JPH0724951Y2 - 駆動装置 - Google Patents
駆動装置Info
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- JPH0724951Y2 JPH0724951Y2 JP1989037212U JP3721289U JPH0724951Y2 JP H0724951 Y2 JPH0724951 Y2 JP H0724951Y2 JP 1989037212 U JP1989037212 U JP 1989037212U JP 3721289 U JP3721289 U JP 3721289U JP H0724951 Y2 JPH0724951 Y2 JP H0724951Y2
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- Japan
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- electrodes
- piezoelectric
- plates
- pzt
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- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 32
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
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Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、それぞれ電極で挟むようにして多数の圧電
性部材を積層すると共に、電極間電圧を変化させたとき
の圧電性部材の歪を合成した伸縮動作により被駆動体を
駆動する駆動装置に関するものである。
性部材を積層すると共に、電極間電圧を変化させたとき
の圧電性部材の歪を合成した伸縮動作により被駆動体を
駆動する駆動装置に関するものである。
近年、走査型トンネル顕微鏡（STM）が固体表面の実空
間の形態を原子のスケールの分解能で観察できる装置と
して注目されている。この走査型トンネル顕微鏡は、1n
m以下になるまで金属の針を固体表面に近付け、針と固
体表面の間に数Ｖ以下の電圧をかけると、その間の真空
障壁を通して数nAのトンネル電流が流れる。このトンネ
ル電流は電圧の極性に応じて、試料の価電子帯に比例し
たり、試料の伝導帯の空準位の状態密度に比例したりす
る。従って、トンネル電圧をVr、トンネル電流をIrと
し、dIr／dVrをVrの関数として測定すると試料のバンド
構造の状態密度の情報が得られる。
間の形態を原子のスケールの分解能で観察できる装置と
して注目されている。この走査型トンネル顕微鏡は、1n
m以下になるまで金属の針を固体表面に近付け、針と固
体表面の間に数Ｖ以下の電圧をかけると、その間の真空
障壁を通して数nAのトンネル電流が流れる。このトンネ
ル電流は電圧の極性に応じて、試料の価電子帯に比例し
たり、試料の伝導帯の空準位の状態密度に比例したりす
る。従って、トンネル電圧をVr、トンネル電流をIrと
し、dIr／dVrをVrの関数として測定すると試料のバンド
構造の状態密度の情報が得られる。
この装置は針に対して試料を広い範囲に移動できる粗動
機構と、針を三次元に走査できる微動機構とを備えてい
る。このうち、粗動機構としてはPZT（チタン酸ジルコ
ン酸鉛）やPLZT（チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛）な
ど圧電性の板を伸縮させて二次元歩行させる機構が、微
動機構としては圧電性の板をXYZ方向に直交させた「ト
ライポッド」と呼ばれる機構がそれぞれ用いられる。
機構と、針を三次元に走査できる微動機構とを備えてい
る。このうち、粗動機構としてはPZT（チタン酸ジルコ
ン酸鉛）やPLZT（チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛）な
ど圧電性の板を伸縮させて二次元歩行させる機構が、微
動機構としては圧電性の板をXYZ方向に直交させた「ト
ライポッド」と呼ばれる機構がそれぞれ用いられる。
ところで、圧電性板の両面に電極を設けてこれに電圧を
印加する構成の圧電素子１個の歪は僅かであるため、必
要とする変位量を得るには、複数の圧電素子を積層する
必要がある。本明細書ではこの積層体を圧電アクチュエ
ータと呼び、これに電圧を印加する電源を含めたものを
駆動装置と呼ぶ。
印加する構成の圧電素子１個の歪は僅かであるため、必
要とする変位量を得るには、複数の圧電素子を積層する
必要がある。本明細書ではこの積層体を圧電アクチュエ
ータと呼び、これに電圧を印加する電源を含めたものを
駆動装置と呼ぶ。
第５図は粗動機構および微動機構のいずれにも用いるこ
とのできる従来の駆動装置の概略構成図である。ここ
で、圧電性部材としての多数のPZT板11〜1nがそれぞれ
電極21〜２（ｎ＋１）で挟まれるような形で積層される
と共に、一つおきの電極21,23…2nが電源としての高電
圧アンプ41の負（−）端子に共通接続され、電極22,24
…2nが高電圧アンプ41の正（＋）端子に共通接続されて
いる。
とのできる従来の駆動装置の概略構成図である。ここ
で、圧電性部材としての多数のPZT板11〜1nがそれぞれ
電極21〜２（ｎ＋１）で挟まれるような形で積層される
と共に、一つおきの電極21,23…2nが電源としての高電
圧アンプ41の負（−）端子に共通接続され、電極22,24
…2nが高電圧アンプ41の正（＋）端子に共通接続されて
いる。
そして、高電圧アンプ41に変位指令DPを入力すれば、こ
の変位指令DPに比例した電圧が出力され、PZT板11を挟
む電極11,12間、PZT板12を挟む電極12,13間、…、PZT板
1nを挟む電極2n,2（ｎ＋１）間にそれぞれ印加される。
の変位指令DPに比例した電圧が出力され、PZT板11を挟
む電極11,12間、PZT板12を挟む電極12,13間、…、PZT板
1nを挟む電極2n,2（ｎ＋１）間にそれぞれ印加される。
この場合、PZT板に歪量（伸び量）はこれを挟む電極間
電圧に比例し、PZT板11〜1nに歪量を合成したものが圧
電アクチュエータの変位となるため、予め定めた変位指
令DPを高電圧アンプ41に入力して必要な変位量を得る。
電圧に比例し、PZT板11〜1nに歪量を合成したものが圧
電アクチュエータの変位となるため、予め定めた変位指
令DPを高電圧アンプ41に入力して必要な変位量を得る。
一般に、アンプの出力には白色雑音に起因するノイズが
含まれる。このノイズレベルは、出力電圧が大きければ
その影響を無視し得るが、アンプの出力電圧レベルが小
さくなるほど相対的に大きくなりその影響を無視するこ
とができなくなる。そこで、上記高電圧アンプとして
は、出力ノイズの現れ難いものを用いている。
含まれる。このノイズレベルは、出力電圧が大きければ
その影響を無視し得るが、アンプの出力電圧レベルが小
さくなるほど相対的に大きくなりその影響を無視するこ
とができなくなる。そこで、上記高電圧アンプとして
は、出力ノイズの現れ難いものを用いている。
しかしながら、上記従来の駆動装置にあっては、PZT板
を挾む電極間にそれぞれ高電圧アンプの出力電圧が印加
される構成になっているため、ノイズに伴う歪分がPZT
板の数だけ合成されることとなり、この駆動装置を採用
した走査型トンネル顕微鏡ではその分だけ位置決め精度
が下がると同時に、分解能も低下するという問題点があ
った。
を挾む電極間にそれぞれ高電圧アンプの出力電圧が印加
される構成になっているため、ノイズに伴う歪分がPZT
板の数だけ合成されることとなり、この駆動装置を採用
した走査型トンネル顕微鏡ではその分だけ位置決め精度
が下がると同時に、分解能も低下するという問題点があ
った。
この考案は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、白色雑音に起因する圧電アクチュエータの変位量を
格段に小さく抑え得、これによって、被駆動体の位置決
め精度を大幅に向上させることのできる駆動装置を得る
ことを目的とする。
で、白色雑音に起因する圧電アクチュエータの変位量を
格段に小さく抑え得、これによって、被駆動体の位置決
め精度を大幅に向上させることのできる駆動装置を得る
ことを目的とする。
この考案は、圧電性部材を挾む電極間に電圧を印加する
ために１個または全積層数を等分した複数の圧電性部材
毎にそれぞれ異なる電源を用いるようにしたものであ
る。
ために１個または全積層数を等分した複数の圧電性部材
毎にそれぞれ異なる電源を用いるようにしたものであ
る。
この場合、圧電性部材からそれぞれリード線を導出する
ことから、圧電性部材として平面形状が相互に異なる板
を隣り合わせにして積層すると好都合である。
ことから、圧電性部材として平面形状が相互に異なる板
を隣り合わせにして積層すると好都合である。
具体的には、平面形状が相似の板を、大きさの順に積層
してもよく、あるいは、平面形状が同一の板を、平面の
一部が露呈するように積層してもよい。
してもよく、あるいは、平面形状が同一の板を、平面の
一部が露呈するように積層してもよい。
この考案においては、１個または全積層数を等分した複
数の圧電性部材毎に異なる電源を用いているため、白色
雑音に伴う電源の出力ノイズが避けられなかったとして
も、各電源のノイズは時間的にも周波数的にもランダム
にしか発生しないので、このノイズに伴う合成歪量は低
く抑えられ、これによって、被駆動体の位置決め精度を
向上させることができる。
数の圧電性部材毎に異なる電源を用いているため、白色
雑音に伴う電源の出力ノイズが避けられなかったとして
も、各電源のノイズは時間的にも周波数的にもランダム
にしか発生しないので、このノイズに伴う合成歪量は低
く抑えられ、これによって、被駆動体の位置決め精度を
向上させることができる。
ここで、圧電性部材として平面形状が相互に異なる板を
隣り合わせにして積層すれば、リード線の導出が容易に
なる。
隣り合わせにして積層すれば、リード線の導出が容易に
なる。
さらに、圧電性部材として平面形状が相似の板を、大き
さの順に積層すればアクチュエータ形状の単純化が図ら
れ、平面形状が同一の板を、平面の一部が露呈するよう
に積層すれば圧電性部材の標準化が図られる。
さの順に積層すればアクチュエータ形状の単純化が図ら
れ、平面形状が同一の板を、平面の一部が露呈するよう
に積層すれば圧電性部材の標準化が図られる。
第１図はこの考案の一実施例の概略構成図である。同図
において、PZT板11には電極21,22が装着され、PZT板12
には電極23,24が装着されてそれぞれ圧電素子を形成し
ている。同様にして、PZT板13には電極24,25が装着さ
れ、PZT板14には電極26,27が装着されてそれぞれ圧電素
子を形成している。これらの圧電素子は絶縁板31〜33を
介して順に積層され、これによって圧電アクチュエータ
が構成される。この圧電アクチュエータを駆動するため
に４個の高電圧アンプ41〜44が設けられている。これら
の高電圧アンプ41〜44の入力端は共通接続される一方、
高電圧アンプ41の出力端は電極21,22間に、高電圧アン
プ42の出力端は電極23,24間にそれぞれ接続され、さら
に、高電圧アンプ43の出力端は電極25,26間に、高電圧
アンプ44の出力端は電極27,28間にそれぞれ接続されて
いる。
において、PZT板11には電極21,22が装着され、PZT板12
には電極23,24が装着されてそれぞれ圧電素子を形成し
ている。同様にして、PZT板13には電極24,25が装着さ
れ、PZT板14には電極26,27が装着されてそれぞれ圧電素
子を形成している。これらの圧電素子は絶縁板31〜33を
介して順に積層され、これによって圧電アクチュエータ
が構成される。この圧電アクチュエータを駆動するため
に４個の高電圧アンプ41〜44が設けられている。これら
の高電圧アンプ41〜44の入力端は共通接続される一方、
高電圧アンプ41の出力端は電極21,22間に、高電圧アン
プ42の出力端は電極23,24間にそれぞれ接続され、さら
に、高電圧アンプ43の出力端は電極25,26間に、高電圧
アンプ44の出力端は電極27,28間にそれぞれ接続されて
いる。
かかる構成により、変位指令DPを高電圧アンプ41〜44に
入力すれば、この変位指令DPに比例した電圧が各PZT板1
1〜14を挾む電極間に印加されると共に、この電圧に比
例した量だけPZT板11〜14が歪み、しかも、これらの歪
量が合成されて所要の変位を起こすことができる。
入力すれば、この変位指令DPに比例した電圧が各PZT板1
1〜14を挾む電極間に印加されると共に、この電圧に比
例した量だけPZT板11〜14が歪み、しかも、これらの歪
量が合成されて所要の変位を起こすことができる。
この場合、高電圧アンプ41〜44の白色雑音に起因する歪
分も合成されるが、この白色雑音は高電圧アンプ41〜44
毎にランダムに発生するので、その合成歪量は単一の高
電圧アンプを用いる場合に比して格段に小さくなる。こ
こで、高電圧アンプの数をＮ、雑音に起因する各PZT板
の合成歪量をVNとした場合、 の関係がある。因みに、Ｎ＝４とすれば VN＝0.5となり、単一の高電圧アンプを用いた場合の合
成歪量（＝１）に対して1/2となる。
分も合成されるが、この白色雑音は高電圧アンプ41〜44
毎にランダムに発生するので、その合成歪量は単一の高
電圧アンプを用いる場合に比して格段に小さくなる。こ
こで、高電圧アンプの数をＮ、雑音に起因する各PZT板
の合成歪量をVNとした場合、 の関係がある。因みに、Ｎ＝４とすれば VN＝0.5となり、単一の高電圧アンプを用いた場合の合
成歪量（＝１）に対して1/2となる。
ところで、PZT板11〜1nに対応して高電圧アンプ41〜4n
を設けた場合、電極21〜28からそれぞれリード線を導出
することになるが、この実施例においては平面形状が同
一のPZT板を積層しているためリード線の導出に工夫を
要する。
を設けた場合、電極21〜28からそれぞれリード線を導出
することになるが、この実施例においては平面形状が同
一のPZT板を積層しているためリード線の導出に工夫を
要する。
第２図はこのことを考慮した他の実施例の概略構成図で
ある。同図において、直径が順次小さくなるPZT円板51
〜56を、それぞれ電極21〜27で挾むようにしてその軸芯
を揃えて積層する一方、負（−）端子が接地された高電
圧アンプ41,42,43の正（＋）端子を電極22,24,26にそれ
ぞれ接続すると共に、電極21,23,25,27を接地してい
る。かかる構成によれば、高電圧アンプ41によりPZT円
板51,52が、高電圧アンプ42によりPZT円板53,54が、高
電圧アンプ43によりPZT円板55,56がそれぞれ駆動され
る。この場合、高電圧アンプ41の雑音による歪分と、高
電圧アンプ42の雑音による歪分と、高電圧アンプ43によ
る歪分がそれぞれ２倍になるけれども、高電圧アンプ41
〜43の各ノイズはランダムに発生するので、単一の高電
圧アンプのみで駆動する従来の駆動装置に比べて雑音が
起因する合成歪量を格段に小さくすることができる。一
方、この実施例によれば、直径が順次小さくなったPZT
円板を用いているため、これを積層した周囲に電極面が
露呈することになり、これによってリード線に接続が極
めて容易化され、しかも、全体形状の単純化が図られ
る。
ある。同図において、直径が順次小さくなるPZT円板51
〜56を、それぞれ電極21〜27で挾むようにしてその軸芯
を揃えて積層する一方、負（−）端子が接地された高電
圧アンプ41,42,43の正（＋）端子を電極22,24,26にそれ
ぞれ接続すると共に、電極21,23,25,27を接地してい
る。かかる構成によれば、高電圧アンプ41によりPZT円
板51,52が、高電圧アンプ42によりPZT円板53,54が、高
電圧アンプ43によりPZT円板55,56がそれぞれ駆動され
る。この場合、高電圧アンプ41の雑音による歪分と、高
電圧アンプ42の雑音による歪分と、高電圧アンプ43によ
る歪分がそれぞれ２倍になるけれども、高電圧アンプ41
〜43の各ノイズはランダムに発生するので、単一の高電
圧アンプのみで駆動する従来の駆動装置に比べて雑音が
起因する合成歪量を格段に小さくすることができる。一
方、この実施例によれば、直径が順次小さくなったPZT
円板を用いているため、これを積層した周囲に電極面が
露呈することになり、これによってリード線に接続が極
めて容易化され、しかも、全体形状の単純化が図られ
る。
第３図および第４図は本考案のさらに他の実施例の構成
を、圧電アクチュエータのみで示した斜視図ある。この
うち、第３図は長さが異なる２種類のPZT角板61,62を積
層することにより、長さの大きい角板の電極面を露呈せ
しめ、ここからリード線を導出している。また、第４図
は円の一部を切り欠いた同一形状のPZT板71を、角度を
変えて積層することによりリード線の導出を容易にして
いる。このように、積層するPZT板の形状を１種類また
は２種類にすることにより部品の標準化も達成される。
を、圧電アクチュエータのみで示した斜視図ある。この
うち、第３図は長さが異なる２種類のPZT角板61,62を積
層することにより、長さの大きい角板の電極面を露呈せ
しめ、ここからリード線を導出している。また、第４図
は円の一部を切り欠いた同一形状のPZT板71を、角度を
変えて積層することによりリード線の導出を容易にして
いる。このように、積層するPZT板の形状を１種類また
は２種類にすることにより部品の標準化も達成される。
なお、上記実施例では圧電部材としてPZT板を用いた
が、この代わりにPLZT板を含めた他の部材を用いても上
述したと同様な動作を行なわせることができる。
が、この代わりにPLZT板を含めた他の部材を用いても上
述したと同様な動作を行なわせることができる。
以上の説明によって明らかなようにこの考案によれば、
１個または全積層数を等分した複数の圧電性部材毎に異
なる電源を用いているため、電源のノイズに伴う合成歪
量が低く抑えられ、これによって、被駆動体の位置決め
精度を向上させることができる。
１個または全積層数を等分した複数の圧電性部材毎に異
なる電源を用いているため、電源のノイズに伴う合成歪
量が低く抑えられ、これによって、被駆動体の位置決め
精度を向上させることができる。
また、圧電性部材として平面形状が相互に異なる板を隣
り合わせにして積層すれば、リード線の導出が容易とな
り、平面形状が相似の板を大きさの順に積層すればアク
チュエータ形状の単純化が図られ、さらに、平面形状が
同一の板を平面の一部が露呈するように積層すれば圧電
性部材の標準化が図られる。
り合わせにして積層すれば、リード線の導出が容易とな
り、平面形状が相似の板を大きさの順に積層すればアク
チュエータ形状の単純化が図られ、さらに、平面形状が
同一の板を平面の一部が露呈するように積層すれば圧電
性部材の標準化が図られる。
第１図はこの考案の一実施例の概略構成図、第２図は他
の実施例の概略構成図、第３図および第４図はさらに他
の実施例の主要素の斜視図、第５図は従来の駆動装置の
概略構成図である。 11〜1n,71…PZT板、21〜２（ｎ＋１）…電極、41〜44…
高電圧アンプ、51〜56…PZT円板、61,62…PZT角板、81
…リード線。
の実施例の概略構成図、第３図および第４図はさらに他
の実施例の主要素の斜視図、第５図は従来の駆動装置の
概略構成図である。 11〜1n,71…PZT板、21〜２（ｎ＋１）…電極、41〜44…
高電圧アンプ、51〜56…PZT円板、61,62…PZT角板、81
…リード線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 宮尾 正大 静岡県浜松市城北３丁目５番１号 静岡大 学電子工学研究所内 (72)考案者 村上 健司 静岡県浜松市城北３丁目５番１号 静岡大 学電子工学研究所内 (72)考案者 鈴木 徹也 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)考案者 西野 直也 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)考案者 福岡 修一 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−153405（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−250002（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−207054（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】それぞれ電極で挟むようにして多数の圧電
性部材を積層すると共に、前記電極間電圧を変化させた
ときの前記圧電性部材の歪を合成した伸縮動作により被
駆動体を駆動する駆動装置において、前記電極間に電圧
を印加するために１個または全積層数を等分した複数の
前記圧電性部材毎にそれぞれ異なる電源を用いたことを
特徴とする駆動装置。 - 【請求項２】前記圧電性部材として平面形状が相互に異
なる板を隣り合わせにして積層したことを特徴とする請
求項１記載の駆動装置。 - 【請求項３】前記圧電性部材として平面形状が相似の板
を、大きさの順に積層したことを特徴とする請求項１記
載の駆動装置。 - 【請求項４】前記圧電性部材として平面形状が同一の板
を、平面の一部が露呈するように積層したことを特徴と
する請求項１記載の駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1989037212U JPH0724951Y2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1989037212U JPH0724951Y2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02129192U JPH02129192U (ja) | 1990-10-24 |
| JPH0724951Y2 true JPH0724951Y2 (ja) | 1995-06-05 |
Family
ID=31544120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1989037212U Expired - Lifetime JPH0724951Y2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0724951Y2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11191980A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Asmo Co Ltd | 超音波モータの駆動回路 |
| JPH11191982A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Asmo Co Ltd | 超音波モータの駆動回路 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63153405A (ja) * | 1986-07-14 | 1988-06-25 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型トンネル顕微鏡 |
-
1989
- 1989-03-30 JP JP1989037212U patent/JPH0724951Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11191980A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Asmo Co Ltd | 超音波モータの駆動回路 |
| JPH11191982A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Asmo Co Ltd | 超音波モータの駆動回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02129192U (ja) | 1990-10-24 |
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