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

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。