JPH10215009A - Displacement control actuator - Google Patents

Displacement control actuator

Info

Publication number
JPH10215009A
JPH10215009A JP9327353A JP32735397A JPH10215009A JP H10215009 A JPH10215009 A JP H10215009A JP 9327353 A JP9327353 A JP 9327353A JP 32735397 A JP32735397 A JP 32735397A JP H10215009 A JPH10215009 A JP H10215009A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
axis
control actuator
displacement control
crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9327353A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsumi Imada
勝巳 今田
Tetsuo Ootsuchi
哲郎 大土
Masahito Sugimoto
雅人 杉本
Yoshihiro Tomita
佳宏 冨田
Osamu Kawasaki
修 川▲さき▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP9327353A priority Critical patent/JPH10215009A/en
Publication of JPH10215009A publication Critical patent/JPH10215009A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement control actuator whose constitution is simple, whose displacement amount is large, in which irregularities in a characteristic such as the displacement amount or the like are extremely small, and by which the displacement amount can be controlled with high accuracy. SOLUTION: In piezoelectric substrates 2a, 2b whose main faces are faced, whose thickness is 50μm, whose width is 1mm and whose length is 8mm and which are composed of rectangular lithium niobate (LiNbO3 ), their main faces are bonded directly in such a way that their polarization axes are directed in mutually opposite directions. Thereby, a piezoelectric element 2 is constituted. Electrodes 3a, 3b whose thickness is 0.2μm and which are composed of chromium-nickel are formed respectively on the two opposite main faces of the piezoelectric element 2, and a precision displacement control actuator which is composed of a bimorph-type mechanical-electric conversion element 1 is constituted.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する利用分野】本発明は、例えば、高信頼性
を確保しながら、比較的大きな変位量を有し、その変位
量を精度良く制御可能な変位制御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 displacement control actuator having a relatively large displacement while ensuring high reliability and capable of controlling the displacement with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の圧電アクチュエータには、直線変
位型と屈曲変位型があり、その直線変位型には単板型と
積層型が、屈曲変位型にはバイモルフ型がある。直線変
位型、特に積層型はその構成上、大きな変位を得ること
は困難であるが、大きな力を得ることが出来るため、精
密機器の微動アクチュエータ等として利用されてきた。
ところが、圧電体と電極を多数積層するため高価なアク
チュエータとなりがちであった。また、屈曲変位型のバ
イモルフ型は機械−電気変換子同士を貼り合わせ、また
機械−電気変換子と金属板とを貼り合わせる事により構
成されている。このアクチュエータは変位量が極めて大
きく、安価であるため、多くの分野で利用されている。
2. Description of the Related Art Conventional piezoelectric actuators include a linear displacement type and a bending displacement type. The linear displacement type includes a single plate type and a laminated type, and the bending displacement type includes a bimorph type. The linear displacement type, especially the laminated type, is difficult to obtain a large displacement due to its configuration, but can obtain a large force, and thus has been used as a fine actuator for precision equipment.
However, since a large number of piezoelectric bodies and electrodes are stacked, the actuator tends to be expensive. In addition, the bending displacement type bimorph type is configured by laminating the mechanical-electrical transducers and laminating the mechanical-electrical transducers and the metal plate. Since this actuator has a very large displacement and is inexpensive, it is used in many fields.

【0003】バイモルフ型のアクチュエータは具体的に
は、図28に示すように、圧電効果を利用したバイモル
フ型機械−電気変換子50は、電極52a、52bを形
成した圧電セラミック51a、51bをエポキシ樹脂等
の接着剤53により貼り合わせて形成される。
More specifically, as shown in FIG. 28, a bimorph-type actuator 50 using a piezoelectric effect is a bimorph-type actuator that uses piezoelectric ceramics 51a and 51b on which electrodes 52a and 52b are formed. It is formed by bonding with an adhesive 53 such as.

【0004】また、図29に示すように、バイモルフ型
機械−電気変換子50の片持ち梁構造は、バイモルフ型
機械−電気変換子50の一端を導電性接着剤54などに
よって固定部材55に接着固定したものである。片持ち
梁構造のバイモルフ型機械−電気変換子は、その共振周
波数が個々の変換子でばらつくために共振周波数から離
れた低い周波数で使用する分野や、個々の変換子で駆動
周波数を適切に選択する事が可能な分野で使用されてい
る。
As shown in FIG. 29, the cantilever structure of the bimorph-type electromechanical transducer 50 is such that one end of the bimorph-type electromechanical transducer 50 is bonded to a fixing member 55 with a conductive adhesive 54 or the like. It is fixed. Bimorph type electro-mechanical transducers with a cantilever structure are used in applications where the resonance frequency varies at a low frequency away from the resonance frequency because they vary from one transducer to another, and the drive frequency is appropriately selected for each transducer. It is used in fields where it is possible.

【0005】また、光偏向器に圧電セラミックスを使用
した例としては、従来、圧電素子を積層して構成したア
クチュエータに鏡を取り付け、このアクチュエータに電
圧を印加して鏡の方向を変えるもの(V.J.Fowler & J.S
chlafer.Proc . IEEE.,VOL.54(1966),p.1437)がある。
しかしながらこの光偏向器は積層型のアクチュエータを
使用するため印加電圧に対する光の偏向角度を大きくす
ることができないという不都合があった。
As an example of using a piezoelectric ceramic for an optical deflector, a mirror is conventionally mounted on an actuator formed by stacking piezoelectric elements, and a voltage is applied to the actuator to change the direction of the mirror (VJFowler). & JS
chlafer.Proc. IEEE., VOL. 54 (1966), p. 1437).
However, since this optical deflector uses a laminated actuator, there is a disadvantage that the angle of deflection of light with respect to an applied voltage cannot be increased.

【0006】また、他の光偏向器(特開昭58ー957
10号)においては、バイモルフ型アクチュエータを利
用して鏡を回転させていた。しかしながら、この光偏向
器においては、複数のバイモルフ型アクチュエータと鏡
の回転軸とを機械的に結合していたため構造が極めて複
雑になるという不都合があった。
Further, another optical deflector (Japanese Patent Laid-Open No. 58-957)
No. 10), the mirror is rotated using a bimorph actuator. However, this optical deflector has a disadvantage that the structure becomes extremely complicated because a plurality of bimorph-type actuators and the rotating shaft of the mirror are mechanically connected.

【0007】また、他の光偏向器(特開昭58ー189
618号)においては、バイモルフ型アクチュエータの
圧電素子の電極を複数に分割し、電圧を印加する電極の
数を制御することによって圧電素子の変形量を制御して
いた。しかしながら、この光偏向器においては偏向量の
制御が複雑になるという不都合があった。
Further, another optical deflector (Japanese Patent Laid-Open No. 58-189)
No. 618), the electrode of the piezoelectric element of the bimorph actuator is divided into a plurality of parts, and the number of electrodes to which a voltage is applied is controlled to control the amount of deformation of the piezoelectric element. However, this optical deflector has a disadvantage that the control of the deflection amount is complicated.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこのよ
うな圧電セラミックを用いた精密変位制御アクチュエー
タでは、駆動周波数を素子の共振周波数より遥かに低い
周波数に設定した場合でも、破壊限界の10%より高い
印加電圧では、変位との関係に大きな非線形性を示し、
変位を厳密に制御することが困難であることや、圧電セ
ラミック自体が、種々の原料を混合し焼成して製作され
るために、単結晶材料に比べて材料定数のばらつきが大
きくなるため、精密変位制御アクチュエータの変位量が
大きくばらつくことが課題となっていた。
However, in such a conventional precision displacement control actuator using piezoelectric ceramics, even if the driving frequency is set to a frequency much lower than the resonance frequency of the element, the breaking limit is 10%. At higher applied voltages, the relationship with displacement shows a large nonlinearity,
Because it is difficult to control the displacement strictly, and because the piezoelectric ceramic itself is manufactured by mixing and firing various raw materials, the dispersion of material constants is larger than that of a single crystal material. The problem is that the displacement amount of the displacement control actuator varies greatly.

【0009】また、このような従来のアクチュエータで
は、圧電セラミックの接着にエポキシ樹脂等からなる接
着剤が用いられているのが常であり、圧電セラミックの
ヤング率5×1010N/m2〜15×1010N/m2に比
べてエポキシ樹脂のヤング率は0.5×1010N/m2
以下と非常に小さいため、駆動電圧が加わることによる
機械−電気変換子の歪みがエポキシ樹脂等によって吸収
され、変位量が低下してしまうという課題もあった。
In such a conventional actuator, an adhesive made of epoxy resin or the like is usually used for bonding the piezoelectric ceramic, and the Young's modulus of the piezoelectric ceramic is 5 × 10 10 N / m 2 or more. Young's modulus of the epoxy resin as compared to 15 × 10 10 N / m 2 is 0.5 × 10 10 N / m 2
Because of the following, the distortion of the electromechanical transducer caused by the application of the driving voltage is absorbed by the epoxy resin or the like, and the displacement is reduced.

【0010】さらに、接着層の厚みを均一にして圧電セ
ラミックを接着することは困難であるため、機械−電気
変換子の特性、特に変位量や共振周波数にばらつきが生
じるといった課題もある。
Furthermore, since it is difficult to adhere the piezoelectric ceramics with the thickness of the adhesive layer being uniform, there is also a problem that the characteristics of the electromechanical transducer, particularly the displacement and the resonance frequency, vary.

【0011】加えて、矩形状のバイモルフ型機械−電気
変換子の変位量を安定化させるためには、その共振周波
数を安定にすることが必要である。この場合、機械−電
気変換子の固定状態を安定なものとすることが必要であ
るが、実際には、機械的にあるいは温度変化などによっ
て発生する応力に起因して、金属等の支持部又は固定部
材で支持又は固定している部分にずれが生じる。例え
ば、接着剤を用いて機械−電気変換子を固定する場合に
は、接着剤の塗布範囲によってその固定位置が変わって
しまい、機械−電気変換子の共振周波数がばらついてし
まう。また、接着剤の温度変化によって機械−電気変換
子の固定状態が変動してしまい、安定な固定状態を維持
することが困難となる。
In addition, in order to stabilize the displacement of the rectangular bimorph type electromechanical transducer, it is necessary to stabilize its resonance frequency. In this case, it is necessary to stabilize the fixed state of the electromechanical transducer. However, in practice, the supporting portion such as a metal or the like is mechanically or caused by stress generated by a temperature change or the like. The part supported or fixed by the fixing member is displaced. For example, when the electromechanical transducer is fixed using an adhesive, the fixing position changes depending on the application range of the adhesive, and the resonance frequency of the electromechanical transducer varies. In addition, the fixed state of the electromechanical transducer fluctuates due to a change in the temperature of the adhesive, and it becomes difficult to maintain a stable fixed state.

【0012】機械−電気変換子を利用した光偏向器でも
先で述べた機械−電気変換子の特性上、大きな偏向角を
得るには高い駆動電圧が必要であったり、光偏向器の偏
向角が大きくばらつくという課題も有った。
[0012] Even in an optical deflector using a mechanical-electrical transducer, a high driving voltage is required to obtain a large deflection angle or a deflection angle of the optical deflector due to the characteristics of the mechanical-electrical transducer described above. However, there was also a problem of large variations.

【0013】本発明は、上記従来の装置のこのような課
題を解決するためになされたものであり、簡単な構成
で、大きい変位量を有し、しかも変位量等の特性ばらつ
きが極めて小さく、変位量を高精度で制御可能な変位制
御アクチュエータを提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the above-mentioned conventional apparatus, and has a simple configuration, a large displacement, and extremely small variation in characteristics such as the displacement. An object of the present invention is to provide a displacement control actuator capable of controlling a displacement amount with high accuracy.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項1記載の本発明は、相対する第1と第2の主
面を有する少なくとも2つの圧電基板の前記第1の主面
同士が直接接合を利用して接合された圧電素子と、前記
それぞれの圧電素子の前記第2の主面に形成された電極
とを有する機械−電気変換子と、前記機械−電気変換子
を支持する支持体とを備えた変位制御アクチュエータで
ある。
To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a piezoelectric substrate having at least two piezoelectric substrates having opposed first and second main surfaces. Supports a mechanical-electrical transducer having a piezoelectric element joined by using direct bonding, and an electrode formed on the second main surface of each of the piezoelectric elements, and supports the mechanical-electrical transducer. A displacement control actuator including a support.

【0015】請求項2記載の本発明は、上記2つの圧電
基板の前記第1の主面同士は、前記2つの圧電基板の構
成原子が、酸素及び水酸基からなる群から選ばれる少な
くとも一つを介して相互に結合することにより直接接合
されている請求項1に記載の変位制御アクチュエータで
ある。
According to a second aspect of the present invention, the first main surfaces of the two piezoelectric substrates are arranged so that the constituent atoms of the two piezoelectric substrates are at least one selected from the group consisting of oxygen and hydroxyl groups. The displacement control actuator according to claim 1, wherein the displacement control actuators are directly joined to each other by being connected to each other via a wire.

【0016】この様な構成により、より強固な結合が得
られ、基板の境界面での損失を極小にすることができ、
大きな変位量を確保することができる。
With such a structure, a stronger connection can be obtained, and the loss at the interface between the substrates can be minimized.
A large displacement can be secured.

【0017】請求項3記載の本発明は、上記2つの圧電
基板は、分極軸の向きが互いに逆方向となるように接合
されている請求項1に記載の変位制御アクチュエータで
ある。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the displacement control actuator according to the first aspect, wherein the two piezoelectric substrates are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other.

【0018】この様な構成により、例えば、それぞれの
圧電基板が効果的にたわみ振動を励振するため、大きな
変位量を有する事が出来る。
With such a configuration, for example, since each piezoelectric substrate effectively excites flexural vibration, a large displacement can be obtained.

【0019】請求項4記載の本発明は、前記2つの圧電
基板の内の一方の圧電基板に形成されたバッファ層と、
前記2つの圧電基板の内の他方の圧電基板とが直接接合
されている請求項1記載の変位制御アクチュエータであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a buffer layer formed on one of the two piezoelectric substrates,
2. The displacement control actuator according to claim 1, wherein the other piezoelectric substrate of the two piezoelectric substrates is directly bonded.

【0020】この様な構成により、例えば、接合面状態
のばらつきを無視することが出来たり、接合が困難な材
料の接合を可能にすることができたりする。
With such a configuration, for example, it is possible to disregard the variation in the bonding surface condition, or to enable bonding of materials that are difficult to bond.

【0021】請求項5記載の本発明は、上記機械−電気
変換子の一端が支持体に支持されている請求項1に記載
の変位制御アクチュエータである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the displacement control actuator according to the first aspect, wherein one end of the electromechanical transducer is supported by a support.

【0022】この様な構成により、例えば、変位量取り
出しの効率を向上する事が出来る。
With such a configuration, for example, it is possible to improve the efficiency of taking out the displacement amount.

【0023】請求項6記載の本発明は、上記圧電基板
が、結晶構造3m族の単結晶圧電材料からなり、前記単
結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたとき
に、前記圧電基板の主面が、前記Y軸となす角が+12
9°〜+152°の軸に垂直であり、かつ、X軸を含
み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前
記X軸に垂直である請求項1に記載の変位制御アクチュ
エータである。
According to a sixth aspect of the present invention, when the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 3m group, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes, The angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the Y axis is +12.
2. The displacement control actuator according to claim 1, wherein a line that is perpendicular to an axis of 9 ° to + 152 ° and that includes the X axis and that connects a center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support unit is perpendicular to the X axis. It is.

【0024】この様な構成により、例えば、変位量ばら
つきを小さく抑えながら、大変位量を確保することが可
能である。
With such a configuration, for example, it is possible to secure a large displacement while suppressing variation in the displacement.

【0025】請求項7記載の本発明は、上記圧電基板
が、結晶構造3m族の単結晶圧電材料からなり、前記単
結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたとき
に、前記圧電基板の主面が、前記Y軸となす角が−26
°〜+26°の軸に垂直であり、かつ、前記X軸を含
み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前
記X軸と平行である請求項1に記載の変位制御アクチュ
エータである。
According to a seventh aspect of the present invention, when the piezoelectric substrate is made of a single crystal piezoelectric material having a crystal structure of 3m group, and the crystal axes of the single crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes, The angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the Y axis is −26.
2. The displacement control actuator according to claim 1, wherein a line that is perpendicular to an axis of ° to + 26 °, includes the X axis, and connects a center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support unit is parallel to the X axis. It is.

【0026】この様な構成により、例えば、変位量ばら
つきを小さく抑えながら、大変位量を確保することが可
能である。
With such a configuration, for example, it is possible to secure a large displacement while suppressing variations in the displacement.

【0027】請求項8記載の本発明は、上記圧電基板
が、結晶構造32族の単結晶圧電材料からなり、前記単
結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたとき
に、前記圧電基板の主面が前記X軸に垂直であり、前記
圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前記Z軸と
+52°〜+86°の角度をなす請求項1に記載の変位
制御アクチュエータである。
The present invention according to claim 8, wherein the piezoelectric substrate is made of a single crystal piezoelectric material having a crystal structure of group 32, and the crystal axes of the single crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. 2. The piezoelectric substrate according to claim 1, wherein a main surface of the piezoelectric substrate is perpendicular to the X axis, and a line connecting a center of gravity of the piezoelectric substrate and a center of the supporting portion makes an angle of + 52 ° to + 86 ° with the Z axis. It is a displacement control actuator.

【0028】この様な構成により、例えば、変位量ばら
つきを小さく抑えながら、大変位量を確保することが可
能である。
With such a configuration, for example, it is possible to secure a large displacement while suppressing variation in the displacement.

【0029】請求項9記載の本発明は、上記圧電基板
が、結晶構造32族の単結晶圧電材料からなり、前記単
結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたとき
に、前記圧電基板の主面が、前記X軸となす角が−26
°〜+26°の軸に垂直であり、かつ、前記Y軸を含
み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前
記Y軸に平行である請求項1に記載の変位制御アクチュ
エータである。
According to a ninth aspect of the present invention, when the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of Group 32, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes, The angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the X axis is −26.
2. The displacement control actuator according to claim 1, wherein a line that is perpendicular to an axis of ° to + 26 °, includes the Y axis, and connects a center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support unit is parallel to the Y axis. It is.

【0030】この様な構成により、例えば、変位量ばら
つきを小さく抑えながら、大変位量を確保することが可
能である。
With such a configuration, for example, it is possible to secure a large displacement while suppressing variation in the displacement.

【0031】請求項10記載の本発明は、上記圧電基板
が、結晶構造32族の単結晶圧電材料からなり、前記単
結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたとき
に、前記圧電基板の主面が、前記X軸となす角が+82
°〜+98°の軸に垂直であり、且つ、前記Z軸を含
み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前
記Z軸に垂直である請求項1に記載の変位制御アクチュ
エータである。
According to a tenth aspect of the present invention, when the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of Group 32, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes, The angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the X axis is +82.
2. The displacement control actuator according to claim 1, wherein a line that is perpendicular to an axis of ° to + 98 ° and that includes the Z axis and that connects a center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support unit is perpendicular to the Z axis. It is.

【0032】この様な構成により、例えば、変位量ばら
つきを小さく抑えながら、大変位量を確保することが可
能である。
With such a configuration, for example, it is possible to secure a large displacement while suppressing variation in the displacement.

【0033】請求項11記載の本発明は、上記圧電基板
が、結晶構造4mm族の単結晶圧電材料からなり、前記
単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたとき
に、前記圧電基板の主面が、前記Y軸となす角が+22
°〜+41°の軸に垂直であり、かつ、前記X軸を含
み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前
記X軸に垂直である請求項1に記載の変位制御アクチュ
エータである。
The present invention according to claim 11, wherein the piezoelectric substrate is made of a single crystal piezoelectric material having a crystal structure of 4 mm group, and the crystal axes of the single crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. The angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the Y axis is +22.
2. The displacement control actuator according to claim 1, wherein a line that is perpendicular to an axis of ° to + 41 ° and that includes the X axis and that connects a center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support unit is perpendicular to the X axis. It is.

【0034】この様な構成により、例えば、変位量ばら
つきを小さく抑えながら、大変位量を確保することが可
能である。
With such a configuration, for example, it is possible to secure a large displacement while suppressing the variation in the displacement.

【0035】請求項12記載の本発明は、上記圧電基板
が、結晶構造4mm族の単結晶圧電材料からなり、前記
単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたとき
に、前記圧電基板の主面が、前記Z軸となす角が+49
°〜+68°の軸に垂直であり、かつ、前記Y軸を含
み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前
記Y軸に垂直である請求項1に記載の変位制御アクチュ
エータである。
According to a twelfth aspect of the present invention, when the piezoelectric substrate is made of a single crystal piezoelectric material having a crystal structure of 4 mm group, and the crystal axes of the single crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes, The angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the Z axis is +49.
2. The displacement control actuator according to claim 1, wherein a line that is perpendicular to an axis of ° to + 68 ° and that includes the Y axis and that connects a center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support unit is perpendicular to the Y axis. It is.

【0036】この様な構成により、例えば、変位量ばら
つきを小さく抑えながら、大変位量を確保することが可
能である。
With such a configuration, for example, it is possible to secure a large displacement while suppressing variation in the displacement.

【0037】請求項13記載の本発明は、上記圧電基板
が、結晶構造4mm族の単結晶圧電材料からなり、前記
単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたとき
に、前記圧電基板の主面が、前記Z軸と垂直である請求
項1に記載の変位制御アクチュエータである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, when the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 4 mm group, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes, 2. The displacement control actuator according to claim 1, wherein a main surface of the piezoelectric substrate is perpendicular to the Z axis.

【0038】この様な構成により、例えば、変位量ばら
つきを小さく抑えながら、大変位量を確保することが可
能である。
With such a configuration, for example, it is possible to secure a large displacement while suppressing the variation in the displacement.

【0039】請求項14記載の本発明は、上記圧電基板
が、結晶構造6mm族の単結晶圧電材料からなり、前記
単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたとき
に、前記圧電基板の主面が、前記Y軸となす角が+23
°〜+51°の軸に垂直であり、かつ、前記X軸を含
み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前
記X軸に垂直である請求項1に記載の変位制御アクチュ
エータである。
According to a fourteenth aspect of the present invention, when the piezoelectric substrate is made of a single crystal piezoelectric material having a crystal structure of 6 mm group, and the crystal axes of the single crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes, The angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the Y axis is +23.
2. The displacement control actuator according to claim 1, wherein a line that is perpendicular to an axis of ° to + 51 ° and that includes the X axis and that connects a center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support unit is perpendicular to the X axis. It is.

【0040】この様な構成により、例えば、変位量ばら
つきを小さく抑えながら、大変位量を確保することが可
能である。
With such a configuration, for example, it is possible to secure a large displacement while suppressing the variation in the displacement.

【0041】請求項15記載の本発明は、上記圧電基板
が、結晶構造6mm族の単結晶圧電材料からなり、前記
単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸としたとき
に、前記圧電基板の主面が、前記Z軸となす角が+46
°〜+66°の軸に垂直であり、かつ、前記Y軸を含
み、前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前
記Y軸に垂直である請求項1に記載の変位制御アクチュ
エータである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, when the piezoelectric substrate is made of a single crystal piezoelectric material having a crystal structure of 6 mm group, and the crystal axes of the single crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes, The angle between the main surface of the piezoelectric substrate and the Z axis is +46.
2. The displacement control actuator according to claim 1, wherein a line that is perpendicular to an axis of ° to + 66 ° and that includes the Y axis and that connects a center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support unit is perpendicular to the Y axis. It is.

【0042】この様な構成により、例えば、変位量ばら
つきを小さく抑えながら、大変位量を確保することが可
能である。
With such a configuration, for example, it is possible to secure a large displacement while suppressing variation in the displacement.

【0043】請求項16記載の本発明は、相対する第1
と第2の主面を有する少なくとも2つの圧電基板の前記
第1の主面同士が直接接合を利用して接合された圧電素
子と、前記それぞれの圧電素子の前記第2の主面に形成
された電極とを有する機械−電気変換子と、前記機械−
電気変換子を支持する支持体とを備え、前記機械−電気
変換子と前記支持体とが直接接合を利用して接合されて
いる変位制御アクチュエータである。
The present invention according to claim 16 is the first invention in which
A piezoelectric element in which the first main surfaces of at least two piezoelectric substrates having a second main surface and a second main surface are joined by using direct joining, and formed on the second main surface of each of the piezoelectric elements. -Electromechanical transducer having an electrode and
A displacement control actuator comprising a support for supporting an electric transducer, wherein the electromechanical transducer and the support are joined using direct joining.

【0044】請求項17記載の本発明は、上記機械−電
気変換子を構成する前記圧電基板と前記支持体とは、前
記圧電基板の構成原子と前記支持体の構成原子が酸素及
び水酸基からなる群から選ばれる少なくとも一つを介し
て相互に結合することにより、直接接合されている請求
項16に記載の変位制御アクチュエータである。
According to a seventeenth aspect of the present invention, the piezoelectric substrate and the support constituting the electromechanical transducer are such that the constituent atoms of the piezoelectric substrate and the constituent atoms of the support are composed of oxygen and hydroxyl groups. 17. The displacement control actuator according to claim 16, wherein the displacement control actuator is directly joined by being mutually connected via at least one selected from the group.

【0045】この様な構成により、例えば、より強固な
結合が得られ、接合面での条件の変化が極小となり、如
何なる環境下でも、変位量ばらつきを小さくすることが
できる。
With such a configuration, for example, a stronger connection can be obtained, a change in conditions at the joint surface is minimized, and a variation in displacement can be reduced under any environment.

【0046】請求項18記載の本発明は、上記圧電基板
と前記支持体とが同一の材料により構成されている請求
項16に記載の変位制御アクチュエータである。
The present invention according to claim 18 is the displacement control actuator according to claim 16, wherein the piezoelectric substrate and the support are made of the same material.

【0047】この様な構成により、例えば、より接合面
の条件の変化を小くし、変位量ばらつきを小さくするこ
とができる。
With such a configuration, for example, a change in the condition of the bonding surface can be made smaller, and the variation in the amount of displacement can be made smaller.

【0048】請求項19記載の本発明は、相対する第1
と第2の主面を有する少なくとも2つの圧電基板の前記
第1の主面同士が直接接合を利用して接合された圧電素
子と、前記それぞれの圧電素子の前記第2の主面に形成
された電極とを有する機械−電気変換子と、前記機械−
電気変換子を支持する支持体とを備え、前記機械−電気
変換子と前記支持体とが直接接合を利用して接合されて
おり、前記機械−電気変換子の自由端に反射板が取り付
けられている変位制御アクチュエータである。
[0048] The present invention according to claim 19 is characterized in that:
A piezoelectric element in which the first main surfaces of at least two piezoelectric substrates having a second main surface and a second main surface are joined by using direct joining, and formed on the second main surface of each of the piezoelectric elements. -Electromechanical transducer having an electrode and
A support for supporting the electrical transducer, wherein the mechanical-electrical transducer and the support are joined using direct joining, and a reflector is attached to a free end of the mechanical-electrical transducer. The displacement control actuator.

【0049】請求項20記載の本発明は、相対する第1
と第2の主面を有する少なくとも2つの圧電基板の前記
第1の主面同士が直接接合を利用して接合された圧電素
子と、前記それぞれの圧電素子の前記第2の主面に形成
された電極とを有する機械−電気変換子と、前記機械−
電気変換子を支持する支持体とを備え、前記機械−電気
変換子と前記支持体とが直接接合を利用して接合されて
おり、前記圧電素子を構成する一方の圧電基板の長さが
他方より長く、その長い方の圧電基板の内、前記他方の
圧電基板の先端部から突出した部位の表面に、反射膜が
形成されている変位制御アクチュエータである。
The present invention according to claim 20 is the first invention in which
A piezoelectric element in which the first main surfaces of at least two piezoelectric substrates having a second main surface and a second main surface are joined by using direct joining, and formed on the second main surface of each of the piezoelectric elements. -Electromechanical transducer having an electrode and
A support for supporting the electrical transducer, wherein the mechanical-electrical transducer and the support are joined using direct joining, and the length of one piezoelectric substrate constituting the piezoelectric element is the other A displacement control actuator in which a reflection film is formed on a surface of a portion of the longer piezoelectric substrate that protrudes from a tip portion of the other piezoelectric substrate.

【0050】請求項21記載の本発明は、相対する第1
と第2の主面を有する少なくとも2つの圧電基板の前記
第1の主面同士が直接接合を利用して接合された圧電素
子と、前記それぞれの圧電素子の前記第2の主面に形成
された電極とを有する機械−電気変換子と、前記機械−
電気変換子を支持する支持体とを備え、前記機械−電気
変換子と前記支持体とが直接接合を利用して接合されて
おり、前記圧電基板の表面に反射膜が形成されている変
位制御アクチュエータである。
The present invention described in claim 21 is the first aspect of the present invention.
A piezoelectric element in which the first main surfaces of at least two piezoelectric substrates having a second main surface and a second main surface are joined by using direct joining, and formed on the second main surface of each of the piezoelectric elements. -Electromechanical transducer having an electrode and
A displacement support in which the electromechanical transducer and the support are joined using direct joining, and a reflective film is formed on the surface of the piezoelectric substrate. Actuator.

【0051】請求項22記載の本発明は、上記機械−電
気変換子を構成する前記圧電基板と前記支持体とは、前
記圧電基板の構成原子と前記支持体の構成原子が酸素及
び水酸基からなる群から選ばれる少なくとも一つを介し
て相互に結合することにより、直接接合されている請求
項19、20又は21に記載の変位制御アクチュエータ
である。
According to a twenty-second aspect of the present invention, the piezoelectric substrate and the support constituting the electromechanical transducer are such that the constituent atoms of the piezoelectric substrate and the constituent atoms of the support are oxygen and hydroxyl groups. 22. The displacement control actuator according to claim 19, 20 or 21, wherein the displacement control actuator is directly joined by being mutually connected via at least one selected from the group.

【0052】この様な構成により、例えば、より強固な
結合が得られ、接合面での条件の変化が極小となり、如
何なる環境下でも、変位量ばらつきを小さくすることが
できる。
With such a configuration, for example, a stronger connection can be obtained, a change in conditions at the joint surface is minimized, and a variation in displacement can be reduced under any environment.

【0053】請求項23記載の本発明は、上記圧電基板
に形成されたバッファ層と、前記支持体とが直接接合さ
れている、又は、前記支持体に形成されたバッファ層
と、前記圧電基板とが直接接合されている請求項16、
19、20、又は21に記載の変位制御アクチュエータ
である。
The present invention according to claim 23, wherein the buffer layer formed on the piezoelectric substrate and the support are directly bonded to each other, or the buffer layer formed on the support and the piezoelectric substrate And 16 are directly joined.
20. A displacement control actuator according to claim 19, 20, or 21.

【0054】この様な構成により、例えば、接合面状態
のばらつきを無視することが出来たり、接合が困難な材
料の接合を可能にすることができたりする。
With such a configuration, for example, it is possible to disregard the variation in the state of the bonding surface or to make it possible to bond materials that are difficult to bond.

【0055】請求項24記載の本発明は、上記圧電基板
と前記支持体とが同一の材料により構成されている請求
項19、20又は21に記載の変位制御アクチュエータ
である。
The present invention according to claim 24 is the displacement control actuator according to claim 19, 20 or 21, wherein the piezoelectric substrate and the support are made of the same material.

【0056】この様な構成により、例えば、より接合面
の条件の変化を小くし、変位量ばらつきを小さくするこ
とができる。
With such a configuration, for example, a change in the condition of the bonding surface can be made smaller, and the variation in the displacement can be made smaller.

【0057】請求項25記載の本発明は、上記電極の全
部又は一部が反射膜を兼ねている請求項21に記載の変
位制御アクチュエータである。
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, there is provided the displacement control actuator according to the twenty-first aspect, wherein all or a part of the electrode also serves as a reflection film.

【0058】この様な構成により、例えば、構造をより
簡単にすることができる。
With such a configuration, for example, the structure can be simplified.

【0059】上記構成により、例えば、簡単な構成で、
大きい変位量を有し、しかも変位量等の特性ばらつきが
極めて小さく、変位量を高精度で制御可能な変位制御ア
クチュエータを提供することができる。
With the above configuration, for example, with a simple configuration,
It is possible to provide a displacement control actuator that has a large displacement amount, has extremely small variation in characteristics such as the displacement amount, and can control the displacement amount with high accuracy.

【0060】[0060]

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。 〈第1の実施の形態〉図1は本発明の第1の実施の形態
における精密変位制御アクチュエータに用いる機械−電
気変換子を示す斜視図である。図1に示すように、相対
する2つの主面を有する厚み50μm、幅1mm、長さ
8mmの長方形状のニオブ酸リチウム(LiNbO3
からなる圧電基板2a、2bは、その主面同士が直接接
合さ れており、これにより圧電素子2が構成されてい
る。ここで、圧電基板2aと圧電基板2bは、分極軸の
向きが互いに逆方向となるように接合されている。圧電
素子2の相対する2つの主面には、厚み0.2μmのク
ロム−ニッケルからなる電極3a、3bがそれぞれ形成
されている。これにより、バイモルフ型の機械−電気変
換子1が構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to embodiments. <First Embodiment> FIG. 1 is a perspective view showing a mechanical-electrical converter used for a precision displacement control actuator according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, rectangular lithium niobate (LiNbO 3 ) having two opposing main surfaces and having a thickness of 50 μm, a width of 1 mm, and a length of 8 mm.
The main surfaces of the piezoelectric substrates 2a and 2b are directly joined to each other, and thus the piezoelectric element 2 is formed. Here, the piezoelectric substrates 2a and 2b are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other. On two opposing main surfaces of the piezoelectric element 2, electrodes 3a and 3b made of chromium-nickel with a thickness of 0.2 μm are formed, respectively. Thereby, the bimorph type electromechanical transducer 1 is configured.

【0061】以下に、上記のような構成を有する機械−
電気変換子の製造方法の一例について説明する。
The following describes a machine having the above-described configuration.
An example of a method for manufacturing an electric transducer will be described.

【0062】図2(a)〜(c)は本発明の第1の実施
の形態における精密変位制御アクチュエータに用いる機
械−電気変換子の製造方法における直接接合の各段階の
圧電基板の界面状態を示す説明図である。図2(a)〜
(c)において、L1、L2、L3は圧電基板間の距離を
示している。
FIGS. 2A to 2C show the state of the interface of the piezoelectric substrate at each stage of direct bonding in the method of manufacturing the electromechanical transducer used in the precision displacement control actuator according to the first embodiment of the present invention. FIG. FIG.
In (c), L 1 , L 2 , and L 3 indicate the distances between the piezoelectric substrates.

【0063】まず、圧電基板2a、2bである2枚のL
iNbO3基板の両面を鏡面研磨した。次いで、これら
の圧電基板2a、2bを、アンモニアと過酸化水素と水
の混合液(アンモニア水:過酸化水素水:水=1:1:
6(容量比))で洗浄することにより、圧電基板2a、
2bに親水化処理を施した。図2(a)に示すように、
前記混合液で洗浄された圧電基板2a、2bの表面は水
酸基(−OH基)で終端され、親水性になった。図2
(a)は、接合の前の状態を示している。
First, two L substrates which are the piezoelectric substrates 2a and 2b
Both surfaces of the iNbO 3 substrate were mirror-polished. Next, these piezoelectric substrates 2a and 2b are mixed with a mixed solution of ammonia, hydrogen peroxide and water (ammonia water: hydrogen peroxide solution: water = 1: 1: 1).
6 (volume ratio)), the piezoelectric substrate 2a,
2b was subjected to a hydrophilic treatment. As shown in FIG.
The surfaces of the piezoelectric substrates 2a and 2b washed with the mixed liquid were terminated with hydroxyl groups (-OH groups) and became hydrophilic. FIG.
(A) has shown the state before joining.

【0064】次いで、図2(b)に示すように、親水化
処理を施した2枚の圧電基板(LiNbO3)2a、2
bを、分極軸の向きが互いに逆方向となるようにして接
合 した(L1>L2)。これにより、脱水が起こり、圧
電基板(LiNbO3)2aと圧電基板(LiNbO3
2bは、−OH重合や水素結合などの引力により引き合
って接合された。
Next, as shown in FIG. 2B, two piezoelectric substrates (LiNbO 3 ) 2a
b were joined so that the directions of the polarization axes were opposite to each other (L 1 > L 2 ). Thereby, dehydration occurs, and the piezoelectric substrate (LiNbO 3 ) 2a and the piezoelectric substrate (LiNbO 3 )
2b was attracted and joined by attractive forces such as -OH polymerization and hydrogen bonding.

【0065】次いで、上記のようにして接合した圧電基
板(LiNbO3)2a、2bに 、450℃の温度で熱
処理を施した。これにより、図2(c)に示すように、
圧電基板(LiNbO3)2aの構成原子と圧電基板
(LiNbO3)2bの構成原子との間が酸素(O)を
介して共有結合した状態となり(L2>L3)、圧電基板
2a、2bが原子レベルで強固に直接接合された。すな
わち、接合の界面に接着剤などの接着層の存在しない結
合状態が得られた。あるいは、圧電基板(LiNb
3)2aの構成原子と圧電基板(LiNbO3)2bの
構成原子との間が水酸基を介して共有結合した状態とな
り、圧電基板2a、2bが原子レベルで強固に直接接合
される場合もある。
Next, the piezoelectric substrates (LiNbO 3 ) 2a and 2b bonded as described above were subjected to a heat treatment at a temperature of 450 ° C. As a result, as shown in FIG.
The constituent atoms of the piezoelectric substrate (LiNbO 3 ) 2a and the constituent atoms of the piezoelectric substrate (LiNbO 3 ) 2b are covalently bonded via oxygen (O) (L 2 > L 3 ), and the piezoelectric substrates 2a and 2b Was firmly joined directly at the atomic level. That is, a bonding state in which an adhesive layer such as an adhesive did not exist at the bonding interface was obtained. Alternatively, a piezoelectric substrate (LiNb
O 3 ) 2 a and the constituent atoms of the piezoelectric substrate (LiNbO 3 ) 2 b are covalently bonded via a hydroxyl group, and the piezoelectric substrates 2 a and 2 b may be firmly and directly joined at the atomic level. .

【0066】LiNbO3のキュリー点は1210℃で
あり、これに近い温度履歴によっ て特性が劣化するた
め、熱処理温度はキュリー点以下であるのが望ましい。
The Curie point of LiNbO 3 is 1210 ° C., and the characteristics are degraded by a temperature history close to this, so that the heat treatment temperature is desirably equal to or lower than the Curie point.

【0067】ちなみに、接合したいものの鏡面研磨され
た面同士を表面処理して、接触させることにより、接着
剤などの接着層を介さずに界面間に直接生ずる接合を
「直接接合」と呼ぶ。一般的には、熱処理を施すことに
より、分子間力による接合から共有結合やイオン結合な
どの原子レベルの強力な接合となる。
By the way, the bonding that occurs directly between the interfaces without the intervention of an adhesive layer such as an adhesive by bringing the mirror-polished surfaces of the members to be bonded into contact with each other after the surface treatment is performed is called "direct bonding". Generally, by performing the heat treatment, a strong bond at the atomic level, such as a covalent bond or an ionic bond, becomes a bond due to intermolecular force.

【0068】次いで、直接接合した圧電基板(LiNb
3)2a、2b、すなわち圧電素子2の相対する2つ
の主面に、真空蒸着法によってクロム−ニッケルを蒸着
し、電極3a、3bを形成した(図1参照)。
Next, the directly bonded piezoelectric substrate (LiNb
O 3 ) 2a, 2b, that is, chromium-nickel was vapor-deposited on two opposite main surfaces of the piezoelectric element 2 by a vacuum vapor deposition method to form electrodes 3a, 3b (see FIG. 1).

【0069】最後に、ダイシングソーを用いて所定の大
きさの短冊状に切断加工し、バイモルフ型の機械−電気
変換子1を作製した。
Finally, a bimorph type electromechanical transducer 1 was manufactured by cutting into a strip having a predetermined size using a dicing saw.

【0070】図3に示すように、一方の圧電基板に酸化
珪素薄膜などからなるバッファ層46を直接接合し、再
度、その圧電基板ともう一方の圧電基板を直接接合する
ことも可能である。すなわち、圧電基板2aの一方の主
面に厚み0.1μmの酸化珪素薄膜などからなバッファ
層46を直接接合し、このバッファ層46と他の圧電基
板2bに親水化処理を施した後、両者を重ね合わせて熱
処理を施すことにより、圧電基板2bの構成原子とバッ
ファ層46の構成原子が酸素又は水酸基を介して接合さ
れる。
As shown in FIG. 3, it is also possible to directly join a buffer layer 46 made of a silicon oxide thin film or the like to one of the piezoelectric substrates, and then directly join the piezoelectric substrate to the other piezoelectric substrate again. That is, a buffer layer 46 made of a silicon oxide thin film having a thickness of 0.1 μm is directly joined to one main surface of the piezoelectric substrate 2a, and the buffer layer 46 and another piezoelectric substrate 2b are subjected to a hydrophilic treatment. Are superimposed and subjected to a heat treatment, whereby the constituent atoms of the piezoelectric substrate 2b and the constituent atoms of the buffer layer 46 are joined via an oxygen or hydroxyl group.

【0071】接合面にうねりや凹凸がある場合、又は接
合面にゴミなどの異物が付着している場合でも、バッフ
ァ層46が凹凸などを吸収してくれるので、直接接合を
容易に行うことができる。
Even if the joint surface has undulations or irregularities, or foreign matter such as dust adheres to the joint surface, the buffer layer 46 absorbs the irregularities and the like, so that direct joining can be easily performed. it can.

【0072】また、親水化処理によって表面に酸素や水
酸基が形成され難い材料を接合する場合にも、バッファ
層46を直接接合することにより、接合を容易に行うこ
とができる。この場合、バッファ層46は、接合予定面
の一方側だけに接合しても、両方の面に接合しても構わ
ない。
Also, when joining a material in which oxygen and hydroxyl groups are hardly formed on the surface by the hydrophilic treatment, the joining can be easily performed by directly joining the buffer layer 46. In this case, the buffer layer 46 may be bonded to only one side of the surface to be bonded, or may be bonded to both surfaces.

【0073】尚、バッファ層の材料としては、酸化珪素
の他に、例えば、窒化珪素、金属珪化物などを用いるこ
とができる。
As a material of the buffer layer, for example, silicon nitride, metal silicide, or the like can be used in addition to silicon oxide.

【0074】又、上記実施の形態では、バッファ層46
を一方の圧電基板に直接接合する場合について説明した
がこれに限らず例えば、バッファ層46を、成膜技術を
用いて、一方の圧電基板に形成し、その圧電基板上のバ
ッファ層ともう一方の圧電基板とを直接接合した構成て
も勿論良い。これにより直接接合しにくい圧電基板同士
の場合の組合せでも、バッファ層を介することにより直
接接合が可能となり、圧電基板の材料の選択の幅が広が
るという付随的効果もある。 〈第2の実施の形態〉図4は本発明の第2の実施の形態
における精密変位制御アクチュエータを示す斜視図、図
5はその断面図である。図4、図5に示すように、相対
する2つの主面を有する厚み50μm、幅1mm、長さ
8mmの長方形状のLiNbO3からなる圧電基板2
a、2bは、その主面同士が直接接合されており、これ
により機械−電気変換子1が構成されている。ここで、
圧電基板2aと圧電基板2bは、分極軸の向きが互いに
逆方向となるように接合されている。機械−電気変換子
1の一端は、LiNbO3からなる支持体4a、4bに
挟持された状態で固定されている。ここで、機械−電気
変換子1は、支持体4a、4bに直接接合されている。
この場合、例えば、図27に示すように、機械−電気変
換子1と支持体4a、4bとの接合は、酸化珪素薄膜な
どからなるバッファ層を介してする直接接合でもよい。
機械−電気変換子1の相対する2つの主面には、厚み
0.2μmのクロム−ニッケルからなる電極3a、3b
がそれぞれ形成されており、これらの電極3a、3bは
電極取り出しを容易にするために、支持体4a、4bに
も連続して形成されている。これにより、精密変位制御
アクチュエータ100が構成されている。
In the above embodiment, the buffer layer 46
Has been described directly to one of the piezoelectric substrates. However, the present invention is not limited to this. For example, the buffer layer 46 is formed on one of the piezoelectric substrates by using a film forming technique, and the buffer layer on the piezoelectric substrate is Of course, a configuration in which the above-mentioned piezoelectric substrate is directly bonded may be used. As a result, even in the case of a combination of piezoelectric substrates that are difficult to be directly bonded, direct bonding can be performed through the buffer layer, and there is an additional effect that the range of selection of the material of the piezoelectric substrate is widened. <Second Embodiment> FIG. 4 is a perspective view showing a precision displacement control actuator according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a sectional view thereof. As shown in FIGS. 4 and 5, a piezoelectric substrate 2 made of rectangular LiNbO 3 having a thickness of 50 μm, a width of 1 mm, and a length of 8 mm having two main surfaces facing each other.
The main surfaces of a and 2b are directly joined to each other, thereby forming the electromechanical transducer 1. here,
The piezoelectric substrates 2a and 2b are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other. Machine - One end of the electrical transducer 1, the support 4a made of LiNbO 3, and is fixed in a state of being sandwiched 4b. Here, the electromechanical transducer 1 is directly joined to the supports 4a, 4b.
In this case, for example, as shown in FIG. 27, the junction between the electromechanical transducer 1 and the supports 4a and 4b may be a direct junction via a buffer layer made of a silicon oxide thin film or the like.
Electrodes 3a, 3b made of chromium-nickel having a thickness of 0.2 μm are provided on two opposing main surfaces of the electromechanical transducer 1.
The electrodes 3a and 3b are also formed continuously on the supports 4a and 4b in order to facilitate electrode extraction. Thus, the precision displacement control actuator 100 is configured.

【0075】図4に示す精密変位制御アクチュエータ1
00は、LiNbO3等からなる機械−電気変換子1の
電極3aと3b間に駆動信号が印加されるが、圧電基板
2aと圧電基板2bは分極軸の向きが互いに逆方向とな
るように接合されているため、圧電基板2aに伸びよう
とするひずみあるいは、縮もうとするひずみが発生し、
圧電基板2bには圧電基板2aと反対のひずみが発生す
る。従って、機械−電気変換子1は支持体4a、4bに
より支持された端を基準としてたわみ振動を励振する
(図6参照)。
The precision displacement control actuator 1 shown in FIG.
No. 00, a drive signal is applied between the electrodes 3a and 3b of the electromechanical transducer 1 made of LiNbO 3 or the like, but the piezoelectric substrates 2a and 2b are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other. Therefore, a strain that tends to expand or a strain that tends to shrink occurs in the piezoelectric substrate 2a,
Distortion opposite to that of the piezoelectric substrate 2a occurs on the piezoelectric substrate 2b. Therefore, the electromechanical transducer 1 excites flexural vibration with reference to the ends supported by the supports 4a and 4b (see FIG. 6).

【0076】本実施の形態は圧電特性の安定なLiNb
3からなる圧電基板2a、2bを使用しているため、
印加電圧に対する変位の線形性も優れている。具体的に
は、破壊限界の85%以上まで線形性を示している(図
19参照)。その結果、高い制御性を有する精密変位制
御アクチュエータを実現することが出来る。また、従来
の圧電セラミック基板を利用した機械−電気変換子での
線形性は、破壊限界の10%までにとどまっている(図
20参照)。さらに、材料ばらつきが小さいLiNbO
3からなる圧電基板2a、2bを使用しているため、精
密変位制御アクチュエータの変位量のばらつきも小さ
い。
In this embodiment, LiNb having stable piezoelectric characteristics is used.
Since the piezoelectric substrates 2a and 2b made of O 3 are used,
The linearity of the displacement with respect to the applied voltage is also excellent. Specifically, it shows linearity up to 85% or more of the breaking limit (see FIG. 19). As a result, a precise displacement control actuator having high controllability can be realized. In addition, the linearity of a conventional electromechanical transducer using a piezoelectric ceramic substrate is limited to 10% of a breaking limit (see FIG. 20). Furthermore, LiNbO with small material variation
Since the three piezoelectric substrates 2a and 2b are used, the variation of the displacement amount of the precision displacement control actuator is small.

【0077】一方、圧電セラミック基板を接着して作製
した従来の機械−電気変換子の場合には、圧電基板間に
圧電基板よりも柔らかい接着剤が介在しているため、機
械−電気変換子に駆動信号が印加された際に、各圧電基
板に発生するひずみは接着剤により吸収され、たわみに
有効な実効ひずみを小さくする。このため、機械−電気
変換子に励振されるたわみ振動の振幅は小さくなる。
On the other hand, in the case of a conventional electromechanical transducer manufactured by bonding a piezoelectric ceramic substrate, an adhesive softer than the piezoelectric substrate is interposed between the piezoelectric substrates. When a drive signal is applied, the strain generated in each piezoelectric substrate is absorbed by the adhesive, and the effective strain effective for bending is reduced. For this reason, the amplitude of the flexural vibration excited by the electromechanical transducer becomes small.

【0078】しかし、本実施の形態の機械−電気変換子
1は、圧電基板2a、2bを直接接合することによって
作製されているため、圧電基板2a、2b間に接着剤な
どの接着層は存在しない。すなわち、駆動信号を印加
し、圧電基板2a、2bにひずみを発生させたとき、こ
のひずみを吸収するものが存在しないため、損失なくた
わみ振動に変換される。その結果、大きい変位量を有す
る精密変位制御アクチュエータを実現する事が出来る。
However, since the electromechanical transducer 1 of this embodiment is manufactured by directly joining the piezoelectric substrates 2a and 2b, there is no adhesive layer such as an adhesive between the piezoelectric substrates 2a and 2b. do not do. That is, when a drive signal is applied to generate strain in the piezoelectric substrates 2a and 2b, there is no one that absorbs the strain, and thus the vibration is converted to flexural vibration without loss. As a result, a precise displacement control actuator having a large displacement can be realized.

【0079】また、圧電基板2a、2b間に接着層が介
在しないため、温度変化によって機械−電気変換子1の
振動特性が変化することはない。
Further, since the adhesive layer is not interposed between the piezoelectric substrates 2a and 2b, the vibration characteristics of the electromechanical transducer 1 do not change due to a temperature change.

【0080】さらに、圧電基板2a、2bの接合状態が
均一となるため、機械−電気変換子1の共振周波数や変
位量のばらつきが極めて小さくなる。
Further, since the bonding state of the piezoelectric substrates 2a and 2b becomes uniform, the variation of the resonance frequency and the displacement of the electromechanical transducer 1 becomes extremely small.

【0081】一方、LiNbO3基板の厚み方向をY’
軸方向、長手方向をZ’軸方向に設定すると、圧縮応力
や引っ張り応力はZ’軸方向に働き、電荷はY’軸方向
に発生することになる。この場合、発生する電荷量は圧
電定数d23’に大きく依存する。また、この圧電定数d
23’の大きさは、Y’軸、Z’軸を結晶軸に対してどの
方向にとるかによって大きく変化する。つまり、Y’軸
とZ’軸の方向によって精密変位制御アクチュエータの
変位量は大きく変化する。Y’軸及びZ’軸を適切に設
定し、圧電定数d23’の大きさの絶対値が最も大きくな
るようにカット角を選んだ場合に、最も変位量の大きい
精密変位制御アクチュエータが得られる。 図7に、L
iNbO3基板の結晶軸とカット角との関係を示す。図
7において、X軸、Y軸、Z軸はLiNbO3の結晶軸
の方向を示し、X’軸(=X軸 )、Y’軸、Z’軸は
X軸を中心にY軸を角θだけ回転させた場合の直交軸を
示している。すなわち、X’軸(=X軸)、Y’軸、
Z’軸は、LiNbO3基板のカット方向を示してい
る。図7に示すように各軸の方向を設定すると、LiN
bO3基板の厚み方向をX’軸方向、長手方向をY’軸
方向に設定した場合には、圧電定数d12’が精密変位制
御アクチュエータの変位量に大きく関与する。
On the other hand, the thickness direction of the LiNbO 3 substrate is Y ′
When the axial direction and the longitudinal direction are set in the Z′-axis direction, compressive stress and tensile stress act in the Z′-axis direction, and electric charges are generated in the Y′-axis direction. In this case, the amount of generated electric charge largely depends on the piezoelectric constant d 23 ′. Also, this piezoelectric constant d
The size of 23 'greatly changes depending on the direction of the Y' axis and the Z 'axis with respect to the crystal axis. That is, the displacement amount of the precision displacement control actuator greatly changes depending on the directions of the Y ′ axis and the Z ′ axis. When the Y ′ axis and the Z ′ axis are appropriately set and the cut angle is selected so that the absolute value of the piezoelectric constant d 23 ′ becomes the largest, a precision displacement control actuator having the largest displacement can be obtained. . FIG.
4 shows the relationship between the crystal axis of the iNbO 3 substrate and the cut angle. In FIG. 7, the X axis, the Y axis, and the Z axis indicate the directions of the crystal axes of LiNbO 3 , and the X ′ axis (= X axis), the Y ′ axis, and the Z ′ axis have the Y axis at an angle θ 3 shows the orthogonal axis when rotated only by an angle. That is, the X 'axis (= X axis), the Y' axis,
The Z ′ axis indicates the cutting direction of the LiNbO 3 substrate. When the direction of each axis is set as shown in FIG.
When the thickness direction of the bO 3 substrate is set in the X′-axis direction and the longitudinal direction is set in the Y′-axis direction, the piezoelectric constant d 12 ′ greatly affects the displacement of the precision displacement control actuator.

【0082】また、LiNbO3基板の厚み方向をX’
軸方向、長手方向をZ’軸方向に設定した場合には、圧
電定数d13’が精密変位制御アクチュエータの変位量に
大きく関与する。
The thickness direction of the LiNbO 3 substrate is represented by X ′.
When the axial direction and the longitudinal direction are set in the Z′-axis direction, the piezoelectric constant d 13 ′ greatly affects the displacement amount of the precision displacement control actuator.

【0083】また、LiNbO3基板の厚み方向をY’
軸方向、長手方向をX’軸方向に設定した場合には、圧
電定数d21’が精密変位制御アクチュエータの変位量に
大きく関与する。
The thickness direction of the LiNbO 3 substrate is Y ′
When the axial direction and the longitudinal direction are set to the X′-axis direction, the piezoelectric constant d 21 ′ greatly affects the displacement amount of the precision displacement control actuator.

【0084】また、LiNbO3基板の厚み方向をY’
軸方向、長手方向をZ’軸方向に設定した場合には、圧
電定数d23’が精密変位制御アクチュエータの変位量に
大きく関与する。
The thickness direction of the LiNbO 3 substrate is Y ′
When the axial direction and the longitudinal direction are set in the Z′-axis direction, the piezoelectric constant d 23 ′ greatly affects the displacement amount of the precision displacement control actuator.

【0085】また、LiNbO3基板の厚み方向をZ’
軸 方向、長手方向をX’軸方向に設定した場合には、
圧電定数d31’が精密変位制御アクチュエータの変位量
に大きく関与する。
The thickness direction of the LiNbO 3 substrate is Z ′.
When the axis direction and the longitudinal direction are set to the X 'axis direction,
The piezoelectric constant d 31 ′ greatly affects the displacement of the precision displacement control actuator.

【0086】また、LiNbO3基板の厚み方 向をZ’
軸方向、長手方向をY’軸方向に設定した場合には、圧
電定数d32’が精密変位制御アクチュエータの変位量に
大きく関与する。
The thickness direction of the LiNbO 3 substrate is Z ′.
When the axial direction and the longitudinal direction are set to the Y′-axis direction, the piezoelectric constant d 32 ′ greatly affects the displacement amount of the precision displacement control actuator.

【0087】図8に、LiNbO3基板のカット角と圧
電定数との関係を示す。図8に示 すように、カット角
140°の場合に、圧電定数d23’は最も大きな値を有
する。実際にカット角を変えて精密変位制御アクチュエ
ータを作製した場合の実験結果を、下記(表1)と図9
に示す。
FIG. 8 shows the relationship between the cut angle of the LiNbO 3 substrate and the piezoelectric constant. As shown in FIG. 8, when the cut angle is 140 °, the piezoelectric constant d 23 ′ has the largest value. The experimental results when a precision displacement control actuator was manufactured by actually changing the cut angle are shown in Table 1 below and FIG.
Shown in

【0088】[0088]

【表1】 [Table 1]

【0089】上記(表1)に示すように、圧電定数の最
も大きいY−cut140°基板を用いてZ’軸方向を
長手方向とした精密変位制御アクチュエータが最も大き
い変位量が得られることが確かめられた。
As shown in the above (Table 1), it was confirmed that the Y-cut 140 ° substrate having the largest piezoelectric constant provided the precision displacement control actuator having the Z′-axis direction as the longitudinal direction and the largest displacement amount was obtained. Was done.

【0090】図10に、このときの精密変位制御アクチ
ュエータのカット角の関係を示す。図10に示すような
X軸を中心にY軸を140°回転し、Y’軸に垂直な面
に電極を設け、長手方向をZ’軸方向に設定した精密変
位制御アクチュエータが、最も大きい変位量を示した。
FIG. 10 shows the relationship between the cut angles of the precision displacement control actuator at this time. The precision displacement control actuator in which the Y axis is rotated 140 ° around the X axis as shown in FIG. 10, electrodes are provided on a plane perpendicular to the Y ′ axis, and the longitudinal direction is set in the Z ′ axis direction is the largest displacement. Amount indicated.

【0091】LiNbO3の結晶構造は、三方晶系の3
m族であり、Z軸を中心に3回対 称構造をとる。この
ため、同一の圧電定数を有するカット角はいくつも存在
する。例えば、図8に示すように、カット角50°及び
230°の圧電定数d32’とカット角140°及び32
0°の圧電定数d23’は同じ値となる。このことは、結
晶の対称性を考慮すれば明らかである。
The crystal structure of LiNbO 3 is trigonal 3
It is a member of the m group and has a symmetric structure three times around the Z axis. Therefore, there are several cut angles having the same piezoelectric constant. For example, as shown in FIG. 8, the piezoelectric constant d 32 ′ at the cut angles of 50 ° and 230 ° and the cut angles of 140 ° and 32 °
The piezoelectric constant d 23 ′ at 0 ° has the same value. This is clear when considering the symmetry of the crystal.

【0092】さらに、変位量の最も大きくなる最適カッ
ト角付近のカット角では、圧電定数のカット角依存性が
小さく、厳密にカット角を最適化しなくてもほぼ同じ変
位量が得られる。厳密にカット角を最適化しようとする
と、むしろ、厳密にカット角を規定することによる加工
の高精度化、バラツキを抑えるための工程の複雑化によ
る加工費用の増加や、歩留まりの悪化による単価の増加
が問題となってくる。
Further, at a cut angle near the optimum cut angle where the displacement amount becomes the largest, the dependence of the piezoelectric constant on the cut angle is small, and almost the same displacement amount can be obtained without strictly optimizing the cut angle. Rather than trying to optimize the cut angle strictly, the precision of the cut angle must be strictly specified, the processing cost must be increased due to the complexity of the process to suppress variation, and the unit price must be reduced due to the deterioration in yield. Increase is a problem.

【0093】一方、本発明では、単結晶材のような、圧
電定数のばらつきが非常に小さい材料を使用し、ばらつ
きの小さいデバイスの開発を目標の1つにしている。従
って、製造面と性能面の双方の妥協点として、本明細書
では、圧電定数の最大値を100%とした場合、圧電定
数のばらつきの許容範囲を、最大値の90%以上の範囲
としている。
On the other hand, in the present invention, one of the objectives is to use a material having a very small variation in piezoelectric constant, such as a single crystal material, and to develop a device having a small variation. Therefore, as a compromise between manufacturing and performance, in this specification, when the maximum value of the piezoelectric constant is 100%, the allowable range of the variation of the piezoelectric constant is 90% or more of the maximum value. .

【0094】圧電定数d23’に関して言うと、図8に示
すように、最適カット角は140°であるが、圧電定数
が最大値の90%になるカット角は、129°(図8中
において符号81を付した)と152°(図8中におい
て符号82を付した)である。従って、カット角が12
9°〜152°の範囲内にあれば、圧電定数は最大値の
90〜100%の値となり、変位量の劣化による問題が
生じることはない。また、LiNbO3基板の厚み方向
をY’軸方向、長手方向をX軸方向に設定した場合、精
密変位制御アクチュエータの変位量は圧電定数d21’に
依存する。図8に示すように、圧電定数d21’のカット
角依存性は圧電定数d23’のものよりも小さくなる。し
かし、この場合、カット角は、−26°〜+26°の範
囲内にあれば、圧電定数は最大値の90〜100%の値
となり、圧電定数のカット角依存性が非常に小さいた
め、変位量のばらつきによる問題も生じることはない。
Referring to the piezoelectric constant d 23 ′, as shown in FIG. 8, the optimum cut angle is 140 °, but the cut angle at which the piezoelectric constant is 90% of the maximum value is 129 ° (in FIG. 8, The reference numeral 81 is assigned) and 152 ° (reference numeral 82 in FIG. 8). Therefore, the cut angle is 12
If the piezoelectric constant is within the range of 9 ° to 152 °, the piezoelectric constant becomes a value of 90 to 100% of the maximum value, and no problem occurs due to the deterioration of the displacement amount. When the thickness direction of the LiNbO 3 substrate is set to the Y′-axis direction and the longitudinal direction is set to the X-axis direction, the amount of displacement of the precision displacement control actuator depends on the piezoelectric constant d 21 ′. As shown in FIG. 8, the cut angle dependence of the piezoelectric constant d 21 ′ is smaller than that of the piezoelectric constant d 23 ′. However, in this case, if the cut angle is in the range of −26 ° to + 26 °, the piezoelectric constant becomes a value of 90 to 100% of the maximum value, and the cut angle dependence of the piezoelectric constant is very small. There is no problem due to variation in the amount.

【0095】従って、カット角を高精度に仕上げなくて
も、大変位量の精密変位制御アクチュエータを作製する
ことが可能となるので、加工費用が安価になる。2枚の
圧電基板のカット角に差があると、圧電基板の焦電効果
による発生する電荷が打ち消されないという問題がある
ので、2枚の圧電基板のカット角の差は小さい方が好ま
しいが、圧電定数のカット角依存性が大きくないので、
機械−電気変換子を構成する2枚の圧電基板のカット角
の差は1°以内であればよい。
Therefore, a precision displacement control actuator having a large displacement can be manufactured without finishing the cut angle with high precision, and the processing cost is reduced. If there is a difference between the cut angles of the two piezoelectric substrates, there is a problem that the charge generated by the pyroelectric effect of the piezoelectric substrates is not canceled out. Therefore, it is preferable that the difference between the cut angles of the two piezoelectric substrates is small. Since the cutoff angle dependence of the piezoelectric constant is not large,
The difference between the cut angles of the two piezoelectric substrates constituting the electromechanical transducer may be within 1 °.

【0096】圧電特性の安定なLiNbO3単結晶から
なる圧電基板2a 、2bを使用しているため、基板に
印加される電荷の変化に対して、定数、特に圧電定数、
弾性定数が一定であるため、素子印加電圧に対する変位
の線形性が優れている。
Since the piezoelectric substrates 2a and 2b made of a LiNbO 3 single crystal having stable piezoelectric characteristics are used, constants, especially piezoelectric constants, are applied to changes in electric charge applied to the substrates.
Since the elastic constant is constant, the linearity of the displacement with respect to the element applied voltage is excellent.

【0097】具体的には、素子破壊限界の電圧の85%
以上まで線形性を示している(図19参照)。その結
果、電圧のみの制御で変位量を制御することが出来る高
い制御性を有する精密変位制御アクチュエータを実現す
ることが出来る。また、従来の圧電セラミック基板を利
用した機械−電気変換子での線形性は、破壊限界の10
%までにとどまっている。
Specifically, 85% of the element breakdown voltage
The linearity has been shown above (see FIG. 19). As a result, it is possible to realize a precise displacement control actuator having high controllability in which the displacement amount can be controlled by controlling only the voltage. In addition, the linearity of a conventional electromechanical transducer using a piezoceramic substrate is less than the breaking limit of 10%.
%.

【0098】さらに、このLiNbO3は単結晶である
ため、圧電定数、誘電率、弾 性定数などのばらつきが
極めて小さい。圧電セラミックの場合、これらの材料定
数は通常20%程度のばらつきを有する。このため、圧
電セラミックを用いた精密変位制御アクチュエータの変
位量や共振周波数は20%程度のばらつきを有する。し
かし、LiNbO3基板を直接接合して作製した本実施
の形態の精密変位制御 アクチュエータでは、変位量、
共振周波数ともにそのばらつきを5%以下に抑えること
ができた。
Further, since LiNbO 3 is a single crystal, variations in piezoelectric constant, dielectric constant, elastic constant and the like are extremely small. In the case of piezoelectric ceramics, these material constants usually have a variation of about 20%. For this reason, the displacement amount and the resonance frequency of the precision displacement control actuator using the piezoelectric ceramic have a variation of about 20%. However, in the precision displacement control actuator of the present embodiment manufactured by directly bonding the LiNbO 3 substrate, the displacement amount,
The variation in the resonance frequency was suppressed to 5% or less.

【0099】圧電セラミックは経時変化が大きく、安定
性に欠ける。このため、圧電セラミックを用いた精密変
位制御アクチュエータは、変位量が時間とともに10〜
15%程度変化するという問題点を有していた。しか
し、LiNbO3基板を直接接合して作製した本実施の
形態の精密変位制御アクチュエータは、極めて安定で経
時変化は2%以下であった。
Piezoelectric ceramics change greatly with time and lack stability. For this reason, a precision displacement control actuator using a piezoelectric ceramic has a displacement amount of 10 to 10 with time.
There was a problem that it changed by about 15%. However, the precision displacement control actuator according to the present embodiment manufactured by directly bonding the LiNbO 3 substrate was extremely stable, and the change with time was 2% or less.

【0100】機械−電気変換子1の長さ、厚さ及び幅
は、駆動周波数を考慮して決定される。通常、駆動周波
数が機械−電気変換子の共振周波数に近づくほど、精密
変位制御アクチュエータの変位量は大きくなる。
The length, thickness and width of the electromechanical transducer 1 are determined in consideration of the driving frequency. Normally, as the drive frequency approaches the resonance frequency of the electromechanical transducer, the displacement of the precision displacement control actuator increases.

【0101】厚さ50μmの2枚のLiNbO3基板が
直接接合され、先端から支持体までの長さが8mmに設
定された片持ち梁構造の機械−電気変換子1の共振周波
数は1.25kHzであった。
The resonance frequency of the cantilever-structured electromechanical transducer 1 in which two LiNbO 3 substrates having a thickness of 50 μm are directly bonded and the length from the tip to the support is set to 8 mm is 1.25 kHz. Met.

【0102】機械−電気変換子1の共振周波数は、その
長さと厚さによって決まる。従来の圧電セラミックを用
いた精密変位制御アクチュエータの場合、機械−電気変
換子の支持は接着剤を介して行われている。接着剤の塗
布量を制御することは困難であり、接着剤のはみ出しな
どによって機械−電気変換子の実質的な長さが短くなる
など、ばらつきが大きい。
The resonance frequency of the electromechanical transducer 1 is determined by its length and thickness. In the case of a precision displacement control actuator using a conventional piezoelectric ceramic, the mechanical-electrical transducer is supported via an adhesive. It is difficult to control the application amount of the adhesive, and the dispersion is large such that the substantial length of the electromechanical transducer is shortened due to the protrusion of the adhesive.

【0103】従って、従来の小型の圧電セラミックを用
いた精密変位制御アクチュエータの場合には、機械−電
気変換子の共振周波数がばらつくため、駆動周波数領域
での変位量にばらつきが生じるなどの問題があった。
Therefore, in the case of the conventional precision displacement control actuator using a small piezoelectric ceramic, the resonance frequency of the electromechanical transducer varies, and the displacement amount in the drive frequency region is varied. there were.

【0104】本実施の形態の場合には、支持体4a、4
b(図5参照)を機械−電気変換子1に直接接合してい
るので、機械−電気変換子1の長さのばらつきが極めて
小さくなる。その結果、機械−電気変換子1の共振周波
数のばらつきは極めて小さくなる。
In the case of this embodiment, the support members 4a, 4a
Since b (see FIG. 5) is directly joined to the electromechanical transducer 1, variation in the length of the electromechanical transducer 1 is extremely small. As a result, the variation in the resonance frequency of the electromechanical transducer 1 becomes extremely small.

【0105】図9の変位量と駆動周波数の測定結果に見
られるように、駆動周波数が1kHz以上の場合には、
機械−電気変換子1の共振周波数に近づくため、変位量
が著しく大きくなった。言い換えると、この1kHz以
上の周波数領域では共振の影響を受け、不安定になりが
ちであり、精密な変位制御を行うことは困難であった。
As can be seen from the measurement results of the displacement and the drive frequency in FIG. 9, when the drive frequency is 1 kHz or more,
Since the resonance frequency of the electromechanical transducer 1 is approached, the displacement amount is significantly increased. In other words, in the frequency region of 1 kHz or more, resonance tends to occur, and the frequency tends to be unstable, and it has been difficult to perform precise displacement control.

【0106】ところが、本実施の形態に示す場合は、機
械−電気変換子1の接合や機械−電気変換子1と支持体
4a、4bの接合に直接接合を用いているため、その長
さと厚さのばらつきがきわめて小さい。その結果、先に
述べたように、共振周波数のばらつきが5%以下とな
り、共振周波数近傍での変位量ばらつきもきわめて小さ
くなっている。
However, in the case of the present embodiment, since the direct connection is used for joining the electromechanical transducer 1 and joining the electromechanical transducer 1 and the support members 4a and 4b, the length and thickness thereof are reduced. The variability is extremely small. As a result, as described above, the variation in the resonance frequency is 5% or less, and the variation in the displacement near the resonance frequency is extremely small.

【0107】従って、大きな変位量を必要とする用途で
は、共振周波数近傍に駆動周波数を設定することによ
り、変位量ばらつきを小さく抑えながら、大きな変位量
を取り出すことが出来る。
Therefore, in applications where a large displacement is required, a large displacement can be taken out by setting the driving frequency near the resonance frequency while suppressing the variation in the displacement.

【0108】また、大きな変位量が必要でない用途で
は、共振周波数を駆動周波数から十分に離すことによ
り、駆動周波数範囲において共振周波数の影響を受けな
いようにし、変位量ばらつきを著しく小さくすることが
出来る。このためには、例えば、共振周波数が駆動周波
数の1.5倍以上の周波数となるように、機械−電気変
換子1を設計すればよい。
In applications where a large displacement is not required, the resonance frequency is sufficiently separated from the drive frequency so that the resonance frequency is not affected in the drive frequency range, and variation in the displacement can be significantly reduced. . For this purpose, for example, the electromechanical transducer 1 may be designed such that the resonance frequency is at least 1.5 times the drive frequency.

【0109】圧電基板2a、2bの材料としては、直接
接合が可能な単結晶圧電材料であればよく、LiNbO
3の他にタンタル酸リチウム(LiTaO3)、水晶、ラ
ンガイサト型圧電結晶、四ホウ酸リチウム(Li24
7)、ニオブ酸カリ(KNbO3)、PZT圧電単結晶な
どを用いることも可能である。ランガサイト型圧電結晶
としては、La3 Ga5 SiO14、La3 Ga5.5
Nb0.514、La3 Ga5.5 Ta0.514などが
ある。
The material of the piezoelectric substrates 2a and 2b may be a single crystal piezoelectric material that can be directly bonded, and may be LiNbO.
3 In addition to lithium tantalate (LiTaO 3 ), quartz, langaisato type piezoelectric crystal, lithium tetraborate (Li 2 B 4 O)
7 ), potassium niobate (KNbO 3 ), PZT piezoelectric single crystal, etc. can also be used. Examples of the langasite type piezoelectric crystal include La 3 Ga 5 SiO 14 and La 3 Ga 5.5
Nb 0.5 O 14 , La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O 14 and the like.

【0110】LiTaO3 の結晶構造は、LiNbO3
と同様に三方晶系の3m族であり、その最適カット角は
LiNbO3と同じである。また、水晶やランガサイト
型圧電結晶の結晶構造は、三方晶系の32族であり、L
247は正方晶系の4mm族であり、KNbO3やP
ZT圧電単結晶は六方晶系の6mm族である。
The crystal structure of LiTaO 3 is LiNbO 3
It is a trigonal system 3m group, and its optimal cut angle is the same as that of LiNbO 3 . Further, the crystal structure of quartz or a langasite-type piezoelectric crystal is a trigonal system group 32,
i 2 B 4 O 7 is a tetragonal 4 mm group and includes KNbO 3 and P
The ZT piezoelectric single crystal is a hexagonal 6 mm group.

【0111】図11〜図13に、32族の結晶構造を有
する水晶基板のカット角と圧電定数との関係を、図21
〜図23に、4mm族の結晶構造を有するLi247
基板のカット角と圧電定数との関係を、図24〜図26
に、6mm族の結晶構造を有するKNbO3基板のカッ
ト角と圧電定数との関係を示す。
FIGS. 11 to 13 show the relationship between the cut angle and the piezoelectric constant of a quartz substrate having a crystal structure of group 32, as shown in FIG.
To FIG. 23, Li 2 B 4 O 7 having a 4 mm group crystal structure
24 to 26 show the relationship between the cut angle of the substrate and the piezoelectric constant.
6 shows the relationship between the cut angle and the piezoelectric constant of a KNbO 3 substrate having a 6 mm group crystal structure.

【0112】図11は、水晶基板のX軸を回転軸として
回転した場合のカット角と圧電定数との関係、図12は
Y軸を回転軸として回転した場合のカット角と圧電定数
との関係、図13はZ軸を回転軸として回転した場合の
カット角と圧電定数との関係をそれぞれ示している。
尚、ランガサイト型圧電結晶からなる基板のカット角と
圧電定数との関係も同様である。図21は、4mm族の
Li247基板のX軸を回転軸として回転した場合の
カット角と圧電定数との関係、図22はY軸を回転軸と
して回転した場合のカット角と圧電定数との関係、図2
3はZ軸を回転軸として回転した場合のカット角と圧電
定数との関係をそれぞれ示している。
FIG. 11 shows the relationship between the cut angle and the piezoelectric constant when the crystal substrate is rotated around the X axis as the rotation axis, and FIG. 12 shows the relationship between the cut angle and the piezoelectric constant when rotated around the Y axis as the rotation axis. FIG. 13 shows the relationship between the cut angle and the piezoelectric constant when rotating about the Z axis as the rotation axis.
Note that the same applies to the relationship between the cut angle of a substrate made of a langasite-type piezoelectric crystal and the piezoelectric constant. FIG. 21 shows the relationship between the cut angle and the piezoelectric constant of the 4 mm group Li 2 B 4 O 7 substrate when rotated about the X axis as the rotation axis, and FIG. 22 shows the relationship between the cut angle when rotated about the Y axis as the rotation axis. Relationship with piezoelectric constant, Fig. 2
Numeral 3 indicates the relationship between the cut angle and the piezoelectric constant when rotating about the Z axis as the rotation axis.

【0113】図24は、6mm族のKNbO3基板のX
軸を回転軸として回転した場合のカット角と圧電定数と
の関係、図25はY軸を回転軸として回転した場合のカ
ット角と圧電定数との関係、図26はZ軸を回転軸とし
て回転した場合のカット角と圧電定数との関係をそれぞ
れ示している。尚、PZT圧電単結晶からなる基板のカ
ット角と圧電定数との関係も同様である。
FIG. 24 is a graph showing the relationship between the Xmm of the 6 mm KNbO 3 substrate.
FIG. 25 shows the relationship between the cut angle and the piezoelectric constant when rotated about the axis as the rotation axis, FIG. 25 shows the relationship between the cut angle and the piezoelectric constant when rotated about the Y axis, and FIG. 26 shows the rotation about the Z axis as the rotation axis. The relationship between the cut angle and the piezoelectric constant in the case of the above is shown. Note that the same applies to the relationship between the cut angle of the substrate made of a PZT piezoelectric single crystal and the piezoelectric constant.

【0114】下記(表2)に、図11〜図13から求め
た32族の結晶構造を有する単結晶圧電材料の最適カッ
ト角を、先に述べた3m族の結晶構造を有する単結晶圧
電材料、4mm族の結晶構造を有する単結晶圧電材料、
6mm族の結晶構造を有する単結晶圧電材料の場合と併
せて示す。
The following Table 2 shows the optimum cut angles of the single-crystal piezoelectric materials having the crystal structure of the group 32 obtained from FIGS. 11 to 13 and the single-crystal piezoelectric materials having the crystal structure of the 3m group described above. A single crystal piezoelectric material having a 4 mm group crystal structure,
This is shown together with the case of a single crystal piezoelectric material having a 6 mm group crystal structure.

【0115】[0115]

【表2】 [Table 2]

【0116】上記(表2)中、最適カット角の欄に記載
したオイラー角の3つの数字は、順にX軸、Y軸、Z軸
を中心とする回転角を示してい。また、上記(表2)に
は、最大となる圧電定数も示している。上記(表2)に
示すように、32族の結晶構造を有する圧電体をX軸を
回転軸として70°回転した場合、最大となる圧電定数
はd13’である。このことは、32族の結晶構造を有す
る圧電体をX軸を回転軸として70°回転した場合に
は、回転後のX’軸(=X軸)方向に垂直に圧電基板を
切り出し、Z’軸方向に圧電基板の長手方向を設定した
場合に、最も変位量が大きくなることを示している。
In the above (Table 2), the three numbers of the Euler angles described in the column of the optimum cut angle indicate the rotation angles around the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively. The above (Table 2) also shows the maximum piezoelectric constant. As shown in the above (Table 2), when the piezoelectric body having the crystal structure of Group 32 is rotated by 70 ° about the X axis as the rotation axis, the maximum piezoelectric constant is d 13 ′. This means that when the piezoelectric body having the crystal structure of the group 32 is rotated by 70 ° with the X axis as the rotation axis, the piezoelectric substrate is cut out perpendicularly to the rotated X ′ axis (= X axis) direction and Z ′ This indicates that the displacement amount is largest when the longitudinal direction of the piezoelectric substrate is set in the axial direction.

【0117】また、オイラー角が(0,0,0)の場
合、最大となる圧電定数はd12’である。このことは、
オイラー角が(0,0,0)の場合には、回転後のX’
軸(=X軸)方向に垂直に圧電基板を切り出し、Y’軸
方向に圧電基板の長手方向を設定した場合に、最も変位
量が大きくなることを示している。また、オイラー角が
(0,0,90)の場合、最大となる圧電定数はd21
である。このことは、オイラー角が(0,0,90)の
場合には、回転後のY’軸方向に垂直に圧電基板を切り
出し、X’軸方向に圧電基板の長手方向を設定した場合
に、最も変位量が大きくなることを示している。
When the Euler angle is (0, 0, 0), the maximum piezoelectric constant is d 12 ′. This means
If the Euler angle is (0,0,0), X 'after rotation
When the piezoelectric substrate is cut out perpendicular to the axis (= X-axis) direction and the longitudinal direction of the piezoelectric substrate is set in the Y′-axis direction, the displacement amount is the largest. When the Euler angle is (0, 0, 90), the maximum piezoelectric constant is d 21 ′.
It is. This means that when the Euler angle is (0, 0, 90), the piezoelectric substrate is cut out perpendicular to the rotated Y′-axis direction, and the longitudinal direction of the piezoelectric substrate is set in the X′-axis direction. This indicates that the displacement amount is the largest.

【0118】また、例えば32族の結晶構造を有する圧
電基板(水晶、ランガサイト型圧電結晶など)の場合、
図11〜図13に示すように、d13’については+52
°〜+86°の範囲(図11中において、最大値の位置
に符号110を付した)で、d12’については±26°
の範囲(図12中において、符号120を付した)で、
21’については+82°〜+98°の範囲(図13中
において、符号130を付した)で圧電定数が最大値を
基準として90〜100%の値となり、変位量の劣化に
よる問題が生じることはない。従って、カット角を高精
度に仕上げなくても、大変位量の精密変位制御アクチュ
エータを作製することが可能となるので、加工費用が安
価になる。
For example, in the case of a piezoelectric substrate (crystal, langasite type piezoelectric crystal, etc.) having a crystal structure of group 32,
As shown in FIGS. 11 to 13, d 13 ′ is +52.
In the range of ° to + 86 ° (the position of the maximum value is denoted by reference numeral 110 in FIG. 11), ± 12 ° for d 12
(Indicated by reference numeral 120 in FIG. 12)
As for d 21 ′, the piezoelectric constant becomes a value of 90 to 100% based on the maximum value in the range of + 82 ° to + 98 ° (indicated by reference numeral 130 in FIG. 13), which causes a problem due to deterioration of the displacement amount. There is no. Therefore, it is possible to manufacture a precise displacement control actuator having a large displacement amount without finishing the cut angle with high precision, and the processing cost is reduced.

【0119】同様に4mm族の結晶構造を有する圧電基
板(Li247等)の場合、d23’については、+2
2°〜+41°の範囲(図21中において、符号210
を付した)で、又、d31’については、+49°〜+6
8°の範囲(図22中において、符号220を付した)
で、それぞれ、圧電定数が最大値の90〜100%の値
になる。更に、Z軸を回転した場合、d31’、d32
は、最大値の85%程であるが、回転角に関係なく一定
である。従って、カット角を一切気にせず、大変位量の
変位制御アクチュエータを実現することができる(図2
3参照)。
Similarly, in the case of a piezoelectric substrate (such as Li 2 B 4 O 7 ) having a 4 mm group crystal structure, d 23 ′ is +2
In the range of 2 ° to + 41 ° (in FIG.
And d 31 ′ is + 49 ° to + 6 °.
8 ° range (in FIG. 22, reference numeral 220 is attached)
Thus, the piezoelectric constant becomes a value of 90 to 100% of the maximum value, respectively. Further, when the Z axis is rotated, d 31 ′, d 32
Is about 85% of the maximum value, but is constant regardless of the rotation angle. Therefore, it is possible to realize a displacement control actuator having a large displacement without concern for the cut angle (FIG. 2).
3).

【0120】また、6mm族の結晶構造を有する圧電基
板(KNbO3、PZT圧電単結晶など)の場合、
23’については、+23°〜+51°の範囲(図24
中において、符号240を付した)で、d31’について
は、+46°〜+66°の範囲(図25中において、符
号250を付した)で、圧電定数が最大値の90〜10
0%の値になり、変位量劣化による問題が生じることは
ない。
In the case of a piezoelectric substrate having a 6 mm group crystal structure (KNbO 3 , PZT piezoelectric single crystal, etc.),
For d 23 ′, a range of + 23 ° to + 51 ° (FIG. 24)
In FIG. 25, reference numeral 240 is attached, and d 31 ′ is in a range of + 46 ° to + 66 ° (in FIG. 25, attached with reference numeral 250), and the piezoelectric constant is 90 to 10 which is the maximum value.
The value is 0%, and no problem occurs due to the deterioration of the displacement amount.

【0121】以上のように、本実施の形態によれば、単
結晶圧電材料からなる圧電基板2a、2bを強固に直接
接合することによって機械−電気変換子1を形成したの
で、印加電圧に対する変位量の線形性の優れた、制御性
のよい精密変位制御アクチュエータを実現することがで
きる。接着剤等の接着層を用いることなく、圧電基板2
a、2bを強固に直接接合することによって機械−電気
変換子1を形成したので、特性のばらつきやひずみのロ
スなどが無く、大きい変位量を有する精密変位制御アク
チュエータを実現することもできる。また、接着剤を用
いることなく、機械−電気変換子1を支持体4a、4b
に直接接合するようにしたので、機械−電気変換子1の
位置合わせを高精度に行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the electromechanical transducer 1 is formed by firmly and directly joining the piezoelectric substrates 2a and 2b made of a single crystal piezoelectric material. It is possible to realize a precise displacement control actuator with excellent controllability and excellent linearity of quantity. Without using an adhesive layer such as an adhesive, the piezoelectric substrate 2
Since the electromechanical transducer 1 is formed by firmly joining the a and b to each other, a precision displacement control actuator having a large displacement can be realized without variation in characteristics or loss of strain. Also, the electromechanical transducer 1 can be supported 4a, 4b without using an adhesive.
Since it is configured to directly join the electro-mechanical transducer 1, the positioning of the electromechanical transducer 1 can be performed with high accuracy.

【0122】その結果、片持ち梁の長さや支持状態にば
らつきがなく、しかも安定性が高く、特性ばらつきが極
めて小さい小型の精密変位制御アクチュエータを実現す
ることができる。
As a result, it is possible to realize a small-sized precision displacement control actuator which has no variation in the length and support state of the cantilever, has high stability, and has extremely small characteristic variations.

【0123】尚、本実施の形態においては、電極3a、
3bの材料としてクロム−ニッケルを用いているが、必
ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、金、ク
ロム、銀又は合金材料を用いてもよい。 〈第3の実施の形態〉図14は本発明の第3の実施の形
態における精密変位制御アクチュエータを示す断面図で
ある。図14に示すように、相対する2つの主面を有す
る厚み50μm、幅1mm、長さ8mmの長方形状のL
iNbO3 からなる圧電基板2a、2bは、その主面
同士が直接接合されており、これにより機械−電気変換
子1が構成されている。ここで、圧電基板2aと圧電基
板2bは、分極軸の向きが互いに逆方向となるように接
合されている。機械−電気変換子1の一端は、LiNb
3 からなる支持体4a、4bに挟持された状態で固
定されている。ここで、機械−電気変換子1は、支持体
4a、4bに直接接合されている。又、機械−電気変換
子1の自由端には、光の反射を目的とする、例えばステ
ンレス表面に金がメッキされている反射板5aが取り付
けられている。
In this embodiment, the electrodes 3a,
Although chromium-nickel is used as the material of 3b, the material is not limited to this, and for example, gold, chromium, silver, or an alloy material may be used. <Third Embodiment> FIG. 14 is a sectional view showing a precision displacement control actuator according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, a rectangular L having a thickness of 50 μm, a width of 1 mm, and a length of 8 mm having two opposing main surfaces is provided.
The main surfaces of the piezoelectric substrates 2a and 2b made of iNbO 3 are directly bonded to each other, and thus the electromechanical transducer 1 is formed. Here, the piezoelectric substrates 2a and 2b are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other. One end of the electromechanical transducer 1 is LiNb.
It is fixed while being sandwiched between supports 4a and 4b made of O 3 . Here, the electromechanical transducer 1 is directly joined to the supports 4a, 4b. The free end of the electromechanical transducer 1 is provided with a reflector 5a for reflecting light, for example, a stainless steel surface plated with gold.

【0124】この場合、機械−電気変換子1と支持体4
a、4bとの接合は、酸化珪素薄膜などからなるバッフ
ァ層を介した直接接合でもよい。機械−電気変換子1の
相対する2つの主面には、厚み0.2μmのクロム−ニ
ッケルからなる電極3a、3bがそれぞれ形成されてお
り、これらの電極3a、3bは支持体4a、4bにも連
続して形成されている。これにより、光偏向用の精密変
位制御アクチュエータ100が構成されている。
In this case, the electromechanical transducer 1 and the support 4
The bonding with a and 4b may be a direct bonding via a buffer layer made of a silicon oxide thin film or the like. Electrodes 3a and 3b made of chromium-nickel having a thickness of 0.2 μm are formed on two opposing main surfaces of the electromechanical transducer 1, respectively. These electrodes 3a and 3b are provided on supports 4a and 4b. Are also formed continuously. Thus, a precision displacement control actuator 100 for light deflection is configured.

【0125】図14に示す精密変位制御アクチュエータ
100は、LiNbO3 等からなる機械−電気変換子
1の電極3aと3b間に駆動信号が同一方向に印加され
るが、圧電基板2aと圧電基板2bは分極軸の向きが互
いに逆方向となるように接合されているため、圧電基板
2aに伸びようとするひずみあるいは、縮もうとするひ
ずみが発生し、圧電基板2bには圧電基板2aと反対の
ひずみが発生する。従って、機械−電気変換子1は支持
体4a、4bにより支持された端を基準として、たわみ
振動を励振し、同一方向から入射してくる入射光(矢印
参照)を反射板5aで反射し、素子印加電圧で任意の角
度で光を偏向することができる(図15参照)。
In the precision displacement control actuator 100 shown in FIG. 14, a driving signal is applied in the same direction between the electrodes 3a and 3b of the electromechanical transducer 1 made of LiNbO 3 or the like, but the piezoelectric substrates 2a and 2b Are bonded in such a manner that the directions of the polarization axes are opposite to each other, so that a strain is generated in the piezoelectric substrate 2a which tends to expand or shrinks, and the piezoelectric substrate 2b is opposite in direction to the piezoelectric substrate 2a. Distortion occurs. Therefore, the electromechanical transducer 1 excites the flexural vibration with reference to the end supported by the supports 4a and 4b, and reflects the incident light (see the arrow) incident from the same direction on the reflector 5a, Light can be deflected at an arbitrary angle by the voltage applied to the element (see FIG. 15).

【0126】本実施の形態は圧電特性の安定なLiNb
3からなる圧電基板2a 、2bを使用しているため、
印加電圧に対する変位の線形性も優れている。具体的に
は、破壊限界の85%以上まで線形性を示している。そ
の結果、高い制御性を有する精密変位制御アクチュエー
タを実現することが出来る。また、従来の圧電セラミッ
ク基板を利用した機械−電気変換子での線形性は、破壊
限界の10%までにとどまっている。さらに、材料ばら
つきが小さいLiNbO3からなる圧電基板2a、2b
を使用しているため、精密変位制御アクチュエータの変
位量のばらつきも小さい。
In this embodiment, LiNb having stable piezoelectric characteristics is used.
Since the piezoelectric substrates 2a and 2b made of O 3 are used,
The linearity of the displacement with respect to the applied voltage is also excellent. Specifically, it shows linearity up to 85% or more of the breaking limit. As a result, a precise displacement control actuator having high controllability can be realized. In addition, the linearity of a conventional electromechanical transducer using a piezoelectric ceramic substrate is limited to 10% of a breaking limit. Further, the piezoelectric substrates 2a, 2b made of LiNbO 3 with small material variations
, The variation of the displacement amount of the precision displacement control actuator is small.

【0127】一方、圧電セラミック基板を接着して作製
した従来の機械−電気変換子の場合には、圧電基板間に
圧電基板よりも柔らかい接着剤が介在しているため、機
械−電気変換子に駆動信号が印加された際に、各圧電基
板に発生するひずみは接着剤により吸収され、たわみに
有効な実効ひずみを小さくする。このため、機械−電気
変換子に励振されるたわみ振動の振幅は小さくなる。
On the other hand, in the case of a conventional electromechanical transducer manufactured by bonding a piezoelectric ceramic substrate, since an adhesive softer than the piezoelectric substrate is interposed between the piezoelectric substrates, the electromechanical transducer is not provided with a piezoelectric material. When a drive signal is applied, the strain generated in each piezoelectric substrate is absorbed by the adhesive, and the effective strain effective for bending is reduced. For this reason, the amplitude of the flexural vibration excited by the electromechanical transducer becomes small.

【0128】しかし、本実施の形態の機械−電気変換子
1は、第2の実施の形態と同様に、圧電基板2a、2b
を直接接合することによって作製されているため、圧電
基板2a、2b間に接着剤などの接着層は存在しない。
すなわち、駆動信号を印加し、圧電基板2a、2bにひ
ずみを発生させたとき、このひずみを吸収するものが存
在しないため、損失なくたわみ振動に変換される。その
結果、大きい変位量を有する精密変位制御アクチュエー
タを実現する事が出来る。
However, the electromechanical transducer 1 of the present embodiment is similar to the second embodiment in that the piezoelectric substrates 2a, 2b
Of the piezoelectric substrates 2a and 2b, there is no adhesive layer such as an adhesive between the piezoelectric substrates 2a and 2b.
That is, when a drive signal is applied to generate strain in the piezoelectric substrates 2a and 2b, there is no one that absorbs the strain, and thus the vibration is converted to flexural vibration without loss. As a result, a precise displacement control actuator having a large displacement can be realized.

【0129】また、第2の実施の形態と同様に、圧電基
板2a、2bの接合状態が均一となるため、機械−電気
変換子1の共振周波数や変位量のばらつきが極めて小さ
くなる。
Further, as in the second embodiment, since the bonding state of the piezoelectric substrates 2a and 2b becomes uniform, the variation in the resonance frequency and the displacement of the electromechanical transducer 1 becomes extremely small.

【0130】さらに、圧電基板2a、2b間に接着層が
介在しないため、温度変化によって機械−電気変換子1
の振動特性が変化することはない。
Further, since no adhesive layer is interposed between the piezoelectric substrates 2a and 2b, the mechanical-electrical
Does not change the vibration characteristics.

【0131】加えて、カット角と特性ばらつきや変位量
の関係も第2の実施の形態と同様である。 〈第4の実施の形態〉図16は本発明の第4の実施の形
態における精密変位制御アクチュエータを示す断面図で
ある。図16に示すように、相対する2つの主面を有す
る厚み50μm、幅1mm、長さ8mmの長方形状のL
iNbO3からなり、やや全長が長 い圧電基板2aと、
やや全長が短い圧電基板2bは、その主面同士が直接接
合されており、これにより機械−電気変換子1が構成さ
れている。ここで、圧電基板2aと圧電基板2bは、分
極軸の向きが互いに逆方向となるように接合されてい
る。機械−電気変換子1の一端は、LiNbO3からな
る支持体4a、4bに 挟持された状態で固定されてい
る。ここで、機械−電気変換子1は、支持体4a、4b
に直接接合されている。
In addition, the relationship between the cut angle and the characteristic variation or displacement is the same as in the second embodiment. <Fourth Embodiment> FIG. 16 is a sectional view showing a precision displacement control actuator according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 16, a rectangular L having a thickness of 50 μm, a width of 1 mm, and a length of 8 mm having two opposing main surfaces is provided.
a piezoelectric substrate 2a made of iNbO 3 and having a slightly longer overall length;
The main surfaces of the piezoelectric substrate 2b, which has a slightly shorter overall length, are directly joined to each other, whereby the electromechanical transducer 1 is formed. Here, the piezoelectric substrates 2a and 2b are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other. Machine - One end of the electrical transducer 1, the support 4a made of LiNbO 3, and is fixed in a state of being sandwiched 4b. Here, the electromechanical transducer 1 includes supporters 4a, 4b
Directly joined to.

【0132】この場合、機械−電気変換子1と支持体4
a、4bとの接合は、酸化珪素薄膜などからなるバッフ
ァ層を介した直接接合でもよい。機械−電気変換子1の
相対する2つの主面には、特に、圧電基板2aについて
は圧電基板2bの先端部と同じ位置まで厚み0.2μm
のクロム−ニッケルからなる電極3a、3bがそれぞれ
形成されており、これらの電極3a、3bは支持体4
a、4bにも連続して形成されている。そして、圧電基
板2aの電極3aより先端は張り出し部を構成し、そこ
には、光の反射を目的とする厚み0.1μmの金からな
る反射膜5bが形成され、これにより、光偏向用の精密
変位制御アクチュエータ100が構成されている。
In this case, the electromechanical transducer 1 and the support 4
The bonding with a and 4b may be a direct bonding via a buffer layer made of a silicon oxide thin film or the like. On the two opposing main surfaces of the electromechanical transducer 1, in particular, for the piezoelectric substrate 2a, the thickness is 0.2 μm to the same position as the tip of the piezoelectric substrate 2b.
Electrodes 3a and 3b made of chromium-nickel are formed, and these electrodes 3a and 3b are
a, 4b are also formed continuously. The tip of the electrode 3a of the piezoelectric substrate 2a forms an overhang portion, on which a reflective film 5b made of gold having a thickness of 0.1 μm for reflecting light is formed. The precision displacement control actuator 100 is configured.

【0133】図16に示す精密変位制御アクチュエータ
100は、LiNbO3等からな る機械−電気変換子1
の電極3aと3b間に駆動信号が同一方向に印加される
が、圧電基板2aと圧電基板2bは分極軸の向きが互い
に逆方向となるように接合されているため、圧電基板2
aに伸びようとするひずみあるいは、縮もうとするひず
みが発生し、圧電基板2bには圧電基板2aと反対のひ
ずみが発生する。従って、機械−電気変換子1は支持体
4a、4bにより支持された端を基準としてたわみ振動
を励振し、同一方向から入射してくる入射光を反射膜5
bにおいて素子印加電圧で任意の角度で偏向することが
できる。
The precision displacement control actuator 100 shown in FIG. 16 is a mechanical-electrical transducer 1 made of LiNbO 3 or the like.
A drive signal is applied in the same direction between the electrodes 3a and 3b, but the piezoelectric substrates 2a and 2b are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other.
A strain to expand or a strain to shrink occurs in a, and a strain opposite to that of the piezoelectric substrate 2a occurs in the piezoelectric substrate 2b. Therefore, the electromechanical transducer 1 excites the flexural vibration with reference to the ends supported by the supports 4a and 4b, and reflects the incident light coming from the same direction into the reflection film 5.
In b, the light can be deflected at an arbitrary angle by the voltage applied to the element.

【0134】本実施の形態は圧電特性の安定なLiNb
3からなる圧電基板2a、2bを使用しているため、
印加電圧に対する変位の線形性も優れている。具体的に
は、破壊限界の85%以上まで線形性を示している。そ
の結果、高い制御性を有する精密変位制御アクチュエー
タを実現することが出来る。また、従来の圧電セラミッ
ク基板を利用した機械−電気変換子での線形性は、破壊
限界の10%までにとどまっている。さらに、材料ばら
つきが小さいLiNbO3からなる圧電基板2a 、2b
を使用しているため、精密変位制御アクチュエータの変
位量のばらつきも小さい。
In this embodiment, LiNb having stable piezoelectric characteristics is used.
Since the piezoelectric substrates 2a and 2b made of O 3 are used,
The linearity of the displacement with respect to the applied voltage is also excellent. Specifically, it shows linearity up to 85% or more of the breaking limit. As a result, a precise displacement control actuator having high controllability can be realized. In addition, the linearity of a conventional electromechanical transducer using a piezoelectric ceramic substrate is limited to 10% of a breaking limit. Further, the piezoelectric substrates 2a, 2b made of LiNbO 3 with small material variation
, The variation of the displacement amount of the precision displacement control actuator is small.

【0135】一方、圧電セラミック基板を接着して作製
した従来の機械−電気変換子の場合には、圧電基板間に
圧電基板よりも柔らかい接着剤が介在しているため、機
械−電気変換子に駆動信号が印加された際に、各圧電基
板に発生するひずみは接着剤により吸収され、たわみに
有効な実効ひずみを小さくする。このため、機械−電気
変換子に励振されるたわみ振動の振幅は小さくなる。
On the other hand, in the case of a conventional electromechanical transducer manufactured by bonding a piezoelectric ceramic substrate, since an adhesive softer than the piezoelectric substrate is interposed between the piezoelectric substrates, the electromechanical transducer is not used. When a drive signal is applied, the strain generated in each piezoelectric substrate is absorbed by the adhesive, and the effective strain effective for bending is reduced. For this reason, the amplitude of the flexural vibration excited by the electromechanical transducer becomes small.

【0136】しかし、本実施の形態の機械−電気変換子
1は、第2の実施の形態と同様に、圧電基板2a、2b
を直接接合することによって作製されているため、圧電
基板2a、2b間に接着剤などの接着層は存在しない。
すなわち、駆動信号を印加し、圧電基板2a、2bにひ
ずみを発生させたとき、このひずみを吸収するものが存
在しないため、損失なくたわみ振動に変換される。その
結果、大きい変位量を有する精密変位制御アクチュエー
タを実現する事が出来る。
However, the electromechanical transducer 1 of the present embodiment is similar to the second embodiment in that the piezoelectric substrates 2a, 2b
Of the piezoelectric substrates 2a and 2b, there is no adhesive layer such as an adhesive between the piezoelectric substrates 2a and 2b.
That is, when a drive signal is applied to generate strain in the piezoelectric substrates 2a and 2b, there is no one that absorbs the strain, and thus the vibration is converted to flexural vibration without loss. As a result, a precise displacement control actuator having a large displacement can be realized.

【0137】また、第2の実施の形態と同様に、圧電基
板2a、2bの接合状態が均一となるため、機械−電気
変換子1の共振周波数や変位量のばらつきが極めて小さ
くなる。
Further, as in the second embodiment, since the bonding state of the piezoelectric substrates 2a and 2b becomes uniform, the variation in the resonance frequency and the displacement of the electromechanical transducer 1 becomes extremely small.

【0138】さらに、圧電基板2a、2b間に接着層が
介在しないため、温度変化によって機械−電気変換子1
の振動特性が変化することはない。
Further, since no adhesive layer is interposed between the piezoelectric substrates 2a and 2b, the mechanical-electrical
Does not change the vibration characteristics.

【0139】加えて、カット角と特性ばらつきや変位量
の関係も第2の実施の形態と同様である。 〈第5の実施の形態〉図17は本発明の第5の実施の形
態における精密変位制御アクチュエータを示す断面図で
ある。図17に示すように、相対する2つの主面を有す
る厚み50μm、幅1mm、長さ8mmの長方形状のL
iNbO3からなり、圧電基板2a と2bは、その主面
同士が直接接合されており、これにより機械−電気変換
子1が構成されている。ここで、圧電基板2aと圧電基
板2bは、分極軸の向きが互いに逆方向となるように接
合されている。機械−電気変換子1の一端は、LiNb
3からなる支持体4a、4bに挟持された状態で固定
されている。ここで 、機械−電気変換子1は、支持体
4a、4bに直接接合されている。
In addition, the relationship between the cut angle and the characteristic variation and displacement is the same as in the second embodiment. <Fifth Embodiment> FIG. 17 is a sectional view showing a precision displacement control actuator according to a fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 17, a rectangular L having a thickness of 50 μm, a width of 1 mm, and a length of 8 mm having two opposing main surfaces is provided.
consists LiNbO 3, the piezoelectric substrate 2a and 2b, the main surfaces is bonded directly, thereby mechanical - electrical transducer 1 is constituted. Here, the piezoelectric substrates 2a and 2b are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other. One end of the electromechanical transducer 1 is LiNb.
It is fixed while being sandwiched between supports 4a and 4b made of O 3 . Here, the electromechanical transducer 1 is directly joined to the supports 4a, 4b.

【0140】この場合、機械−電気変換子1と支持体4
a、4bとの接合は、酸化珪素薄膜などからなるバッフ
ァ層を介した直接接合でもよい。機械−電気変換子1の
相対する2つの主面には、厚み0.2μmのクロム−金
からなる反射膜5bの役割を兼ね備えた、電極3a、3
bがそれぞれ形成されており、これらの電極3a、3b
は支持体4a、4bにも連続して形成されている。これ
により、光偏向用の精密変位制御アクチュエータ100
が構成されている。
In this case, the electromechanical transducer 1 and the support 4
The bonding with a and 4b may be a direct bonding via a buffer layer made of a silicon oxide thin film or the like. Electrodes 3a, 3 having a role of a reflection film 5b made of chrome-gold having a thickness of 0.2 μm are provided on two opposing main surfaces of the electromechanical transducer 1.
b are formed respectively, and these electrodes 3a, 3b
Are also formed continuously on the supports 4a and 4b. Thereby, the precision displacement control actuator 100 for light deflection
Is configured.

【0141】図17に示す精密変位制御アクチュエータ
100は、LiNbO3等からな る機械−電気変換子1
の電極3aと3b間に駆動信号が同一方向に印加される
が、圧電基板2aと圧電基板2bは分極軸の向きが互い
に逆方向となるように接合されているため、圧電基板2
aに伸びようとするひずみあるいは、縮もうとするひず
みが発生し、圧電基板2bには圧電基板2aと反対のひ
ずみが発生する。従って、機械−電気変換子1は支持体
4a、4bにより支持された端を基準としてたわみ振動
を励振し、同一方向から入射してくる入射光を反射膜5
b(電極3b)において素子印加電圧で任意の角度で偏
向することができる。
A precision displacement control actuator 100 shown in FIG. 17 is a mechanical-electrical transducer 1 made of LiNbO 3 or the like.
A drive signal is applied in the same direction between the electrodes 3a and 3b, but the piezoelectric substrates 2a and 2b are joined so that the directions of the polarization axes are opposite to each other.
A strain to expand or a strain to shrink occurs in a, and a strain opposite to that of the piezoelectric substrate 2a occurs in the piezoelectric substrate 2b. Therefore, the electromechanical transducer 1 excites the flexural vibration with reference to the ends supported by the supports 4a and 4b, and reflects the incident light coming from the same direction into the reflection film 5.
b (electrode 3b) can be deflected at an arbitrary angle by the voltage applied to the element.

【0142】本実施の形態は圧電特性の安定なLiNb
3からなる圧電基板2a、2bを使用しているため、
印加電圧に対する変位の線形性も優れている。具体的に
は、破壊限界の85%以上まで線形性を示している。そ
の結果、高い制御性を有する精密変位制御アクチュエー
タを実現することが出来る。また、従来の圧電セラミッ
ク基板を利用した機械−電気変換子での線形性は、破壊
限界の10%までにとどまっている。さらに、材料ばら
つきが小さいLiNbO3からなる圧電基板2a 、2b
を使用しているため、精密変位制御アクチュエータの変
位量のばらつきも小さい。
In this embodiment, LiNb having stable piezoelectric characteristics is used.
Since the piezoelectric substrates 2a and 2b made of O 3 are used,
The linearity of the displacement with respect to the applied voltage is also excellent. Specifically, it shows linearity up to 85% or more of the breaking limit. As a result, a precise displacement control actuator having high controllability can be realized. In addition, the linearity of a conventional electromechanical transducer using a piezoelectric ceramic substrate is limited to 10% of a breaking limit. Further, the piezoelectric substrates 2a, 2b made of LiNbO 3 with small material variation
, The variation of the displacement amount of the precision displacement control actuator is small.

【0143】一方、圧電セラミック基板を接着して作製
した従来の機械−電気変換子の場合には、圧電基板間に
圧電基板よりも柔らかい接着剤が介在しているため、機
械−電気変換子に駆動信号が印加された際に、各圧電基
板に発生するひずみは接着剤により吸収され、たわみに
有効な実効ひずみを小さくする。このため、機械−電気
変換子に励振されるたわみ振動の振幅は小さくなる。
On the other hand, in the case of a conventional electromechanical transducer manufactured by bonding a piezoelectric ceramic substrate, an adhesive softer than the piezoelectric substrate is interposed between the piezoelectric substrates. When a drive signal is applied, the strain generated in each piezoelectric substrate is absorbed by the adhesive, and the effective strain effective for bending is reduced. For this reason, the amplitude of the flexural vibration excited by the electromechanical transducer becomes small.

【0144】しかし、本実施の形態の機械−電気変換子
1は、第2の実施の形態と同様に、圧電基板2a、2b
を直接接合することによって作製されているため、圧電
基板2a、2b間に接着剤などの接着層は存在しない。
すなわち、駆動信号を印加し、圧電基板2a、2bにひ
ずみを発生させたとき、このひずみを吸収するものが存
在しないため、損失なくたわみ振動に変換される。その
結果、大きい変位量を有する精密変位制御アクチュエー
タを実現する事が出来る。
However, the electromechanical transducer 1 of the present embodiment is similar to the second embodiment in that the piezoelectric substrates 2a, 2b
Of the piezoelectric substrates 2a and 2b, there is no adhesive layer such as an adhesive between the piezoelectric substrates 2a and 2b.
That is, when a drive signal is applied to generate strain in the piezoelectric substrates 2a and 2b, there is no one that absorbs the strain, and thus the vibration is converted to flexural vibration without loss. As a result, a precise displacement control actuator having a large displacement can be realized.

【0145】また、第2の実施の形態と同様に、圧電基
板2a、2bの接合状態が均一となるため、機械−電気
変換子1の共振周波数や変位量のばらつきが極めて小さ
くなる。
Further, as in the second embodiment, since the bonding state of the piezoelectric substrates 2a and 2b becomes uniform, the variation in the resonance frequency and the displacement of the electromechanical transducer 1 becomes extremely small.

【0146】さらに、圧電基板2a、2b間に接着層が
介在しないため、温度変化によって機械−電気変換子1
の振動特性が変化することはない。
Furthermore, since no adhesive layer is interposed between the piezoelectric substrates 2a and 2b, the mechanical-electrical
Does not change the vibration characteristics.

【0147】加えて、カット角と特性ばらつきや変位量
の関係も第2の実施の形態と同様である。
In addition, the relationship between the cut angle and the characteristic variation or displacement is the same as in the second embodiment.

【0148】また、本実施の形態は、図18に示すよう
に、機械−電気変換子1の電極3aと3b間に駆動信号
を印加することにより、機械−電気変換子1にたわみ振
動を励振する。このたわみにより電極3aと3bにクロ
ム−金などの高効率反射材を用いることにより擬似的な
凹面鏡を作ることができる。これにより、集光装置とし
て利用することも可能である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 18, a drive signal is applied between the electrodes 3a and 3b of the electromechanical transducer 1 to excite the flexural vibration of the electromechanical transducer 1. I do. Due to this deflection, a pseudo concave mirror can be produced by using a highly efficient reflector such as chrome-gold for the electrodes 3a and 3b. Thereby, it can be used as a light collecting device.

【0149】尚、上記第1〜第5の実施の形態における
アクチュエータの機械−電器変換子は、たわみ振動をさ
せることも出来るし、又、一定の変形状態を保持させる
ことも出来るものである。
It should be noted that the mechanical-electrical converter of the actuator according to the first to fifth embodiments can cause flexural vibration and can maintain a constant deformed state.

【0150】[0150]

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、簡単な構成でより大きい変位量が確保出来ると
いう長所を有する。
As apparent from the above description, the present invention has an advantage that a larger displacement can be secured with a simple structure.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態における精密変位制
御アクチュエータに用いる機械−電気変換子を示す斜視
FIG. 1 is a perspective view showing a mechanical-electrical converter used for a precision displacement control actuator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(c):本発明の第1の実施の形態に
おける精密変位制御アクチュエータに用いる機械−電気
変換子の製造方法における直接接合の各段階の圧電基板
の界面状態を示す説明図
FIGS. 2 (a) to 2 (c): Interface states of a piezoelectric substrate at respective stages of direct bonding in a method for manufacturing a mechanical-electrical transducer used for a precision displacement control actuator according to a first embodiment of the present invention. Illustration

【図3】本発明の第1の実施の形態における精密変位制
御アクチュエータに用いる機械−電気変換子の他の例を
示す斜視図
FIG. 3 is a perspective view showing another example of the electromechanical transducer used in the precision displacement control actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態における精密変位制
御アクチュエータを示す斜視図
FIG. 4 is a perspective view showing a precision displacement control actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施の形態における精密変位制
御アクチュエータを示す断面図
FIG. 5 is a sectional view showing a precision displacement control actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施の形態における片持ち梁構
造のバイモルフ型機械−電気変換子に撓み振動励振する
様子を示す説明図
FIG. 6 is an explanatory view showing a state of bending vibration excitation of a bimorph type mechanical-electrical transducer having a cantilever structure according to the first embodiment of the present invention.

【図7】圧電基板の結晶軸とカット角との関係を示す図FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a crystal axis of a piezoelectric substrate and a cut angle.

【図8】LiNbO3基板のカット角と圧電定数との関
係を示す図
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a cut angle of a LiNbO 3 substrate and a piezoelectric constant.

【図9】本発明の第1の実施の形態における精密変位制
御アクチュエータの周波数特性図
FIG. 9 is a frequency characteristic diagram of the precision displacement control actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第1の実施の形態における精密変位
制御アクチュエータのカット角を示す図
FIG. 10 is a diagram showing a cut angle of the precision displacement control actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図11】水晶基板のカット角と圧電定数との関係を示
す図
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a cut angle of a quartz substrate and a piezoelectric constant.

【図12】水晶基板のカット角と圧電定数との関係を示
す図
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a cut angle of a quartz substrate and a piezoelectric constant.

【図13】水晶基板のカット角と圧電定数との関係を示
す図
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a cut angle of a quartz substrate and a piezoelectric constant.

【図14】本発明の第3の実施の形態における精密変位
制御アクチュエータを示す断面図
FIG. 14 is a sectional view showing a precision displacement control actuator according to a third embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第3の実施の形態における精密変位
制御アクチュエータに撓み振動が励振し、偏向する様子
を示す説明図
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a state in which bending vibration is excited and deflected in the precision displacement control actuator according to the third embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第4の実施の形態における精密変位
制御アクチュエータを示す断面図
FIG. 16 is a sectional view showing a precision displacement control actuator according to a fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第5の実施の形態における精密変位
制御アクチュエータを示す断面図
FIG. 17 is a sectional view showing a precision displacement control actuator according to a fifth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第5の実施の形態における精密変位
制御アクチュエータを集光装置に利用した時の集光する
様子を示す説明図
FIG. 18 is an explanatory view showing how light is condensed when the precision displacement control actuator according to the fifth embodiment of the present invention is used in a light condensing device.

【図19】本発明の第2の実施の形態における精密変位
制御アクチュエータのアクチュエータ特性図
FIG. 19 is an actuator characteristic diagram of a precision displacement control actuator according to the second embodiment of the present invention.

【図20】従来技術における片持ち梁構造のバイモルフ
型アクチュエータのアクチュエータ特性図
FIG. 20 is an actuator characteristic diagram of a bimorph-type actuator having a cantilever structure according to the related art.

【図21】本発明の第2の実施の形態におけるLi24
7のカット角と圧電定数との関係を示す図
FIG. 21 shows Li 2 B 4 according to the second embodiment of the present invention.
Diagram showing the relationship between the cut angle of O 7 and the piezoelectric constant

【図22】同実施の形態におけるLi247のカット
角と圧電定数との関係を示す図
FIG. 22 is a view showing a relationship between a cut angle of Li 2 B 4 O 7 and a piezoelectric constant in the embodiment.

【図23】同実施の形態におけるLi247のカット
角と圧電定数との関係を示す図
FIG. 23 is a view showing a relationship between a cut angle of Li 2 B 4 O 7 and a piezoelectric constant in the embodiment.

【図24】同実施の形態におけるKNbO3のカット角
と圧電定数との関係を示す図
FIG. 24 is a view showing a relationship between a cut angle of KNbO 3 and a piezoelectric constant in the embodiment.

【図25】同実施の形態におけるKNbO3のカット角
と圧電定数との関係を示す図
FIG. 25 is a diagram showing a relationship between a cut angle of KNbO 3 and a piezoelectric constant in the embodiment.

【図26】同実施の形態におけるKNbO3のカット角
と圧電定数との関係を示す図
FIG. 26 is a diagram showing a relationship between a cut angle of KNbO 3 and a piezoelectric constant in the embodiment.

【図27】本発明の第2の実施の形態における精密変位
制御アクチュエータを示す断面図
FIG. 27 is a sectional view showing a precision displacement control actuator according to a second embodiment of the present invention.

【図28】従来技術におけるバイモルフ型機械−電気変
換子を示す斜視図
FIG. 28 is a perspective view showing a bimorph-type electromechanical transducer according to the related art.

【図29】従来技術における片持ち梁構造のバイモルフ
型アクチュエータを示す断面図
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a bimorph actuator having a cantilever structure according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 機械−電気変換子 2a、2b 圧電基板 3a、3b 電極 4a、4b 支持体 5a 反射板 5b 反射膜 46 バッファ層 100 精密変位制御アクチュエータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mechano-electric converter 2a, 2b Piezoelectric substrate 3a, 3b Electrode 4a, 4b Support 5a Reflector 5b Reflective film 46 Buffer layer 100 Precision displacement control actuator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 佳宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川▲さき▼ 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Yoshihiro Tomita 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. In company

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相対する第1と第2の主面を有する少な
くとも2つの圧電基板の前記第1の主面同士が直接接合
を利用して接合された圧電素子と、前記それぞれの圧電
素子の前記第2の主面に形成された電極とを有する機械
−電気変換子と、 前記機械−電気変換子を支持する支持体と、を備えたこ
とを特徴とする変位制御アクチュエータ。
1. A piezoelectric element in which said first main surfaces of at least two piezoelectric substrates having opposing first and second main surfaces are bonded to each other using direct bonding, A displacement control actuator, comprising: a electromechanical transducer having an electrode formed on the second main surface; and a support for supporting the electromechanical transducer.
【請求項2】 前記2つの圧電基板の前記第1の主面同
士は、前記2つの圧電基板の構成原子が、酸素及び水酸
基からなる群から選ばれる少なくとも一つを介して相互
に結合することにより直接接合されていることを特徴と
する請求項1に記載の変位制御アクチュエータ。
2. The first main surfaces of the two piezoelectric substrates, wherein constituent atoms of the two piezoelectric substrates are mutually bonded via at least one selected from the group consisting of oxygen and a hydroxyl group. The displacement control actuator according to claim 1, wherein the displacement control actuator is directly joined by:
【請求項3】 前記2つの圧電基板は、分極軸の向きが
互いに逆方向となるように接合されていることを特徴と
する請求項1に記載の変位制御アクチュエータ。
3. The displacement control actuator according to claim 1, wherein the two piezoelectric substrates are joined so that directions of polarization axes thereof are opposite to each other.
【請求項4】 前記2つの圧電基板の内の一方の圧電基
板に形成されたバッファ層と、前記2つの圧電基板の内
の他方の圧電基板とが直接接合されていることを特徴と
する請求項1に記載の変位制御アクチュエータ。
4. The method according to claim 1, wherein a buffer layer formed on one of the two piezoelectric substrates is directly bonded to the other of the two piezoelectric substrates. Item 3. The displacement control actuator according to Item 1.
【請求項5】 前記機械−電気変換子の一端が支持体に
支持されていることを特徴とする請求項1に記載の変位
制御アクチュエータ。
5. The displacement control actuator according to claim 1, wherein one end of the electromechanical transducer is supported by a support.
【請求項6】 前記圧電基板が、結晶構造3m族の単結
晶圧電材料からなり、 前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸とした
ときに、前記圧電基板の主面が、前記Y軸となす角が+
129°〜+152°の軸に垂直であり、かつ、X軸を
含み、 前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前記X
軸に垂直であることを特徴とする請求項1に記載の変位
制御アクチュエータ。
6. The main surface of the piezoelectric substrate, wherein the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 3m group, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. However, the angle formed with the Y axis is +
The line perpendicular to the axis of 129 ° to + 152 ° and including the X-axis, and connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the supporting portion is the X-axis.
The displacement control actuator according to claim 1, wherein the displacement control actuator is perpendicular to the axis.
【請求項7】 前記圧電基板が、結晶構造3m族の単結
晶圧電材料からなり、 前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸とした
ときに、前記圧電基板の主面が、前記Y軸となす角が−
26°〜+26°の軸に垂直であり、かつ、前記X軸を
含み、 前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前記X
軸と平行であることを特徴とする請求項1に記載の変位
制御アクチュエータ。
7. The main surface of the piezoelectric substrate, wherein the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 3m group, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. Has an angle of-
A line perpendicular to the axis of 26 ° to + 26 °, including the X axis, and connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate to the center of the support portion is the X axis.
The displacement control actuator according to claim 1, wherein the displacement control actuator is parallel to the axis.
【請求項8】 前記圧電基板が、結晶構造32族の単結
晶圧電材料からなり、 前記単結晶圧電材料の結晶軸をX軸、Y軸、Z軸とした
ときに、前記圧電基板の主面が前記X軸に垂直であり、 前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前記Z
軸と+52°〜+86°の角度をなすことを特徴とする
請求項1に記載の変位制御アクチュエータ。
8. The main surface of the piezoelectric substrate, wherein the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of Group 32, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. Is perpendicular to the X-axis, and the line connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support is
The displacement control actuator according to claim 1, wherein the axis forms an angle of + 52 ° to + 86 ° with the axis.
【請求項9】 前記圧電基板が、結晶構造32族の単結
晶圧電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸をX
軸、Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面が、
前記X軸となす角が−26°〜+26°の軸に垂直であ
り、かつ、前記Y軸を含み、 前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前記Y
軸に平行であることを特徴とする請求項1に記載の変位
制御アクチュエータ。
9. The piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of Group 32, and the crystal axis of the single-crystal piezoelectric material is set to X.
Axis, Y axis, and Z axis, the main surface of the piezoelectric substrate is
An angle between the X axis and the axis of −26 ° to + 26 ° is perpendicular to the axis and includes the Y axis. A line connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the supporting portion is the Y axis.
The displacement control actuator according to claim 1, wherein the displacement control actuator is parallel to the axis.
【請求項10】 前記圧電基板が、結晶構造32族の単
結晶圧電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸を
X軸、Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面
が、前記X軸となす角が+82°〜+98°の軸に垂直
であり、且つ、前記Z軸を含み、 前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前記Z
軸に垂直であることを特徴とする請求項1に記載の変位
制御アクチュエータ。
10. A main surface of the piezoelectric substrate, wherein the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of Group 32, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. Is perpendicular to an axis having an angle of + 82 ° to + 98 ° with respect to the X axis, and includes the Z axis, and a line connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support portion is the Z line.
The displacement control actuator according to claim 1, wherein the displacement control actuator is perpendicular to the axis.
【請求項11】 前記圧電基板が、結晶構造4mm族の
単結晶圧電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸
をX軸、Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面
が、前記Y軸となす角が+22°〜+41°の軸に垂直
であり、かつ、前記X軸を含み、 前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前記X
軸に垂直であることを特徴とする請求項1に記載の変位
制御アクチュエータ。
11. The main surface of the piezoelectric substrate, wherein the piezoelectric substrate is made of a single crystal piezoelectric material having a crystal structure of 4 mm group, and the crystal axes of the single crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. Is perpendicular to an axis having an angle of + 22 ° to + 41 ° with respect to the Y axis, includes the X axis, and a line connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the supporting portion is the X axis.
The displacement control actuator according to claim 1, wherein the displacement control actuator is perpendicular to the axis.
【請求項12】 前記圧電基板が、結晶構造4mm族の
単結晶圧電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸
をX軸、Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面
が、前記Z軸となす角が+49°〜+68°の軸に垂直
であり、かつ、前記Y軸を含み、 前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前記Y
軸に垂直であることを特徴とする請求項1に記載の変位
制御アクチュエータ。
12. The main surface of the piezoelectric substrate, wherein the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 4 mm group, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. Is perpendicular to an axis having an angle of + 49 ° to + 68 ° with respect to the Z axis and includes the Y axis, and a line connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the supporting portion is the Y axis.
The displacement control actuator according to claim 1, wherein the displacement control actuator is perpendicular to the axis.
【請求項13】 前記圧電基板が、結晶構造4mm族の
単結晶圧電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸
をX軸、Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面
が、前記Z軸と垂直であることを特徴とする請求項1に
記載の変位制御アクチュエータ。
13. The main surface of the piezoelectric substrate, wherein the piezoelectric substrate is made of a single crystal piezoelectric material having a crystal structure of 4 mm group, and the crystal axes of the single crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. The displacement control actuator according to claim 1, wherein is perpendicular to the Z axis.
【請求項14】 前記圧電基板が、結晶構造6mm族の
単結晶圧電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸
をX軸、Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面
が、前記Y軸となす角が+23°〜+51°の軸に垂直
であり、かつ、前記X軸を含み、 前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前記X
軸に垂直であることを特徴とする請求項1に記載の変位
制御アクチュエータ。
14. The main surface of the piezoelectric substrate, wherein the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 6 mm group, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. Is perpendicular to an axis having an angle of + 23 ° to + 51 ° with respect to the Y axis, and includes the X axis, and a line connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the supporting portion is the X axis.
The displacement control actuator according to claim 1, wherein the displacement control actuator is perpendicular to the axis.
【請求項15】 前記圧電基板が、結晶構造6mm族の
単結晶圧電材料からなり、前記単結晶圧電材料の結晶軸
をX軸、Y軸、Z軸としたときに、前記圧電基板の主面
が、前記Z軸となす角が+46°〜+66°の軸に垂直
であり、かつ、前記Y軸を含み、 前記圧電基板の重心と支持部中心とを結ぶ線が、前記Y
軸に垂直であることを特徴とする請求項1に記載の変位
制御アクチュエータ。
15. The main surface of the piezoelectric substrate, wherein the piezoelectric substrate is made of a single-crystal piezoelectric material having a crystal structure of 6 mm group, and the crystal axes of the single-crystal piezoelectric material are X, Y, and Z axes. Is perpendicular to an axis having an angle of + 46 ° to + 66 ° with respect to the Z axis and includes the Y axis, and a line connecting the center of gravity of the piezoelectric substrate and the center of the support portion is the Y line.
The displacement control actuator according to claim 1, wherein the displacement control actuator is perpendicular to the axis.
【請求項16】 相対する第1と第2の主面を有する少
なくとも2つの圧電基板の前記第1の主面同士が直接接
合を利用して接合された圧電素子と、前記それぞれの圧
電素子の前記第2の主面に形成された電極とを有する機
械−電気変換子と、 前記機械−電気変換子を支持する支持体とを備え、 前記機械−電気変換子と前記支持体とが直接接合を利用
して接合されていることを特徴とする変位制御アクチュ
エータ。
16. A piezoelectric element in which the first main surfaces of at least two piezoelectric substrates having opposing first and second main surfaces are joined by direct joining, and a piezoelectric element of each of the piezoelectric elements is provided. A mechanical-electrical converter having an electrode formed on the second main surface; and a support for supporting the mechanical-electrical converter, wherein the mechanical-electrical converter and the support are directly joined. A displacement control actuator, wherein the displacement control actuator is joined by using a liquid crystal.
【請求項17】 前記機械−電気変換子を構成する前記
圧電基板と前記支持体とは、前記圧電基板の構成原子と
前記支持体の構成原子が酸素及び水酸基からなる群から
選ばれる少なくとも一つを介して相互に結合することに
より、直接接合されていることを特徴とする請求項16
に記載の変位制御アクチュエータ。
17. The piezoelectric substrate and the support constituting the electromechanical transducer, wherein the constituent atoms of the piezoelectric substrate and the constituent atoms of the support are at least one selected from the group consisting of oxygen and hydroxyl groups. 17. Directly joined by coupling with each other via a wire.
3. The displacement control actuator according to item 1.
【請求項18】 前記圧電基板と前記支持体とが同一の
材料により構成されていることを特徴とする請求項16
に記載の変位制御アクチュエータ。
18. The apparatus according to claim 16, wherein the piezoelectric substrate and the support are made of the same material.
3. The displacement control actuator according to item 1.
【請求項19】 相対する第1と第2の主面を有する少
なくとも2つの圧電基板の前記第1の主面同士が直接接
合を利用して接合された圧電素子と、前記それぞれの圧
電素子の前記第2の主面に形成された電極とを有する機
械−電気変換子と、 前記機械−電気変換子を支持する支持体とを備え、 前記機械−電気変換子と前記支持体とが直接接合を利用
して接合されており、 前記機械−電気変換子の自由端に反射板が取り付けられ
ていることを特徴とする変位制御アクチュエータ。
19. A piezoelectric element in which the first main surfaces of at least two piezoelectric substrates having opposing first and second main surfaces are joined using direct joining, and a piezoelectric element of each of the piezoelectric elements is provided. A mechanical-electrical converter having an electrode formed on the second main surface; and a support for supporting the mechanical-electrical converter, wherein the mechanical-electrical converter and the support are directly joined. A displacement control actuator, wherein a reflection plate is attached to a free end of the electromechanical transducer.
【請求項20】 相対する第1と第2の主面を有する少
なくとも2つの圧電基板の前記第1の主面同士が直接接
合を利用して接合された圧電素子と、前記それぞれの圧
電素子の前記第2の主面に形成された電極とを有する機
械−電気変換子と、 前記機械−電気変換子を支持する支持体とを備え、 前記機械−電気変換子と前記支持体とが直接接合を利用
して接合されており、 前記圧電素子を構成する一方の圧電基板の長さが他方よ
り長く、その長い方の圧電基板の内、前記他方の圧電基
板の先端部から突出した部位の表面に、反射膜が形成さ
れていることを特徴とする変位制御アクチュエータ。
20. A piezoelectric element in which the first main surfaces of at least two piezoelectric substrates having opposing first and second main surfaces are joined using direct joining, and a piezoelectric element of each of the piezoelectric elements. A mechanical-electrical converter having an electrode formed on the second main surface; and a support for supporting the mechanical-electrical converter, wherein the mechanical-electrical converter and the support are directly joined. The length of one piezoelectric substrate constituting the piezoelectric element is longer than the other, and the surface of a portion of the longer piezoelectric substrate protruding from the tip of the other piezoelectric substrate. A displacement control actuator, further comprising a reflection film.
【請求項21】 相対する第1と第2の主面を有する少
なくとも2つの圧電基板の前記第1の主面同士が直接接
合を利用して接合された圧電素子と、前記それぞれの圧
電素子の前記第2の主面に形成された電極とを有する機
械−電気変換子と、 前記機械−電気変換子を支持する支持体とを備え、 前記機械−電気変換子と前記支持体とが直接接合を利用
して接合されており、 前記圧電基板の表面に反射膜が形成されていることを特
徴とする変位制御アクチュエータ。
21. A piezoelectric element in which the first main surfaces of at least two piezoelectric substrates having opposing first and second main surfaces are bonded to each other using direct bonding, A mechanical-electrical converter having an electrode formed on the second main surface; and a support for supporting the mechanical-electrical converter, wherein the mechanical-electrical converter and the support are directly joined. A displacement control actuator, wherein a reflection film is formed on a surface of the piezoelectric substrate.
【請求項22】 前記機械−電気変換子を構成する前記
圧電基板と前記支持体とは、前記圧電基板の構成原子と
前記支持体の構成原子が酸素及び水酸基からなる群から
選ばれる少なくとも一つを介して相互に結合することに
より、直接接合されていることを特徴とする請求項1
9、20又は21に記載の変位制御アクチュエータ。
22. The piezoelectric substrate and the support constituting the electromechanical transducer, wherein the constituent atoms of the piezoelectric substrate and the constituent atoms of the support are at least one selected from the group consisting of oxygen and hydroxyl groups. 2. Directly joined by coupling with each other through a
22. The displacement control actuator according to 9, 20, or 21.
【請求項23】 前記圧電基板に形成されたバッファ層
と、前記支持体とが直接接合されている、又は、前記支
持体に形成されたバッファ層と、前記圧電基板とが直接
接合されていることを特徴とする請求項16、19、2
0、又は21に記載の変位制御アクチュエータ。
23. A buffer layer formed on the piezoelectric substrate and the support are directly bonded, or a buffer layer formed on the support and the piezoelectric substrate are directly bonded. Claims 16, 19, and 2 characterized in that:
22. The displacement control actuator according to 0 or 21.
【請求項24】 前記圧電基板と前記支持体とが同一の
材料により構成されていることを特徴とする請求項1
9、20又は21に記載の変位制御アクチュエータ。
24. The apparatus according to claim 1, wherein the piezoelectric substrate and the support are made of the same material.
22. The displacement control actuator according to 9, 20, or 21.
【請求項25】 前記電極の全部又は一部が反射膜を兼
ねていることを特徴とする請求項21に記載の変位制御
アクチュエータ。
25. The displacement control actuator according to claim 21, wherein all or a part of the electrode also serves as a reflection film.
JP9327353A 1996-11-29 1997-11-28 Displacement control actuator Withdrawn JPH10215009A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9327353A JPH10215009A (en) 1996-11-29 1997-11-28 Displacement control actuator

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8-318445 1996-11-29
JP31844596 1996-11-29
JP9327353A JPH10215009A (en) 1996-11-29 1997-11-28 Displacement control actuator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10215009A true JPH10215009A (en) 1998-08-11

Family

ID=26569368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9327353A Withdrawn JPH10215009A (en) 1996-11-29 1997-11-28 Displacement control actuator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10215009A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004295130A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Lg Electron Inc Laser display device and method of controlling the same
JP2010528573A (en) * 2007-05-21 2010-08-19 コンチネンタル オートモーティヴ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Solid-bending actuator with extension element
KR101024997B1 (en) * 2009-01-16 2011-03-25 한국전기연구원 an angle control device using Piezoelectric actuator
JP2014167508A (en) * 2013-02-28 2014-09-11 Kyocera Crystal Device Corp Etalon and etalon device
CN114815222A (en) * 2022-02-25 2022-07-29 上海科技大学 Biaxial micro-reflector based on piezoelectric film

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004295130A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Lg Electron Inc Laser display device and method of controlling the same
JP2010528573A (en) * 2007-05-21 2010-08-19 コンチネンタル オートモーティヴ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Solid-bending actuator with extension element
US8653720B2 (en) 2007-05-21 2014-02-18 Continental Automotive Gmbh Solid state bending actuator comprising an extension element
KR101024997B1 (en) * 2009-01-16 2011-03-25 한국전기연구원 an angle control device using Piezoelectric actuator
JP2014167508A (en) * 2013-02-28 2014-09-11 Kyocera Crystal Device Corp Etalon and etalon device
CN114815222A (en) * 2022-02-25 2022-07-29 上海科技大学 Biaxial micro-reflector based on piezoelectric film
CN114815222B (en) * 2022-02-25 2023-09-26 上海科技大学 Double-shaft micro-mirror based on piezoelectric film

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4743870A (en) Longitudinal mode fiber acoustic waveguide with solid core and solid cladding
JP4193817B2 (en) Actuator
JP4648391B2 (en) Miniaturizable motor
JP4715652B2 (en) Piezoelectric vibrating piece
US5994821A (en) Displacement control actuator
US11824521B2 (en) Vibration substrate having a pair of holding portions and a beam portion connecting the holding portions, vibrator, and vibrator unit
JP2002009584A (en) Surface acoustic wave device
JP2007326204A (en) Actuator
JPH10215009A (en) Displacement control actuator
US3004176A (en) Electromechanical transducers
JP3370178B2 (en) Multilayer piezoelectric element and method of manufacturing the same
JPH10173476A (en) Tuning fork piezoelectric oscillator
JPH11261127A (en) Piezoelectric component, piezoelectric sensor, piezoelectric actuator, and ink jet printer head
JP4454930B2 (en) Ultrasonic motor and electronic device with ultrasonic motor
JP2893765B2 (en) Method for manufacturing multimorph element
JPH01215108A (en) Piezoelectric vibrator
JP3326735B2 (en) Piezo actuator
JP2958004B2 (en) Device using domain-inverted LiNbO 3 substrate
JPH11183510A (en) Acceleration sensor and its menufacture
JPH08293632A (en) Bimorph piezoelectric element and manufacture thereof
JP2002372421A (en) Angular velocity sensor and its manufacturing method
US20220373786A1 (en) Optical reflector element and optical reflector system
JP3239399B2 (en) Surface wave device
JPH10173477A (en) Tuning fork piezoelectric oscillator
JPH0199310A (en) Electrostriction effect element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040929

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20060619