JPH0965669A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

圧電アクチュエータ

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JPH0965669A
JPH0965669A JP7242407A JP24240795A JPH0965669A JP H0965669 A JPH0965669 A JP H0965669A JP 7242407 A JP7242407 A JP 7242407A JP 24240795 A JP24240795 A JP 24240795A JP H0965669 A JPH0965669 A JP H0965669A
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JP
Japan
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voltage
piezoelectric
piezoelectric actuator
plates
actuator
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JP7242407A
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English (en)
Inventor
Yutaka Sugawara
豊 菅原
Junichi Suzuki
潤一 鈴木
Yoshihiro Tsukamura
善弘 塚村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧−変位特性に優れ、しかも低い駆動電圧
で駆動されるようにした、圧電アクチュエータを提供す
ること。 【解決手段】 第一及び第二の圧電板32,33と、こ
れら第一及び第二の圧電板の間に配置された弾性体34
と、前記第一及び第二の各圧電板にそれぞれ設けられた
電極であって、これら圧電板の印加許容電圧の最大電圧
と最大逆電圧とのほぼ中間値の電圧がバイアス電圧とし
てそれぞれ印加される個別電極32a,33aと、駆動
電圧が印加される前記第一及び第二の圧電板の共通電極
35とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低駆動電圧化に適
した圧電アクチュエータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、圧電アクチュエータとして、例え
ば図9に示すような構成の屈曲型圧アクチュエータが知
られている。ここで、圧電アクチュエータ1を構成する
圧電バイモルフ素子は、圧電セラミックスの印加電界に
比例した歪みを発生するという逆圧電効果を利用したア
クチュエータであって、近年微小変位の制御や出力端末
デバイスとして民生用機器にも利用されはじめているも
のである。
【0003】図9において、圧電アクチュエータ1は、
二枚の圧電板2,3が、弾性板4を挟んで互いに貼り合
わされることにより、構成されている。上記圧電板2,
3の一端(図示の場合、右端)には、電極2a,3aが
設けられていると共に、圧電板2,3の一端の間の領域
には、共通電極5が設けられている。図9において、電
極2a,3aには、外部の電源(図示せず)から、それ
ぞれ逆向きのダイオード6,7を介して、駆動電圧が印
加されると共に、共通電極5はアース接続されている。
【0004】このように構成された圧電アクチュエータ
1は、外部の電源から+の駆動電圧が供給される場合に
は、上記ダイオード6,7の作用によって、圧電板3の
電極3aに駆動電圧が印加される。これにより、圧電板
3は、分極方向に延びると共に、垂直な長手方向に縮
む。他方、圧電板2には駆動電圧が印加されないことか
ら、圧電板2は、分極方向にも長手方向にも伸縮しな
い。従って、圧電バイモルフ素子1は、全体として図1
0にて矢印で示すように、左端が下方に屈曲することに
なる。
【0005】これに対して、外部の電源から−の駆動電
圧が供給される場合には、上記ダイオード6,7の作用
によって、圧電板2の電極2aに駆動電圧が印加され
る。これにより、圧電板2は、分極方向に延びると共
に、垂直な長手方向に縮む。他方、圧電板3には駆動電
圧が印加されないことから、圧電板3は、分極方向にも
長手方向にも伸縮しない。従って、圧電アクチュエータ
1は、全体として図10の矢印と反対方向に向かって、
即ち左端が上方に屈曲することになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな圧電アクチュエータ1の駆動方法においては、屈曲
動作は、ダイオード6または7の作用によって、一方の
圧電板2または3の電極2a,3aに別々に駆動電圧が
印加されることによって、制御される。従って、片側の
みの圧電板による駆動であることから、本来素子のもつ
最大の電圧−変位特性が得られないという問題があっ
た。このため、例えば図12に示すように、ダイオード
6,7の代わりに、電極2a,3a間と電極2a,5間
に、それぞれ分圧抵抗R1,R2を接続することによ
り、双方の圧電板2,3が同時に駆動されるようにする
ことが考えられる。
【0007】この場合、分極方向に印加される最大電圧
は、外部電源からの駆動電圧がそのまま印加されるのに
対して、分極方向と反対方向に印加される最大逆電圧
は、外部電源からの駆動電圧が分圧抵抗R1,R2によ
って分圧された分圧電圧であるので、最大電圧よりも小
さい。即ち、圧電板に印加が許容される電圧において、
最大電圧60V,最大逆電圧−10Vとすると、R1:
R2=5:1とすれば、駆動電圧が60Vのとき、圧電
板1と圧電板2の伸縮の差が最大となり、屈曲変位も最
大となる。
【0008】しかしながら、このような分圧抵抗R1,
R2を使用した駆動方法においては、分圧抵抗が必要で
あると共に、屈曲変位が、屈曲方向によってアンバラン
スとなってしまう。また、スイッチング等により、両方
向に関して最大の屈曲変位が得られるようにしたとして
も、最大駆動電圧は上記の場合でも60V必要であり、
駆動に比較的高電圧を必要とし、低駆動電圧化は不可能
であるという問題があった。
【0009】本発明は、以上の点に鑑み、電圧−変位特
性に優れ、しかも低い駆動電圧で駆動されるようにし
た、圧電アクチュエータを提供することを目的としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、第一及び第二の圧電板と、これら第一及び第二の
圧電板の間に配置された弾性体と、前記第一及び第二の
各圧電板にそれぞれ設けられた電極であって、これら圧
電板の印加許容電圧の最大電圧と最大逆電圧とのほぼ中
間値の電圧がバイアス電圧としてそれぞれ印加される個
別電極と、駆動電圧が印加される前記第一及び第二の圧
電板の共通電極とを備えることを特徴とする圧電アクチ
ュエータにより、達成される。
【0011】上記構成によれば、各個別電極に常にバイ
アス電圧が印加されていることにより、各圧電板は、バ
イアス電圧に基づいて分極方向に延び且つ垂直な長手方
向に縮むが、双方の圧電板がほぼ同量だけ縮むことか
ら、バイアス電圧の印加によって、屈曲は生じない。こ
こで、共通電極に対して駆動電圧が供給されることによ
り、各圧電板には、バイアス電圧と駆動電圧の差の電圧
が印加されることになる。これにより、一方の圧電板は
長手方向に関して縮み、また他方の圧電板は長手方向に
関して延びる。従って、双方の圧電板の伸縮によって、
所謂両側駆動となり、原理的に最大の屈曲変位が得られ
ることになる。かくして、同じ屈曲変位を得るために
は、より低い駆動電圧で済むことになるので、駆動電圧
の低電圧化も可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を図1乃至図11を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例で
あるから、技術的に好ましい種々の限定が付されている
が、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を
限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られる
ものではない。
【0013】図1は、本発明による駆動方法を適用した
圧電アクチュエータの第一の実施形態を示している。図
1において、圧電アクチュエータ30は、二枚の圧電板
32,33が、弾性板4を挟んで互いに貼り合わされる
ことにより、構成されている。各圧電板32,33は、
例えばジルコン酸チタン酸鉛系セラミックス(以下、P
ZTという)が使用される。そして、PZTは、分極方
向に電界が印加されると、逆圧電効果によって分極方向
に長さが延び、分極方向に垂直な方向に関しては縮むこ
とになる。
【0014】さらに、上記圧電板32,33の一端(図
示の場合、右端)には、個別電極32a,33aが設け
られていると共に、圧電板32,33の一端の間の領域
には、共通電極35が設けられている。
【0015】また、このように構成された圧電バイモル
フ素子としての圧電アクチュエータ30においては、電
極32a,33aに対して、外部の電源(図示せず)か
ら、それぞれバイアス電圧が常に印加されている。この
バイアス電圧は以下のようにして決定される。即ち、こ
の実施形態の圧電板32,33として使用されるセラミ
ックスに電圧をかけた場合に、許容される最大電圧と最
大逆電圧の中間値を求める。例えば最大電圧60V,最
大逆電圧−10Vの場合には、中間値である35Vの電
圧が印加される。即ち、個別電極32aには−35Vの
バイアス電圧が、また個別電極33aには、35Vのバ
イアス電圧が印加されることになる。
【0016】本実施形態による圧電アクチュータ30
は、以上のように構成されており、バイアス電圧の印加
によって、圧電板32,33は共に分極方向に関して僅
かに延び、且つ垂直な長手方向に関して、僅かに縮むこ
とになるが、圧電板32,33の長手方向に関する縮み
寸法はほぼ同じであるので、圧電アクチュエータ30が
屈曲するようなことはない。
【0017】ここで、共通電極35に対して、駆動電圧
が供給されると、各圧電板32,33には、それぞれバ
イアス電圧との差の電圧が印加されることになる。従っ
て、+の電圧が印加された場合には、圧電板32は長手
方向に関して縮み、圧電板33は長手方向に関して延び
る。その際、圧電板32の縮んだ変位量と圧電板の延び
た変位量は、ほぼ等しくなる。
【0018】かくして、双方の圧電板32,33の変位
によって、圧電アクチュエータ30は屈曲することにな
り、しかも大きな屈曲変位が得られることになる。この
場合、最大変位は、駆動電圧±35Vにより得られるこ
とになり、従来の駆動方法に比較して、同じ変位を得る
ために、より低い駆動電圧で済むことになる。
【0019】図2は、本実施形態による圧電アクチュエ
ータを組み込んだ光学ピックアップの一実施形態を示し
ている。図2において、光学ピックアップ10は、無偏
光,無限系の光学系を有しており、半導体レーザ素子1
1,グレーティング12,ビームスプリッタ13,コリ
メータレンズ14,対物レンズ15及び光検出器16
と、対物レンズ15を二軸方向に移動調整する二軸アク
チュエータ17と、から構成されている。
【0020】上記半導体レーザ素子11は、半導体の再
結合発光を利用した発光素子であり、光源として使用さ
れる。半導体レーザ素子11から出射した光ビームは、
グレーティング12に導かれる。
【0021】グレーティング12は、回折格子ともい
い、半導体レーザ素子11からの光ビームを0次光及び
±1次光に分離する。
【0022】ビームスプリッタ13は、その反射面13
aが対物レンズ15の光軸に対して45度傾斜した状態
で配設されており、半導体レーザ素子11から出射した
光ビームと光ディスク21の信号記録面からの戻り光を
分離する。即ち、半導体レーザ素子11からの光ビーム
は、ビームスプリッタ13の反射面13aで反射され、
戻り光は、ビームスプリッタ13を透過する。
【0023】コリメータレンズ14は、凸レンズであっ
て、半導体レーザ素子11からの光ビームを平行光に変
換する。
【0024】対物レンズ15は、凸レンズであって、コ
リメータレンズ14からの平行光ビームを、回転駆動さ
れる光ディスク18の信号記録面の所望のトラック上に
結像させる。さらに、対物レンズ15は、二軸アクチュ
エータ17によって、二軸方向、即ち図2にて紙面に垂
直なトラッキング方向及び上下方向であるフォーカシン
グ方向に移動可能に支持されている。
【0025】光ディスク18の信号記録面に照射された
光ビームは、戻り光ビームとして、再び対物レンズ15
及びコリメータレンズ14を介してビームスプリッタ1
3に導かれる。そして、ビームスプリッタ13を透過し
た戻り光ビームは、光検出器16の受光部に入射される
ことになる。
【0026】光検出器16は、戻り光ビームを受光し得
る受光面を有している。二軸アクチュエータ17は、対
物レンズ15が先端に取り付けられたレンズホルダー1
9と、このレンズホルダー19に対して、接着等により
取り付けられたコイルボビン20と、を有している。
【0027】上記レンズホルダー19は、一端がこのレ
ンズホルダー19の両側に、また他端が固定部21に対
して固定された二対の弾性支持部材22によって、固定
部21に対して垂直な二方向、即ちトラッキング方向及
びフォーカシング方向に移動可能に支持されている。
【0028】また、上記コイルボビン20は、図示の場
合、レンズホルダー19と一体に成形されており、図4
に示すように、フォーカシング用コイル20a及びトラ
ッキング用コイル20bが巻回されている。そして、フ
ォーカシング用コイル20a及びトラッキング用コイル
20bに通電することにより、各コイルに発生する磁束
が、二軸ベース23に取り付けられたヨーク24及びそ
れに取り付けられたマグネット25による磁束と相互に
作用するようになっている。
【0029】さらに、上記弾性支持部材22は、弾性体
により形成され、レンズホルダー19と固定部21との
間に互いに平行になるように固定されている。また、上
記固定部21は、二軸ベース23を貫通して、その下側
にて、光ディスク18の接線方向に延びる圧電アクチュ
エータ26を介して二軸ベース23に取り付けられてい
る。図示の場合、圧電アクチュエータ26は、二軸ベー
ス23に対して固定部材23aを介して取り付けられて
いる。
【0030】ここで、圧電アクチュエータ26は、積層
タイプの屈曲型圧電アクチュエータであるが、前述した
圧電アクチュータ30と同様に、バイアス電圧を利用し
て駆動されるようになっている。そして、圧電アクチュ
エータ26は、図5に示すように、共通電極によって二
分された圧電セラミックス部26a,26bが、電圧印
加によって、それぞれ長さが変化することにより、伸長
差により、矢印Xで示すように屈曲するようになってい
る。
【0031】例えば、図6に示すように、圧電アクチュ
エータ26は、長さ19.5mm,幅6mm,厚さ0.
5mmの寸法であって、先端から0.5mmの位置に、
質量0.9gの負荷を載置すると共に、上側の積層圧電
セラミックス部26aには−15V,下側の積層圧電セ
ラミックス部26bには+15Vの電圧を印加し、共通
電極に、0Vから15Vの電圧を印加した場合、上記負
荷位置を測定点としたとき、図7に示すように、0乃至
0.6度の角度変化が得られた。
【0032】さらに、圧電アクチュエータ26には、光
検出器16からの再生信号(RF信号)が、RFレベル
検出回路27及びアンプ28を介して、制御信号が入力
される。 これにより、タンジェンシャルスキュー量
が、RFレベルと相関関係を有することから、アンプ2
8により適宜に増幅されることにより、タンジェンシャ
ルスキュー量に対応する電圧が、圧電アクチュエータ2
6に印加されることになる。
【0033】本実施形態による光学ピックアップ10
は、以上のように構成されており、半導体レーザ素子1
1からの光ビームは、グレーティング12を介して、ビ
ームスプリッタ13により反射された後、コリメータレ
ンズ14及び対物レンズ15を介して、光ディスク18
の信号記録面に結像される。光ディスク18からの戻り
光は、対物レンズ15及びコリメータレンズ14を介し
て、ビームスプリッタ13を透過し、光検出器16に入
射する。これにより、光検出器16の検出信号に基づい
て、再生信号とフォーカスサーボ信号及びトラッキング
サーボ信号が検出される。
【0034】ここで、二軸アクチュエータ17は、コイ
ルボビン20に巻回されたフォーカシング用コイル20
a及びトラッキング用コイル20bに対して、上記フォ
ーカスサーボ信号及びトラッキングサーボ信号に基づく
駆動電流が、それぞれ供給される。これにより、ヨーク
24及びマグネット25による磁気回路の磁界とフォー
カシング用コイル20a及びトラッキング用コイル20
bから生ずる磁界とによって、レンズホルダー19即ち
対物レンズ15がフォーカス方向Fcs及びトラッキン
グ方向Trkに駆動され、フォーカシング及びトラッキ
ングが行なわれる。
【0035】ところで、上述のようにフォーカシング及
びトラッキングが行なわれて、光ディスク18の再生が
行なわれているときに、光ディスク18の面振れ,取付
誤差による内外周での傾きや、二軸アクチュエータ17
自体のダイナミックスキュー等によって、前述したタン
ジェンシャルスキューが発生するが、このタンジェンシ
ャルスキュー量は、前記RFレベル検出回路27により
検出され、このタンジェンシャルスキュー量に対応した
電圧(タンジェンシャルスキューエラー信号)が、圧電
アクチュエータ26に印加される。これにより、図8に
示すように、圧電アクチュエータ26の先端が、このタ
ンジェンシャルスキューに応じて変位するので、対物レ
ンズ15の光軸が、タンジェンシャル方向に傾くことに
なり、タンジェンシャルスキューが補正される。
【0036】本発明は、圧電板を貼り合わせたようなバ
イモルフと呼ばれる圧電アクチュエータに限らず積層タ
イプの屈曲型圧電アクチュエータに関しても本発明を適
用し得ることは明らかである。
【0037】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
圧−変位特性に優れ、しかも低い駆動電圧で駆動される
ようにした、圧電アクチュエータを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による圧電アクチュエータの一実施形態
を示す概略図である。
【図2】本発明を適用した圧電アクチュエータによるタ
ンジェンシャルスキュー補正装置を備えた光学ピックア
ップの第一の実施形態を示す概略断面図である。
【図3】図1の光学ピックアップにおける二軸アクチュ
エータを示す部分拡大図である。
【図4】図2の二軸アクチュエータにおける磁気回路の
部分を示す部分拡大図である。
【図5】図1の光学ピックアップで使用されるタンジェ
ンシャルスキュー調整用の圧電アクチュエータの構成を
示す拡大側面図である。
【図6】圧電アクチュエータの構成例を示す概略図であ
る。
【図7】図5の圧電アクチュエータによる電圧−角度特
性を示すグラフである。
【図8】図2の光学ピックアップによるスキュー調整を
示す概略図である。
【図9】従来の圧電アクチュエータの駆動方法を示す概
略図である。
【図10】図9の圧電アクチュエータの屈曲状態を示す
概略図である。
【図11】従来の圧電アクチュエータの他の駆動方法を
示す概略図である。
【符号の簡単な説明】
22,33 圧電板 32a,33a 電極 4 弾性板 5 共通電極 8 圧電アクチュエータ 10 光学ピックアップ 11 半導体レーザ素子 12 グレーティング 13 ビームスプリッタ 14 コリメータレンズ 15 対物レンズ 16 光検出器 17 二軸アクチュエータ 18 光ディスク 19 レンズホルダー 20 コイルボビン 21 固定部 22 弾性支持部材 23 二軸ベース 24 ヨーク 25 マグネット 26 圧電アクチュエータ(アーム手段,駆動手段) 27 RFレベル検出回路 28 アンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一及び第二の圧電板と、 これら第一及び第二の圧電板の間に配置された弾性体
    と、 前記第一及び第二の各圧電板にそれぞれ設けられた電極
    であって、これら圧電板の印加許容電圧の最大電圧と最
    大逆電圧とのほぼ中間値の電圧がバイアス電圧としてそ
    れぞれ印加される個別電極と、 駆動電圧が印加される前記第一及び第二の圧電板の共通
    電極とを備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
  2. 【請求項2】 前記圧電板が、圧電バイモルフ素子で構
    成され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。
JP7242407A 1995-08-28 1995-08-28 圧電アクチュエータ Pending JPH0965669A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005008798A1 (ja) * 2003-07-22 2005-01-27 Ngk Insulators, Ltd. アクチュエータ素子
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