駆動物体６が不安定になるという欠点があった。さ
らに、製作工程が複雑になるうえ、圧電アクチュエータ
Ｂとしての変位量を確実に被駆動物体６へ伝達できない
ことがあきらかとなった。

【００１１】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、歪み変換素
子に発生する内部応力を緩和させることにより圧電アク
チュエータの縦方向変位量をより一層拡大させることに
ある。さらに、圧電アクチュエータの変位を被駆動物体
に確実に伝達させることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電アクチュエ
ータは、圧電素子に歪み変換素子を接合し、歪み変換素
子によって圧電素子の横歪み成分を縦方向変位に変換さ
せるようにした圧電アクチュエータであって、前記歪み
変換素子を圧電素子の主面との間に空洞が形成されるよ
うな形状に形成すると共に、前記歪み変換素子の板厚を
均一にしたことを特徴としている。

【００１３】前記圧電アクチュエータにおいては、圧電
素子の主面の形状と、歪み変換素子の平面形状とを等し
くしてもよい。

【００１４】また、前記歪み変換素子の外周部分には、
切欠部を設けてもよい。この場合には、前記歪み変換素
子の外周各辺の中央部近傍に前記切欠部を半円状に形成
し、この切欠部を前記辺の長さの１／４以下の半径を有
する半円状にするとよい。

【００１５】また、前記歪み変換素子の中心部に平坦部
を設けてもよい。この場合には、前記平坦部の外寸法を
前記歪み変換素子の外寸法の１／１０以上１／５以下と
するのが好ましい。

【００１６】さらに、前記圧電素子としては積層型圧電
素子を用いることができ、圧電素子の厚みは１〜５mmの
ものが好ましく、前記歪み変換素子は圧電素子の両主面
に接合することができる。

【００１７】さらに、前記圧電素子及び前記歪み変換素
子に光ビームを通過させるための孔を開口してもよい。

【００１８】また、上記圧電素子は、マニピュレータ、
光走査装置、光センサ装置、流量制御器、ステージ装
置、焦点調整機構及び光学装置のための駆動源として用
いることができる。

【００１９】

【作用】本発明にあっては、歪み変換素子の板厚を均一
にしているので、圧電素子の横歪みに対して歪み変換素
子で発生する内部応力を小さくでき、圧電アクチュエー
タの変位量を大きくすることができる。また、歪み変換
素子をプレス等の簡単な加工方法によって作製すること
ができるので、加工コストを低減することができる。

【００２０】また、歪み変換素子の外周部分に切欠部を
設ければ、圧電素子の横歪みに対して歪み変換素子に発
生する内部応力を逃がすことができるので、歪み変換素
子の縦方向変位量をより大きくすることができる。

【００２１】また、歪み変換素子の中心部に平坦部を設
け、この平坦部に被駆動物体を接合させるようにするこ
とにより、被駆動物体を歪み変換素子の中心部に確実に
位置決めして接合することができ、しかも、被駆動物体
を安定に歪み変換素子に接合させることができる。従っ
て、圧電アクチュエータの変位量を確実に被駆動物体へ
伝達させることができるようになる。

【００２２】また、圧電素子及び歪み変換素子に光ビー
ムを通過させるための孔を開口してあると、圧電アクチ
ュエータにレンズのような光学素子を取り付けることが
でき、圧電アクチュエータによって光学素子の焦点調整
などを行なわせることができる。

【００２３】

【実施例】図６（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例による
圧電アクチュエータＣを示す斜視図及び断面図である。
この圧電アクチュエータＣにあっては、厚みがＷ＝１〜
５mmの積層型圧電素子１の両主面にそれぞれ正四角錘台
状をした歪み変換素子１１を配し、歪み変換素子１１の
外周部分に設けられた接合部１２を積層型圧電素子１の
主面外周部に接合（例えば、接着）させてある。この歪
み変換素子１１は積層型圧電素子１と同一平面形状を持
ち、全体にわたって均一な板厚を有しており、中央部に
は平らな平坦部１３が形成され、歪み変換素子１１の内
面と積層型圧電素子１の主面との間に正四角錘台状の空
洞１４が形成されている。この平坦部１３の一辺の長さ
は、歪み変換素子１１の一辺の長さの１／１０〜１／５
倍としている。この歪み変換素子１１は、例えば金属板
のプレス加工、あるいはプラスチック材料の成形加工に
よって容易に製作することができる。

【００２４】しかして、積層型圧電素子１に電圧を印加
すると、図７に示すように、積層型圧電素子１が縦方向
（ｚ方向）に伸張すると共に積層型圧電素子１の横方向
（ｘ方向）の圧縮歪みεxが歪み変換素子１１によって
縦方向変位Ｓ３に変換され、圧電アクチュエータＣから
は大きな縦方向変位量Ｓ３が出力される。従来の圧電ア
クチュエータＡでは、図２で説明したように、積層型圧
電素子１の圧縮歪みεxに対し、歪み変換素子１１自身
の厚みが内部応力となってしまい、圧縮歪みεxを効率
良く縦方向変位に変換できなかったが、本発明の圧電ア
クチュエータＣでは、歪み変換素子１１の板厚を均一に
して変位変換の妨げとなる部分を除去しているため、効
率良く積層型圧電素子１の圧縮歪みεxを縦方向変位に
変換でき、従来例の圧電アクチュエータＡよりも大きな
縦方向変位量Ｓ３を出力できる。

【００２５】試作した結果によれば、本発明の圧電アク
チュエータＣでは、従来の圧電アクチュエータＡと比較
して３倍以上の縦方向変位量Ｓ３を出力できるようにな
った。また、従来の圧電アクチュエータＡと同一の縦方
向変位を出力させる場合には、積層型圧電素子１に印加
する駆動電圧を低くすることができ、例えば５ボルトの
駆動電源でも十分な縦方向変位を得ることができる。こ
の結果、圧電アクチュエータＣの応用範囲が広がること
が期待できる。

【００２６】図８（ａ）（ｂ）に示すものは本発明の別
な実施例による圧電アクチュエータＤを示す斜視図及び
断面図である。この実施例にあっては、積層型圧電素子
１の主面に接合された正四角錘台状の歪み変換素子１１
の外周部４辺において、各辺の中央部にそれぞれ切欠部
１５を設けたものである。この切欠部１５は略半円状を
しており、歪み変換素子１１の接合部１２から傾斜面部
１６にかけて切り欠かれており、各切欠部１５の半径は
歪み変換素子１１の一辺の長さの１／４以下としてい
る。

【００２７】従来例の圧電アクチュエータＡでは、図９
に示すように、歪み変換素子２の接合部３が積層型圧電
素子１の横方向圧縮歪みに対して移動できないため、十
分に圧縮歪みεxを歪み変換素子２へ伝達させることが
できなかった。これに対し、この実施例では、歪み変換
素子１１の接合部１２近傍に半円状の切欠部１５を設け
たので、接合部１２が自由に変形できるようになり、積
層型圧電素子１の圧縮歪みεxに対する接合部１２の内
部応力を吸収でき、歪み変換素子１１の側面及び中心部
への影響を除去できる。したがって、圧縮歪みεxを縦
方向変位に効率良く変換し、図６の圧電アクチュエータ
Ｃよりも一層大きな縦方向変位量Ｓ３を出力することが
できる。

【００２８】また、本発明の圧電アクチュエータＣ，Ｄ
にあっては、歪み変換素子１１の中心部に平坦部１３を
設けているので、図１０に示すように平坦部１３に被駆
動物体６を接合させることにより、最も大きな縦方向変
位を得られる歪み変換素子１１の中心部に被駆動物体６
を簡単かつ確実に接合させることができる。したがっ
て、組立て精度を向上させることができ、被駆動物体６
を積層型圧電素子１の主面と平行に安定して配置させる
ことができる。

【００２９】図１１は本発明のさらに別な実施例による
圧電アクチュエータＥを示す斜視図及び断面図である。
この圧電アクチュエータＥは、円柱形の積層型圧電素子
１の両主面に円錐台状の歪み変換素子１１を置き、周縁
の接合部１２を積層型圧電素子１に接合させたものであ
る。この歪み変換素子１１の中心部に設けられている円
形の平坦部１３の直径は、歪み変換素子１１の外径の１
／１０〜１／５倍としている。また、この歪み変換素子
１１の外周部には、内部応力を緩和させるための４つの
切欠部１５を設けている。

【００３０】なお、上記各実施例においては、圧電アク
チュエータの形状の数例を説明したが、歪み変換素子１
１全体の形状や平坦部１３の形状、切欠部１５の形状等
は、上記形状に限定されるものでなく、使用する積層型
圧電素子１の形状、圧電アクチュエータの使用形態、被
駆動物体６の形状などに応じて種々の構成が可能であ
る。また、積層型圧電素子１の両主面にそれぞれ歪み変
換素子１１を接合した圧電アクチュエータを説明した
が、積層型圧電素子１の一方主面にのみ歪み変換素子１
１を接合した圧電アクチュエータであっても良いのはも
ちろんである。

【００３１】上記圧電アクチュエータは種々の機器の駆
動源として用いることができる。例えば、図１２に示す
ものは光走査装置に用いた場合を示している。この光走
査装置Ｆは、プレート状をした振動子２１と本発明によ
る圧電アクチュエータ２２とから構成されている。振動
子２１は、光ビームｒを反射させるミラー部２３と振動
入力部２４とをバー状の弾性変形部２５によって結合し
たものであって、圧電アクチュエータ２２は振動入力部
２４に接合され、ミラー部２３の片袖部にはウエイト部
２６が設けられている。弾性変形部２５は、ねじり変形
モード及び曲げ変形モードの２つの弾性共振振動モード
を有し、圧電アクチュエータ２２を両共振振動モードの
共振周波数で振動させると、弾性変形部２５がねじり変
形モード及び曲げ変形モードで共振振動し、ミラー部２
３が２方向に回動する。したがって、ミラー部２３で反
射された光ビームｒを２次元状に走査することができ
る。このような光走査装置Ｆに本発明の圧電アクチュエ
ータ２２を用いれば、駆動部を小型化でき、また、駆動
電源の低電圧化を図ることができる。

【００３２】図１３に示すものは上記光走査装置を用い
た光センサ装置の一例を示すブロック図である。この光
センサ装置Ｇは、上記のような本発明の光走査装置３
１、半導体レーザ素子等の発光素子３２とレンズのよう
な光学素子３３からなる光源、フォトダイオード等の受
光素子３４、発光素子３２を駆動して光ビームｒを出射
させる駆動回路３５、光走査装置３１を駆動するための
駆動回路３６、受光素子３４からの受光信号を電気的に
処理する信号処理回路３７、および駆動回路３５と信号
処理回路３７を制御する制御部３８から構成されてい
る。この光センサ装置Ｇにあっては、発光素子３２から
出射された光ビームｒは光走査装置３１により検知領域
に向けて反射されると共に検知領域内で２次元状の走査
パターンに沿って走査される。このとき検知領域内に物
体３９が存在すると、物体３９で反射した光ビームｒが
受光素子３４で検知される。そして、光ビームｒを受光
した受光素子３４から出力される受光信号を信号処理回
路３７で信号処理及び信号解析することにより検知領域
内に物体３３が存在するか否か、さらに物体３３の形状
等が検出される。

【００３３】図１４は本発明による圧電アクチュエータ
Ｈを用いた焦点調整機構Ｊを示す分解斜視図である。こ
の圧電アクチュエータＨは、積層型圧電素子１の一方の
主面に角錐台状、円錐台状、角錐状、円錐状などの形状
をした均一な板厚の歪み変換素子１１を配設し、外周の
接合部１２を積層型圧電素子１の主面外周部に接合させ
たものであり、積層型圧電素子１の中央部には光ビーム
ｒを通過させるための貫通孔４１が開口されており、歪
み変換素子１１の中央部にも貫通孔４１と位置を合わせ
て光ビームｒを通過させるための貫通孔４２が開口され
ている。また、焦点調整機構Ｊは、この圧電アクチュエ
ータＨの歪み変換素子１１の中央部に開口された貫通孔
４２に集光用のレンズ４３を取り付けたものである。し
かして、積層型圧電素子１の歪み変換素子１１を取り付
けた主面と反対側の主面を固定しておき、圧電アクチュ
エータＨの貫通孔４１，４２を通して光ビームｒを投射
させると、光ビームｒはレンズ４３によって一定の焦点
位置に集光させられる。また、圧電アクチュエータＨを
変位させてレンズ４３の位置を光軸方向に移動させる
と、光ビームｒの焦点位置が変化する。このような焦点
調整機構Ｊに本発明の圧電アクチュエータＨを用いる
と、焦点調整機構Ｊを超小型化することができると共
に、レンズ４３の調整範囲を大きくすることができる。

【００３４】図１５は上記焦点調整機構Ｊを用いたコン
パクトディスクや光磁気ディスク等の光ヘッド部Ｋを示
す斜視図である。この光ヘッド部Ｋは上記焦点距離調整
機構Ｊの貫通孔４１，４２に対向させて半導体レーザ素
子のような光源４４を固定したものである。しかして、
光源４４から出射された光ビームｒはディスク４５の表
面に形成されているビット列４６に焦点が合うよう焦点
調整機構Ｊによって常に調整されている。このような光
ヘッド部Ｋに本発明の焦点調整機構Ｊを用いると、駆動
部を小型化及び低電圧化することができると共に、焦点
調整速度も高速化することができる。

【００３５】図１６は本発明によるステージ装置Ｍを示
す概略平面図である。このステージ装置Ｍは、Ｕ字形を
したフレーム４７内にステージ４８が配設されており、
ステージ４８はバネ４９の弾性を介してフレーム４７に
移動可能に支持されている。ステージ４８の端面とフレ
ーム４７の内面との間には本発明の圧電アクチュエータ
５０が挿入されており、圧電アクチュエータ５０の平坦
部１３がステージ４８端面とフレーム４７内面とにそれ
ぞれ接合または接触させられている。しかして、圧電ア
クチュエータ５０を伸張させるとステージ４８がｐ方向
に押し動かされ、圧電アクチュエータ５０を収縮させる
とバネ４９によってステージ４８はｑ方向へ押し戻され
る。このように本発明の圧電アクチュエータ５０を用い
てステージ装置Ｍを製作すれば、小型のステージ装置Ｍ
を製作することが可能になり、低電圧化も図れる。しか
も、圧電アクチュエータ５０の変位量を大きくできるの
で、ステージ４８の長ストローク化が可能になると共に
ステージ４８を精密に移動させることができる。なお、
図１６のステージ装置Ｍは１方向に移動するものである
が、圧電アクチュエータ５０を２個用いることによりＸ
−Ｙステージとすることもできる。

【００３６】図１７は本発明によるマニピュレータＮを
示す概略図である。このマニピュレータＮにあっては、
一対の爪５１の基端部を軸５２によって回動自在に軸支
してあり、爪５１の基端間に本発明の圧電アクチュエー
タ５０を挟み込んである。従って、圧電アクチュエータ
５０を伸張させて爪５１の基端間を押し広げると爪５１
の先端部が閉じ、その間に微小物体を把持できる。ま
た、爪５１を開くためには、爪５１の基端部を圧電アク
チュエータ５０の平坦部１３に接合しておき、圧電アク
チュエータ５０の収縮に伴って爪５１の先端部が開くよ
うにしても良いし、バネ等を用いて爪５１が開くように
弾性的に付勢しておいても良い。本発明の圧電アクチュ
エータ５０を用いてこのようなマニピュレータＮを作製
すれば、微小物体を把持できる小型のマニピュレータＮ
を作製することができ、また、低電圧化も可能になる。
しかも、圧電アクチュエータ５０のより大きな変位量を
得ることができるので、広い範囲にわたって精密な動作
が可能になる。

【００３７】図１８は本発明による流体制御器Ｒを示す
断面図である。この流量制御器Ｒにあっては、流体流路
５３に設けられたバルブ５４を動かすことにより、流体
流量を調整できるようになっている。また、このバルブ
５４はダイアフラム室５５に配設されたダイアフラム５
６を上下させることにより動かすことができる。ダイア
フラム室５５内のダイアフラム５６上面側（ノズル側）
には一定流量のエア等のガス５７が送り込まれており、
同時にダイアフラム室５５内に送り込まれたガス５７は
ノズル５８から外部へ排出されている。このノズル５８
に対向させて配置された圧電アクチュエータ５０は固定
部５９に固定されており、圧電アクチュエータ５０の変
位側の歪み変換素子１１に取り付けられたノズル蓋６０
はノズル５８の先端と近接している。従って、圧電アク
チュエータ５０を変位させ、ノズル蓋６０とノズル５８
先端との距離を変えることによりノズル５８の開口度を
変化させることができる。これによってノズル５８から
排出されるガス５７の排出速度を制御し、ダイアフラム
室５５内の圧力を調整することができる。例えば、ノズ
ル蓋６０をノズル５８に接近させてガス５７の排出速度
を小さくすると、ダイアフラム室５５内の圧力が高くな
るので、ダイアフラム５６が押されてバルブ５４を下降
させ、流体流量を増加させる。また、ノズル蓋６０をノ
ズル５８から遠ざけてガス５７の排出速度を大きくする
と、ダイアフラム室５５内の圧力が低下するので、ダイ
アフラム５６が復帰してバルブ５４を上昇させ、流体流
量を減少させる。従って、圧電アクチュエータ５０の変
位量の関数として流量流量を制御することができる。こ
のような流体制御器Ｒにおいて、本発明の変位量の大き
な圧電アクチュエータ５０を用いれば、流体流量の制御
範囲を大きくできると共に低電圧化が図れる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、歪み変換素子の板厚を
均一にしているので、圧電素子の横歪みに対して歪み変
換素子で発生する内部応力を小さくでき、圧電アクチュ
エータの変位量を大きくすることができる。従って、低
電圧でより大きな変位量を出力させることが可能にな
る。

【００３９】また、歪み変換素子の板厚を均一にしたこ
とにより、歪み変換素子をプレス等の簡単な加工方法に
よって作製することができるので、加工コストを低減す
ることができる。

【００４０】また、歪み変換素子の外周部分に切欠部を
設ければ、圧電素子の横歪みに対して歪み変換素子に発
生する内部応力を逃がすことができるので、歪み変換素
子の縦方向変位量をより大きくすることができる。

【００４１】また、歪み変換素子の中心部に平坦部を設
け、この平坦部に被駆動物体を接合させるようにするこ
とにより、被駆動物体を歪み変換素子の中心部に確実に
位置決めして接合することができ、しかも、被駆動物体
を安定に歪み変換素子に接合させることができる。従っ
て、圧電アクチュエータの変位量を確実に被駆動物体へ
伝達させることができるようになる。また、平坦部を設
けているので、被駆動物体との組立性が向上し、組立コ
ストも低減できる。

【００４２】また、圧電素子及び歪み変換素子に光ビー
ムを通過させるための孔を開口してあると、圧電アクチ
ュエータにレンズのような光学素子を取り付けることが
でき、圧電アクチュエータによって光学素子や光学装置
の焦点調整などを行なわせることができる。

【００４３】また、本発明の圧電アクチュエータは、マ
ニピュレータ、光走査装置、光センサ装置、流量制御
器、ステージ装置、焦点調整機構、光ヘッド部等の駆動
源として用いることができ、これらの機器の小型化、低
電圧化、精密化などを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は従来例の圧電アクチュエータを
示す斜視図及び断面図である。

【図２】同上の圧電アクチュエータの変位出力時の挙動
を示す説明図である。

【図３】被駆動物体を取り付けられた同上の圧電アクチ
ュエータを示す断面図である。

【図４】被駆動物体を取り付けられた参考例の圧電アク
チュエータを示す断面図である。

【図５】同上の参考例の問題点を説明する説明図であ
る。

【図６】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例による圧電ア
クチュエータを示す斜視図及び断面図である。

【図７】同上の実施例の変位出力時の挙動を示す説明図
である。

【図８】（ａ）（ｂ）は本発明の別な実施例による圧電
アクチュエータを示す斜視図及び断面図である。

【図９】従来例の圧電アクチュエータの欠点を説明する
ための説明図である。

【図１０】本発明の圧電アクチュエータの効果を説明す
るための図である。

【図１１】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施例に
よる圧電アクチュエータを示す斜視図及び断面図であ
る。

【図１２】本発明による圧電アクチュエータを用いた光
走査装置を示す斜視図である。

【図１３】同上の光走査装置を用いた光センサ装置を示
すブロック図である。

【図１４】本発明による圧電アクチュエータを用いた焦
点調整機構を示す分解斜視図である。

【図１５】同上の焦点調整機構を用いた光ヘッド部を示
す斜視図である。

【図１６】本発明による圧電アクチュエータを用いたス
テージ装置を示す平面図である。

【図１７】本発明による圧電アクチュエータを用いたマ
ニピュレータを示す概略正面図である。

【図１８】本発明による圧電アクチュエータを用いた流
体制御器を示す断面図である。

【符号の説明】

１積層型圧電素子１１歪み変換素子１２接合部１３平坦部１４空洞１５切欠部４１，４２貫通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子に歪み変換素子を接合し、歪み
変換素子によって圧電素子の横歪み成分を縦方向変位に
変換させるようにした圧電アクチュエータであって、前記歪み変換素子を圧電素子の主面との間に空洞が形成
されるような形状に形成すると共に、前記歪み変換素子
の板厚を均一にしたことを特徴とする圧電アクチュエー
タ。
【請求項２】前記圧電素子の主面の形状と、前記歪み
変換素子の平面形状とが等しくなっていることを特徴と
する請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】前記歪み変換素子の外周部分に切欠部を
設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュ
エータ。
【請求項４】前記歪み変換素子の外周各辺の中央部近
傍に前記切欠部を半円状に形成し、この切欠部を前記辺
の長さの１／４以下の半径を有する半円状としたことを
特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】前記歪み変換素子の中心部に平坦部を設
けたことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の
圧電アクチュエータ。
【請求項６】前記平坦部の外寸法が前記歪み変換素子
の外寸法の１／１０以上１／５以下であることを特徴と
する請求項５に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】前記圧電素子が積層型圧電素子であるこ
とを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載
の圧電アクチュエータ。
【請求項８】前記圧電素子の厚みが１〜５mmであるこ
とを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７に
記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】前記歪み変換素子が前記圧電素子の両主
面に接合されていることを特徴とする請求項１，２，
３，４，５，６，７又は８に記載の圧電アクチュエー
タ。
【請求項１０】前記圧電素子及び前記歪み変換素子に光
ビームを通過させるための孔を開口したことを特徴とす
る請求項１，２，３，４，５，６，７，８又は９に記載
の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】物体をつかむための把持手段の駆動源
として、請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９又
は１０に記載の圧電アクチュエータを用いたことを特徴
とするマニピュレータ。
【請求項１２】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９又は１０に記載の圧電アクチュエータをミラー部
の駆動源として用いたことを特徴とする光走査装置。
【請求項１３】請求項１２に記載の光走査装置、光
源、光強度を検知する受光素子及び受光素子で検知した
電気信号を処理する信号処理回路から構成され、前記光
源から出射された光ビームを前記光走査装置により走査
し、物体からの反射光を検知して物体の有無や形状など
の情報を検知することを特徴とする光センサ装置。
【請求項１４】流体の流量を微小にコントロールする
ための弁の駆動源として、請求項１，２，３，４，５，
６，７，８，９又は１０に記載の圧電アクチュエータを
用いたことを特徴とする流量制御器。
【請求項１５】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９又は１０に記載の圧電アクチュエータを駆動源と
して用いたことを特徴とするステージ装置。
【請求項１６】請求項１０に記載の圧電アクチュエー
タが備える前記歪み変換素子の孔にレンズを装着し、圧
電アクチュエータによってレンズを光軸方向に移動させ
るようにした焦点調整機構。
【請求項１７】バーコードリーダや光ピックアップ等
の光学装置であって、請求項１６に記載の焦点調整機構
を備えたことを特徴とする光学装置。