JPH0846261A - Multilayered piezoelectric actuator - Google Patents

Multilayered piezoelectric actuator

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Publication number
JPH0846261A
JPH0846261A JP6197211A JP19721194A JPH0846261A JP H0846261 A JPH0846261 A JP H0846261A JP 6197211 A JP6197211 A JP 6197211A JP 19721194 A JP19721194 A JP 19721194A JP H0846261 A JPH0846261 A JP H0846261A
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JP
Japan
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laminated
fine movement
fine
piezoelectric element
piezoelectric
Prior art date
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Pending
Application number
JP6197211A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinro Oda
真郎 織田
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
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Publication of JPH0846261A publication Critical patent/JPH0846261A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a multilayered piezoelectric actuator capable of highly precise positioning at a high speed. CONSTITUTION:When positioning is controlled at a position stretched by 10mum from a present position, a voltage is applied to a piezoelectric element 12 of a rough movement part 3, which is moved as far as a distance of 10+ or -0.1mum.. For the residual + or -0.1mum, a voltage is applied to a laminate 5 of a piezoelectric element 4 of a fine movement part 2, and position alignment is completed by movement of + or -0.005mum. By installing the fine movement part 2 and the rough movement part 3, high speed response and fine positioning are both satisfied.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は一枚以上の圧電素子を積
層した積層体により形成される粗動部と微動部とから構
成される積層型圧電アクチュエータに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated piezoelectric actuator composed of a coarse moving portion and a fine moving portion formed by a laminated body in which one or more piezoelectric elements are laminated.

【0002】[0002]

【従来の技術】高精度の位置決め用のアクチュエータと
して、従来からピエゾアクチュエータが用いられてい
る。ピエゾアクチュエータの有効ストロークは極めて小
さいので、分解能は必然的に低くなりフルストロークに
対する分解能は高々1〜0.1%程度である。このた
め、特開平5−160459号公報に開示されるよう
に、粗動用ピエゾアクチュエータと微動用ピエゾアクチ
ュエータとを、変位方向に直列に積層することで有効ス
トロークを延ばし、分解能を0.01%まで向上してい
る。
2. Description of the Related Art Piezo actuators have been conventionally used as high-precision positioning actuators. Since the effective stroke of the piezo actuator is extremely small, the resolution is inevitably low, and the resolution for a full stroke is about 1 to 0.1% at most. Therefore, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-160459, a coarse movement piezo actuator and a fine movement piezo actuator are stacked in series in the displacement direction to extend the effective stroke, and the resolution is up to 0.01%. Has improved.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記微
動用ピエゾアクチュエータは、積層枚数が少ないばかり
でなく静電容量も少ない。従って、この微動用ピエゾア
クチュエータを駆動するためには、極めて微小な電流を
制御する必要があり、駆動回路がコスト高となるという
問題点がある。本発明は上記問題点を解決するためにな
されたもので、圧電素子の積層枚数と板厚によって静電
容量が変化することに着目し、電流を多く流せる微動用
の圧電素子と、小さな電流で動作する高速用の圧電素子
とを用いて、高速かつ高精度で位置決めすることができ
る積層型圧電アクチュエータを提供することを目的とす
る。
However, the above-mentioned fine movement piezo actuator not only has a small number of laminated layers but also has a small capacitance. Therefore, in order to drive this piezo actuator for fine movement, it is necessary to control an extremely small current, and there is a problem that the cost of the drive circuit becomes high. The present invention has been made in order to solve the above problems, focusing on the fact that the capacitance changes depending on the number of laminated piezoelectric elements and the plate thickness, and a piezoelectric element for fine movement that allows a large current to flow, and a small current. An object of the present invention is to provide a laminated piezoelectric actuator that can be positioned at high speed and with high accuracy by using an operating high speed piezoelectric element.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1に記載の本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、一枚以上の圧電素子を積層した積層体により形成さ
れる粗動部と微動部とを、直列に配置した積層型圧電ア
クチュエータにおいて、前記微動部を構成する前記圧電
素子の板厚を、前記粗動部を形成する前記圧電素子の板
厚よりも薄くしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laminated piezoelectric actuator of the present invention according to claim 1 is a coarse movement part and a fine movement formed by a laminated body in which one or more piezoelectric elements are laminated. And a plate portion of the piezoelectric element forming the fine moving portion, the plate thickness of the piezoelectric element forming the fine moving portion is smaller than the plate thickness of the piezoelectric element forming the coarse moving portion. .

【0005】上記目的を達成するため請求項2に記載の
発明は、一枚以上の圧電素子を積層した積層体により形
成される粗動部と微動部とを、直列に配置した積層型圧
電アクチュエータにおいて、前記微動部を圧電素子の枚
数が2n(n=0,1,2・・・)からなる複数のユニ
ットから構成するとともに、各ユニット毎に圧電素子の
枚数を異ならせたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is a laminated piezoelectric actuator in which a coarse movement portion and a fine movement portion formed by a laminated body in which one or more piezoelectric elements are laminated are arranged in series. In the above, the fine movement part is composed of a plurality of units each having 2 n (n = 0, 1, ...) Number of piezoelectric elements, and the number of piezoelectric elements is different for each unit. And

【0006】上記目的を達成するため請求項3に記載の
発明は、上記請求項2記載の積層型圧電アクチュエータ
において、前記微動部を構成する各ユニットを個別に駆
動するようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is characterized in that, in the laminated piezoelectric actuator according to claim 2, each unit constituting the fine movement part is individually driven. To do.

【0007】上記目的を達成するため請求項4に記載の
発明は、一枚以上の圧電素子を積層した積層体により粗
動部と微動部とを形成し、該粗動部の積層方向の端部
と、前記微動部の積層方向と直交する側部とを当接した
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 forms a coarse moving portion and a fine moving portion by a laminated body in which one or more piezoelectric elements are laminated, and ends of the coarse moving portion in the laminating direction. The portion and the side portion orthogonal to the stacking direction of the fine movement portion are in contact with each other.

【0008】[0008]

【発明の作用及び効果】請求項1記載の積層型圧電アク
チュエータによれば、微動部を構成する圧電素子の板厚
を、粗動部を形成する圧電素子の板厚より薄くすること
により、微動部を構成する圧電素子一枚当たりの静電容
量が、粗動部を構成する圧電素子の静電容量よりも多く
なる。このため、電界強度を等しくした場合、微動部を
構成する圧電素子一枚当たりの歪は、粗動部を構成する
圧電素子一枚当たりの歪よりも小さくなるにもかかわら
ず、各圧電素子を流れる電流は等しくなる。従って、同
じ電流量を流すことにより、微動部では微小変位量の位
置決めを行い、粗動部では所定変位量の位置決めを高速
で行うことができるから、駆動回路の構成が簡単になる
とともに、電流制御も簡単に行うことができる。
According to the laminated piezoelectric actuator of the first aspect of the present invention, by making the plate thickness of the piezoelectric element forming the fine moving portion thinner than the plate thickness of the piezoelectric element forming the coarse moving portion, fine movement is achieved. The capacitance of each piezoelectric element forming the part is larger than the capacitance of the piezoelectric element forming the coarse movement part. Therefore, when the electric field strengths are made equal, the strain per piezoelectric element forming the fine moving part is smaller than the strain per piezoelectric element forming the coarse moving part, but The flowing current becomes equal. Therefore, by applying the same amount of current, it is possible to position a minute amount of displacement in the fine moving part and position a predetermined amount of displacement in the coarse moving part at high speed, which simplifies the configuration of the drive circuit and reduces the current. Control can be performed easily.

【0009】請求項2記載の積層型圧電アクチュエータ
によれば、微動部を圧電素子の枚数が2n(n=0,
1,2・・・)からなる複数のユニットから構成すると
ともに、各ユニット毎に圧電素子の枚数を異ならせてい
る。従って、微小変位量の位置決めを、変位量が段階的
に相違する各ユニットをオン・オフ制御するだけで行う
ことができる。
According to another aspect of the laminated piezoelectric actuator of the present invention, the number of piezoelectric elements is 2 n (n = 0,
1, 2, ...), and the number of piezoelectric elements is different for each unit. Therefore, the positioning of the minute displacement amount can be performed only by controlling the ON / OFF of each unit whose displacement amount is different stepwise.

【0010】請求項3記載の積層型圧電アクチュエータ
によれば、微動部を構成する各ユニットを個別に駆動す
るようにしたことにより、段階的に相違する各ユニット
の変位量を任意に組み合わせて、オン・オフ制御するこ
とにより微小変位量の位置決めの精度を高めることがで
きる。
According to the laminated piezoelectric actuator of the third aspect, each unit constituting the fine movement part is individually driven, so that the displacement amounts of the units which are different in stages are arbitrarily combined, By performing the on / off control, it is possible to improve the positioning accuracy of the minute displacement amount.

【0011】請求項4記載の積層型圧電アクチュエータ
によれば、粗動部の積層方向の端部と、前記微動部の積
層方向と直交する側部とが当接される。電圧の印加によ
り駆動される微動部は、ポアソン比により規定される変
位量、粗動部の変位方向に変位でき、微小変位量の位置
決めの精度をより高めることができる。
According to the laminated piezoelectric actuator of the fourth aspect, the end portion in the laminating direction of the coarse moving portion and the side portion of the fine moving portion orthogonal to the laminating direction are in contact with each other. The fine movement part driven by the application of the voltage can be displaced in the displacement amount defined by the Poisson's ratio and in the displacement direction of the coarse movement part, and the positioning accuracy of the minute displacement amount can be further improved.

【0012】[0012]

【実施例】【Example】

(第1実施例)本発明の第1実施例を図面に従い説明す
る。図1は本実施例に係る積層型圧電アクチュエータの
構造を示す分解斜視図である。両端に配置される絶縁ダ
ミー1a,1b間に微動部2と粗動部3とが絶縁ダミー
1cを挟んで直列に配置されている。絶縁ダミー1a,
1b,1cは、素子に印加される電圧が外部に漏れるの
を阻止する絶縁体であるとともに、外周部品と素子との
間に介装されて該素子を保護する。このため、絶縁ダミ
ー1a,1b,1cは、チタン酸ジルコン酸鉛(以下P
ZTという)やアルミナ等のセラミックスで形成され、
その両端面の面粗度及び平面度は、ともに高精度の仕上
げが施されている。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing the structure of the laminated piezoelectric actuator according to this embodiment. The fine moving part 2 and the coarse moving part 3 are arranged in series between the insulating dummies 1a and 1b arranged at both ends with the insulating dummy 1c interposed therebetween. Insulation dummy 1a,
1b and 1c are insulators that prevent the voltage applied to the element from leaking to the outside, and are also interposed between the peripheral component and the element to protect the element. For this reason, the insulation dummies 1a, 1b, 1c have lead zirconate titanate (hereinafter referred to as P
ZT) or ceramics such as alumina,
The surface roughness and the flatness of both end surfaces are both finished with high precision.

【0013】微動部2の構成を説明する。複数枚のPZ
T等の圧電素子4を積層した積層体5が構成され、該積
層体5の両面に銀ペースト等により電極6が形成されて
いる(図2参照)。圧電素子4間を電気的に並列に接続
するため、積層体5の側面に銀ペースト等により外部電
極7,7が径方向で対向して形成されている。絶縁ダミ
ー1aと積層体5の間には(+)電極板8が、積層体5
と絶縁ダミー1cの間には(−)電極板9が配置され
る。(+)電極板8及び(−)電極板9は、厚さ0.0
2mm程度のステンレス薄板若しくは銅薄板により形成
されている。そして、径方向の電極片8a,9aが折曲
されて前記外部電極7,7に重ね合わされている。電極
片8a,9aには、それぞれリード線10,11が結線
されている。
The structure of the fine movement unit 2 will be described. Multiple PZ
A laminated body 5 is formed by laminating piezoelectric elements 4 such as T, and electrodes 6 are formed on both surfaces of the laminated body 5 with silver paste or the like (see FIG. 2). In order to electrically connect the piezoelectric elements 4 in parallel, external electrodes 7, 7 are formed on the side surface of the laminated body 5 so as to face each other in the radial direction with silver paste or the like. The (+) electrode plate 8 is provided between the insulating dummy 1 a and the laminated body 5, and
The (−) electrode plate 9 is disposed between the insulating dummy 1c and the insulating dummy 1c. The (+) electrode plate 8 and the (-) electrode plate 9 have a thickness of 0.0.
It is formed of a stainless thin plate or a copper thin plate of about 2 mm. The radial electrode pieces 8a and 9a are bent and overlapped with the external electrodes 7 and 7. Lead wires 10 and 11 are connected to the electrode pieces 8a and 9a, respectively.

【0014】粗動部3の構成を説明する。上記微動部2
の圧電素子4の板厚の2倍以上の板厚の圧電素子12の
両面に電極13が形成されている。絶縁ダミー1cと圧
電素子12の間に(+)電極板14が配置され、積層さ
れた圧電素子12と絶縁ダミー1bとの間に(−)電極
板15が配置される。そして、積層される複数枚の圧電
素子12を電気的に並列接続するため、各圧電素子12
間に(+)電極板14と(−)電極板15が交互に配置
されている。各(+)電極板14及び(−)電極板15
には、それぞれ径方向で対向する電極片14a,15a
が形成され、圧電素子12の側面に沿って折曲されてい
る。各電極片14a及び各電極片15a間は、それぞれ
側面電極板16及び17をスポット溶接して橋絡状に接
続されている。側面電極板16及び17には、リード線
18,19が結線される。圧電素子12、電極13、
(+)電極板14及び(−)電極板15等の材質、組成
等は、上記微動部2のものと同様である。
The structure of the coarse moving unit 3 will be described. Fine movement part 2
The electrodes 13 are formed on both surfaces of the piezoelectric element 12 having a plate thickness that is at least twice the plate thickness of the piezoelectric element 4. The (+) electrode plate 14 is arranged between the insulating dummy 1c and the piezoelectric element 12, and the (-) electrode plate 15 is arranged between the laminated piezoelectric element 12 and the insulating dummy 1b. Since the plurality of stacked piezoelectric elements 12 are electrically connected in parallel, each piezoelectric element 12
The (+) electrode plate 14 and the (-) electrode plate 15 are alternately arranged between them. Each (+) electrode plate 14 and (-) electrode plate 15
The electrode pieces 14a and 15a facing each other in the radial direction.
Is formed, and is bent along the side surface of the piezoelectric element 12. Between each electrode piece 14a and each electrode piece 15a, side surface electrode plates 16 and 17 are spot-welded and connected in a bridge shape. Lead wires 18 and 19 are connected to the side surface electrode plates 16 and 17. Piezoelectric element 12, electrode 13,
The materials and compositions of the (+) electrode plate 14 and the (-) electrode plate 15 are the same as those of the fine movement part 2.

【0015】微動部2により、微少変位を高精度で制御
するためには、圧電素子4に微少電流を印加する必要が
あるが、増幅器内のスイッチング素子での漏れ電流を考
慮すると、できるだけ多くの電流が流れる圧電素子4を
用いることが好ましい。しかも、微少変位を制御するも
のであるため枚数は少なくてよい。しかしながら、粗動
部3に用いられる圧電素子12と同じ板厚のものを用い
ると、流れる電流が少なすぎる。このため、微動部2を
構成する積層体5は、粗動部3の圧電素子12よりも板
厚の薄い圧電素子4を複数枚積層したものである。これ
により静電容量を増加して電流が多く流れるようにして
いる。
In order to control the minute displacement with high precision by the fine moving section 2, it is necessary to apply a minute current to the piezoelectric element 4, but in consideration of the leakage current in the switching element in the amplifier, as much as possible. It is preferable to use the piezoelectric element 4 through which an electric current flows. Moreover, the number of sheets may be small because it controls the minute displacement. However, when a piezoelectric element 12 having the same plate thickness as that of the coarse moving portion 3 is used, the flowing current is too small. For this reason, the laminated body 5 that constitutes the fine movement portion 2 is formed by laminating a plurality of piezoelectric elements 4 that are thinner than the piezoelectric elements 12 of the coarse movement portion 3. This increases the electrostatic capacity so that a large amount of current flows.

【0016】一方、圧電アクュエータの高速応答性は、
現実的には電源の容量により支配される。圧電アクュエ
ータの静電容量が小さくなると消費電流が減少する。従
って、圧電素子の厚さを厚くして素子枚数を減らして、
静電容量を小さくすることにより小電流アンプでも高速
応答性を確保できる。
On the other hand, the high speed response of the piezoelectric actuator is
In reality, it is governed by the capacity of the power supply. As the capacitance of the piezoelectric actuator decreases, the current consumption decreases. Therefore, increase the thickness of the piezoelectric element to reduce the number of elements,
By reducing the capacitance, high-speed response can be secured even with a small current amplifier.

【0017】このため本実施例では、上記微動部2の積
層体5を構成する圧電素子4の一枚の板厚は、粗動部3
の圧電素子12の板厚の1/2以下に設定されている。
これにより、圧電素子4一枚当たりの静電容量は圧電素
子12の2倍以上となる。従って、電界強度を等しくし
た場合は、圧電素子4の一枚当たりの歪みは、圧電素子
12の歪みの1/2以下となるにも拘わらず、流れる電
流は等しくなる。具体的には、微動部2では板厚0.1
mmの圧電素子4を10枚積層して積層体5を構成し、
1kV/mmまでの電界強度を加えると、0〜1μmの
変位に対して±0.005μm(±0.5%)の精度で
位置決めできる。また、粗動部3では板厚0.5mmの
圧電素子12を100枚積層し、1kV/mmまでの電
界強度を加えると、0〜50μmの変位に対して±0.
1μm(±0.2%)の精度の位置決めを150mAの
電源を用いて1m秒で行うことができる。
Therefore, in this embodiment, the plate thickness of one of the piezoelectric elements 4 constituting the laminated body 5 of the fine moving part 2 is the coarse moving part 3
The thickness is set to 1/2 or less of the plate thickness of the piezoelectric element 12.
As a result, the capacitance per piezoelectric element 4 is twice or more that of the piezoelectric element 12. Therefore, when the electric field strengths are made equal, the strain per piezoelectric element 4 is equal to or less than half the strain of the piezoelectric element 12, but the flowing currents are equal. Specifically, the plate thickness of the fine movement part 2 is 0.1.
10 piezoelectric elements 4 of mm are laminated to form a laminated body 5,
When an electric field strength of up to 1 kV / mm is applied, positioning can be performed with an accuracy of ± 0.005 μm (± 0.5%) for a displacement of 0 to 1 μm. Further, when 100 pieces of piezoelectric elements 12 having a plate thickness of 0.5 mm are laminated in the coarse movement part 3 and an electric field strength of up to 1 kV / mm is applied, ± 0.
Positioning with an accuracy of 1 μm (± 0.2%) can be performed in 1 ms using a 150 mA power supply.

【0018】上記構成の積層型圧電アクチュエータを用
いて、所定位置へ位置決め制御する場合、例えば現在位
置から10μm伸長したい場合は、粗動部3の圧電素子
12に電圧を印加して、10±0.1μmの距離まで移
動させる。続いて残りの±0.1μmに対して、微動部
2の圧電素子4の積層体5に電圧を印加して、±0.0
05μmの移動により位置決めする。微動部2と粗動部
3とを備えることにより、高速応答性と微少位置決め性
を兼ね備えることができる。上記実施例では、微動部2
の圧電素子4の板厚を粗動部3の圧電素子12の板厚の
1/2以下としたが、これに限定されるものではなく、
圧電素子12よりも圧電素子4の板厚を薄くすることに
より、微動部2は粗動部3に比して微小位置決めが可能
となることは明らかである。また、上記微動部2の積層
体5は圧電素子4を順に積層したが、粗動部3の構成の
ように積層される圧電素子4間に(+)電極板8と
(−)電極板9を交互に挟み込む構成にしてもよい。
When the laminated piezoelectric actuator having the above-mentioned structure is used to perform positioning control to a predetermined position, for example, when it is desired to extend the current position by 10 μm, a voltage is applied to the piezoelectric element 12 of the coarse movement part 3 to obtain 10 ± 0. Move to a distance of 1 μm. Subsequently, with respect to the remaining ± 0.1 μm, a voltage is applied to the laminated body 5 of the piezoelectric elements 4 of the fine movement part 2 to obtain ± 0.0 μm.
Position by moving by 05 μm. By providing the fine moving part 2 and the coarse moving part 3, both high-speed response and fine positioning can be provided. In the above embodiment, the fine movement unit 2
Although the plate thickness of the piezoelectric element 4 is set to 1/2 or less of the plate thickness of the piezoelectric element 12 of the coarse movement part 3, the invention is not limited to this.
It is apparent that the fine movement portion 2 can be finely positioned as compared with the coarse movement portion 3 by making the piezoelectric element 4 thinner than the piezoelectric element 12. Further, the laminated body 5 of the fine movement part 2 has the piezoelectric elements 4 laminated in order, but the (+) electrode plate 8 and the (−) electrode plate 9 are interposed between the laminated piezoelectric elements 4 as in the coarse movement portion 3. You may make it the structure sandwiched alternately.

【0019】(第2実施例)図3は、第2実施例に係る
積層型圧電アクチュエータの構造を示した模式図であ
る。両端の絶縁ダミー1a,1bの間に微動部22と粗
動部23が構成されている。微動部22に用いられる圧
電素子24及び粗動部23に用いられる圧電素子25
は、前記第1実施例と同様両面に銀ペースト等により電
極が形成されている。粗動部23の構成も第1実施例の
粗動部3の構成と同一である。微動部22は、3個の微
動ユニット22a,22b,22cを積層したものであ
る。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a schematic view showing the structure of a laminated piezoelectric actuator according to the second embodiment. A fine movement portion 22 and a coarse movement portion 23 are formed between the insulating dummies 1a and 1b at both ends. Piezoelectric element 24 used for fine movement section 22 and piezoelectric element 25 used for coarse movement section 23
In the same manner as in the first embodiment, electrodes are formed on both sides with silver paste or the like. The structure of the coarse moving portion 23 is also the same as that of the coarse moving portion 3 of the first embodiment. The fine movement unit 22 is a stack of three fine movement units 22a, 22b, 22c.

【0020】微動ユニット22a〜22cは、2n(n
=0,1,2,)枚の圧電素子24を、それぞれ交互に
配置した(+)電極板26(−)電極板27との間に挟
み込んで積層したもので、各微動ユニット22a〜22
cにおける圧電素子24の枚数を異ならせている。そし
て、各微動ユニット22a〜22cの(+)電極板26
には、リード線29により個別の増幅回路30a〜30
cが接続されている。また、粗動部23の圧電素子25
間の(+)電極板31は、共通のリード線32により増
幅回路33に接続されている。微動部22の(−)電極
板27及び粗動部23の(−)電極板34は、共通のリ
ード線35により接地されている。
The fine movement units 22a to 22c have 2 n (n
= 0,1,2,) piezoelectric elements 24 are sandwiched between (+) electrode plates 26 (-) electrode plates 27 which are alternately arranged, and stacked, and each fine movement unit 22a to 22a.
The number of piezoelectric elements 24 in c is different. Then, the (+) electrode plate 26 of each of the fine movement units 22a to 22c.
To the individual amplifier circuits 30a-30
c is connected. Further, the piezoelectric element 25 of the coarse moving portion 23
The (+) electrode plate 31 between them is connected to the amplifier circuit 33 by a common lead wire 32. The (−) electrode plate 27 of the fine movement part 22 and the (−) electrode plate 34 of the coarse movement part 23 are grounded by a common lead wire 35.

【0021】ある電界強度を加えられて一枚の圧電素子
24が駆動されたとき、0.02μm変位するとする
と、各微動ユニット22a〜22cは、増幅回路30a
〜30cにより個別に駆動され、それぞれ微動ユニット
22aは0〜0.02μm、微動ユニット22bは0〜
0.04μm、微動ユニット22cは0〜0.08μm
変位することができる。従って、駆動される微動ユニッ
ト22a〜22cの任意の組み合わせにより、0〜0.
14μmの変位を0.02μmピッチで制御して位置決
めできる。前記第1実施例と同一構成の粗動部23は、
0〜50μmの変位に対して±0.1μm(±0.2
%)の精度の位置決めを行うことができる。微動部22
と粗動部23とを組み合わせることにより、0〜50μ
mの範囲を0.02μmの精度で位置決めができる。
When one piezoelectric element 24 is driven by applying a certain electric field strength, if the piezoelectric element 24 is displaced by 0.02 μm, each of the fine movement units 22a to 22c has an amplifier circuit 30a.
. To 30c, respectively, the fine movement unit 22a is 0 to 0.02 .mu.m, and the fine movement unit 22b is 0 to
0.04 μm, fine movement unit 22c is 0 to 0.08 μm
It can be displaced. Therefore, by any combination of the driven fine movement units 22a to 22c, 0 to 0.
A displacement of 14 μm can be controlled and positioned at a pitch of 0.02 μm. The coarse movement unit 23 having the same configuration as that of the first embodiment is
± 0.1 μm (± 0.2 μm) for displacement of 0 to 50 μm
%) Positioning can be performed. Fine movement part 22
By combining the coarse movement unit 23 and
Positioning can be performed in the range of m with an accuracy of 0.02 μm.

【0022】上記微動ユニット22a〜22cの圧電素
子24は、各ユニット毎に個別にオン・オフして駆動さ
れ、微少電流を制御する必要がないから、圧電素子24
の板厚ついては特に言及する必要はない。上記第2実施
例の積層型圧電アクチュエータは、以上の構成によりフ
ルストロークに対して、1/20,000〜1/10,
000の精度でしかも高速で位置決めできる。
The piezoelectric elements 24 of the fine movement units 22a to 22c are individually turned on / off and driven for each unit, and it is not necessary to control a minute current.
There is no particular need to mention the plate thickness of. The laminated piezoelectric actuator of the second embodiment has the above-mentioned configuration, and has a full stroke of 120,000 to 1/10,
000 accuracy and high speed positioning.

【0023】(第3実施例)図4は、第3実施例に係る
積層型圧電アクチュエータの原理図である。粗動部33
の圧電素子36の積層方向の端部には、絶縁板37を介
して微動部32が配置されている。微動部32は、圧電
素子34の積層方向と直交する側部を前記絶縁板37に
当接している。微動部32及び粗動部33に対する電圧
の印加方向は、何れも圧電素子34及び36の積層方向
である。微動部32及び粗動部33の構成は、上記第1
実施例の粗動部3又は第2実施例の粗動部23の構成を
そのまま用いることができる。
(Third Embodiment) FIG. 4 is a principle view of a laminated piezoelectric actuator according to the third embodiment. Coarse movement part 33
At the end of the piezoelectric element 36 in the stacking direction, the fine movement part 32 is arranged via an insulating plate 37. The fine moving part 32 is in contact with the insulating plate 37 at a side part thereof that is orthogonal to the stacking direction of the piezoelectric elements 34. The direction in which the voltage is applied to the fine moving portion 32 and the coarse moving portion 33 is the stacking direction of the piezoelectric elements 34 and 36. The configurations of the fine moving portion 32 and the coarse moving portion 33 are the same as those of the first
The structure of the coarse moving unit 3 of the embodiment or the coarse moving unit 23 of the second embodiment can be used as it is.

【0024】電圧の印加により駆動される微動部32
は、ポアソン比により規定される変位量、粗動部33の
変位方向に変位できる。PZT等の圧電素子34,36
のポアソン比(横歪み/縦歪み)は約0.3であるの
で、微動部32による微小変位量の位置決めの分解能
を、第1及び第2実施例の場合に比し約3倍高めること
ができる。上記第1及び第2実施例の微動部2及び22
に用いられる圧電素子4及び24は円形であったが、図
5に示すように四角形であっても或いは多角形であって
もよい。但し、上記第3実施例の圧電素子は、円形以外
の多角形形状を用いるのが好ましい。
Fine movement unit 32 driven by application of voltage
Can be displaced in the displacement direction of the coarse motion portion 33 by the displacement amount defined by the Poisson's ratio. Piezoelectric elements 34, 36 such as PZT
Since the Poisson's ratio (horizontal strain / vertical strain) is about 0.3, the resolution of the positioning of the minute displacement amount by the fine moving part 32 can be increased about 3 times as compared with the case of the first and second embodiments. it can. Fine moving parts 2 and 22 of the first and second embodiments
The piezoelectric elements 4 and 24 used in the above are circular, but may be square or polygonal as shown in FIG. However, it is preferable to use a polygonal shape other than a circular shape for the piezoelectric element of the third embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1実施例の積層型圧電アクチュエータの構造
を示す分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a structure of a laminated piezoelectric actuator of a first embodiment.

【図2】微動部を構成する積層体の概略を示す分解斜視
図である。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an outline of a laminated body that constitutes a fine movement unit.

【図3】第2実施例の積層型圧電アクチュエータの構造
を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a structure of a laminated piezoelectric actuator of a second embodiment.

【図4】第3実施例の積層型圧電アクチュエータの原理
図である。
FIG. 4 is a principle diagram of a laminated piezoelectric actuator of a third embodiment.

【図5】微動部に用いる圧電素子の変形例を示す斜視図
である。
FIG. 5 is a perspective view showing a modified example of the piezoelectric element used for the fine movement part.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 微動部 3 粗動部 4,12,24,25,3
4,36 圧電素子 5 積層体 22a〜22c 微動ユニット 30a〜30c,33 増幅回路
2 Fine movement part 3 Coarse movement part 4, 12, 24, 25, 3
4,36 Piezoelectric element 5 Laminated body 22a to 22c Fine movement unit 30a to 30c, 33 Amplifier circuit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一枚以上の圧電素子を積層した積層体に
より形成される粗動部と微動部とを、直列に配置した積
層型圧電アクチュエータにおいて、 前記微動部を構成する前記圧電素子の板厚を、前記粗動
部を形成する前記圧電素子の板厚よりも薄くしたことを
特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
1. A laminated piezoelectric actuator in which a coarse movement portion and a fine movement portion formed by a laminated body in which one or more piezoelectric elements are laminated are arranged in series, and a plate of the piezoelectric element forming the fine movement portion. A laminated piezoelectric actuator having a thickness smaller than a plate thickness of the piezoelectric element forming the coarse movement portion.
【請求項2】 一枚以上の圧電素子を積層した積層体に
より形成される粗動部と微動部とを、直列に配置した積
層型圧電アクチュエータにおいて、 前記微動部を圧電素子の枚数が2n(n=0,1,2・
・・)からなる複数のユニットから構成するとともに、
各ユニット毎に圧電素子の枚数を異ならせたことを特徴
とする積層型圧電アクチュエータ。
2. A laminated piezoelectric actuator in which a coarse movement portion and a fine movement portion formed by a laminated body in which one or more piezoelectric elements are laminated are arranged in series, wherein the fine movement portion has 2 n piezoelectric elements. (N = 0,1,2 ...
..) consisting of multiple units
A laminated piezoelectric actuator characterized in that the number of piezoelectric elements is different for each unit.
【請求項3】 前記微動部を構成する各ユニットを個別
に駆動するようにしたことを特徴とする請求項2記載の
積層型圧電アクチュエータ。
3. The laminated piezoelectric actuator according to claim 2, wherein each unit that constitutes the fine movement unit is individually driven.
【請求項4】 一枚以上の圧電素子を積層した積層体に
より粗動部と微動部とを形成し、該粗動部の積層方向の
端部と、前記微動部の積層方向と直交する側部とを当接
したことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
4. A coarse movement part and a fine movement part are formed by a laminated body in which one or more piezoelectric elements are laminated, and an end portion in the lamination direction of the coarse movement part and a side orthogonal to the lamination direction of the fine movement part. A laminated piezoelectric actuator, characterized in that it is in contact with a portion.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005347484A (en) * 2004-06-02 2005-12-15 Nano Control:Kk Laminated piezoelectric actuator element, positioning device and positioning method

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