JPS5925286A - 圧電式変位装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多数重ね合わせ／ζ圧電セラミック刊の円板
および各円板間に配置した電極を有する積層体から成る
圧電式変位装置に関する。この種の変位装置は光学装置
、電子顕微鏡、マイクロ技術、集積スイッチ回路製作、
精密弁、超音波技術等に使われる。特別な几］途として
り／グレーザ回転割の場合かあげられる。この場合圧電
式変位装置が共振子長調整器内に、或いはディーチル（
Ｄｉｔｂｅｒ　）　　、’！ｆＡ動装置表装置使われる
。

このような変位装置は１００μｍ　ｉての変位量および
２００００　ｂ＋を上回る変位力を有している必要があ
る。才だ、遠隔制御可能であって、不都合な振動のない
機械的変位を可能にする必要がある。この１８合分解能
はｌ　０−９ｍ　　を−ト回り、感度は１０−１０ｍを
上回らねばならない。寸だ、高真空内での使用か可能で
あって、しかもこのような使用に際してはヒステリンス
現象もクリープ現象もなしに働かねばならない。変位速
度も１０−３秒当り１０μＩｎを上回乙ことが要求され
る。変位量ｌ／ノーパの使用はできるだけ省略する必要
があり、むしろ変位行程を電気信号に合わせて厳密に比
例させねばならない。

このような要求のすへてをみたす圧電式変位装置はこれ
まで知られてない。大きな変位量の場合に高い変位力を
得るためには従来例えば圧電式の３３層積層駆動装置が
使われる。この公知の積層駆動装置の場合、圧電セラミ
ックの多くの円板が導電性のエポキ／ド接着剤によって
互いに結合されており、電極は接着剤中に埋め込まれ／
こ金属フィルムから成っている。このように構成さｉ−
した積層、駆動装置の場合、エポキンド接着剤の大きな
熱膨張の結果として熱（で関連して大きな付加的な変位
が生ずる。さらに、接着剤の性質自体著しく熱によって
左右され、接着剤がその部分的な塑性の結果機械的なヒ
ステリメスを有することに在る。さらに、接着剤はガス
を発生し、従って高真空内での使用には適さない。才だ
、圧電積層円板間の接着剤層の弾塑性特性の結果として
変位装置の変位行程、変位力、変位速度、感度、分解能
か著Ｌ　＜低下する。さらに、接着剤層は等質でなく、
従って振動振幅か大きい場合き裂するととがある。

本発明の目的は、高い変位力および大きな変位行程にも
かかわらず、クリープ現象およびヒステリノス現象を伴
わずに大きい分解能、感度、変位速度で温度とは無関係
に動作し、高や、突内ての使用にも適した圧電式変位装
置を提供することである。このような目的を、本発明は
特許請求の範囲第１項に記載の構成によって達成し７た
。特許請求の範囲第２項以下には本発明の具体的な実施
態様が示されている。

次に図面に示した実施例に従って本発明を詳述する 第１図によれは、圧電セラミック利の多数の円板とこれ
ら円板間に配置された電極１２とから成る積層体が底板
１４と加圧板１６との間に配置されている。

圧電セラミック材の円板１０および電極上２はいずれも
中央開口上８を有している。底板１４は円筒壁２０を有
し、この円筒壁２０は積層体および加圧板１６を包囲し
、外側にねじ山２２が形成されている。加圧板上６は中
央開］コ１８を土向きに貫通する管状突出部２４を有し
ている。この管状突出部２４の肩部２６に突き棒２８が
支えられており、この突き棒２８はその下端部３０が加
圧板Ｔ６から突出していて、丸く面取りされている。突
き棒２８の上端部はねＵ　ヒン３２として構成されてい
て、底板１４の穴３４に係合しており、この場合底板］
、４は穴３４の周辺部において厚さを著しく小さくされ
ている。突き棒２８はナンド３Ｇによって管状突出部２
４内の肩部２６に圧着されており、とれによって加圧板
１６は積層体１０．１２を底板１４へ圧着する。

以上のように鉢形のケー／ング１４，２０と、管状突出
部２４を有する加圧板１６と、突き棒２８と、圧電積層
体１０．１２とから構成されている構造ユニットは独立
に扱える１つの構造ユニットをなし、この場合圧電積層
体１０゜１２は接着剤を使用することなく弾性的な、機
械的な予圧によって寸とめて保持されている。

電極１２ｉｄ圧電セラミツク利の円板１０上へ蒸着され
、ス・ξツタリング又は焼付けを施され、中間に挿入さ
れる金属フィルムを介してか又は特別な形状加工によっ
て交互に結合されているケー／ング１４，２０および突
き棒２８は小さな熱膨張係数の金属、例えはスーパー・
ア／バから製作されるならば有利である。これに対して
加圧板１６は円板１０と同じ圧電セラミノクイ」から製
作され、これによって圧電積層体の温度に関連した縦方
向の膨張か管状突出部２４の相応の縦方向の膨張によっ
て補償される。

突き棒２８ばその球形の端部３０を介して２分割の二重
ダイアフラム円筒３８上に支えられている。

この二重ダイアフラム円筒３８は２つの回転対称形のト
；形縦断面の分割片４０．４２から成っており、この場
合Ｅ形縦断面の内３つのウェブが光学的接触をなしてい
て粘着力によって互いに保持される。幅の広い中央ウェ
ブ４４゜４４′とリング状の外側ウェブとの間の結合部
分かリンググイアフラム４８，５０を形成している。下
側の中央ウェブ４４′の自由面上には誘電性の多層鏡５
２が配置されている。二重ダイアフラム円筒３８はゼロ
デュール（Ｚｅｒｏｃｌ、ｕｒ　）から製作されていて
、積層駆動装置によって平行に変位する郵相を構成して
おり、特にり／グレーザ回転ｈＶｃおける共振子長調整
器として使われる。

ねじキャップ５４、即ちその内ねじ山を介して円筒状の
ケー／ング壁２０の外ねし山２２に係合して上側又は下
側の分割体４０．４２のリングフランツ５Ｇ上へ当て刊
けられるねしキャップ５４によって、二重ダイアフラム
円筒３８が突き棒２８へ圧着される。

第２図Ｇで示す圧縮型の変位装置は、以上の第１図に示
す圧縮型の例に対して主として圧電積層体の構造冒さが
小さい点およびその結果として精確な熱膨張補償が行な
われない点で異なる。精確でない熱膨張補償が底板上４
用に適当な金属を選ぶことによって行なわれる。第２図
および第３図以下において第１図の実施例とほぼ同じ構
成部月については等しい符号て示さＪｌ、機能的には同
じでも構造的に変更が加えられている構成部利について
はダノ／ユ記号かつケラれている。

第１図の場合ど異なって、第２図の実施例における加圧
板１６は、底板１４内の拡大された穴３４′を貫通する
中央のねじピノ５８を（＋ｆｉｉえており、底部に球体
３０’が嵌め込まれていて、この球体３０′は二重ダイ
アフラム円筒３８に支えられている。ねじピン５８１：
にはばねす）７１−６０が加減調節可能に配置されてい
て底板１４上にばね作用をもって支えられている。圧電
積層体が相応のはね作用によって予圧される場合けばね
ナンド６０がカウンタナツト６２によって所定位置に位
置される。

第３図に示ず引張型の変位装置の場合、底板１４と加圧
板１６とがその位置を逆にされており、１つの引張棒６
４か配置されていて、その球形頭部６６か二重ダイアフ
ラム円筒３８の上側の分割体４０′に係合している。こ
の上側の分割体４０′はこのだめ相応のおう所６８およ
び中央孔７０を有している。引張棒６４はその上部範囲
にねし山を有しており、とのねじ山に加圧板１６の管状
突出部２４内に支えられたねしスリーブ７４がかみ合っ
ていて圧電積層体への予圧を調節することができる。こ
の場合ばね作用が二重ダイアフラム円筒３８によってあ
たえらＪＩている。ねじスリーブ７４はカウンタナツト
６２によって固定されている。

この第３図の実施例の場合、底板１４と加圧板１６との
間に締付は固定された圧電積層体は独立した構成ユニッ
トではなく、むしろ二重ダイアフラム円筒３８を介して
ばね作用のもとに積層体に予圧をあたえて集積構造体に
する必要がある。

第４図および第５図に示す引張型の変位装置は、第３図
の実施例に対して主として圧電積層体の構造高さが小さ
い点およびその結果として精確な熱膨張補償が行なわれ
ない点て異なる。

この場合、引張棒６４用の金属を適当ｌ／（選択するこ
とによって精確でない熱膨張補償を行なうことができる
。さらに、引張棒６４の二股ヒンノ支持が設けられてい
る。

第４図によれば半球形の予圧ナツト７４か加圧板１６内
に相応の輪郭で形成されている中央おう所において支え
られ、引張棒６４のねじ山かとの予圧ナツト７４を貫通
している。予圧ナツト７４は加圧板１６を弾性的に圧電
積層体に締　め利け、この場合二重ダイアフラム円筒３
８自体がばね力をあたえる。予圧ナツト７４はカウンタ
ナツト６２によって位置固定されている。

第３図および第４図の実施例において二重ダイアフラム
円筒３８の両方の分割体４０’、４２間の光学的接触部
が引張力を受けるのに対して、第５図に示す引張型の実
施例においては光学的接触部か圧縮力を受ける。

このため二重ダイアフラム円筒３８の下側の分割体４２
′に変更が加えられていて、直径方向て横孔７６が形成
されている。この横孔７６内には球形もしくは円筒形の
ナツト７８が挿入されており、このナツト７８−＼」−
から引張棒６４かねし適寸れている。この下側の分割体
４２′に対して上側の分割体４０′はプレートから成っ
ていて、光学的接触又は金拡散によって下側の分割体４
２′に不動に結合さｔ上でいる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧縮型の圧電式変位装置の縦断面図、第２図は
別の圧縮型の圧電式変位装置の縦断面図、第３図は引張
型の圧電式変位装置の縦断面図、第４図は別の引張型の
圧電式変位装置の縦断面図、第５図はさらに別の引張型
の圧電式変位装置の縦断面図である。 １０　圧電セラミック材の円板、１２　電極、■４　底
板、１６　加圧板、１８　中央穴、２０　円筒壁、２２
−ねし山、２４・管状突出部、２６　肩部、２８　突き
棒、３０　下端部、３２　ねじヒ０／、３４　穴、３６
　ナツト、３８　＝ルダイアノラム円筒、４０　、４２
　　分割体、４４．４４’・中央ウェブ、牛δ、５０す
／グダイアフラム、５２　多層鏡、５４　ねじキＡ′ノ
ブ、５６　リ／グフラノノ、５８　ねし７ヒ０ン、６０
　げねナツト、６２　ツノウ／クナノト、６４　引張棒
、６６　球形類ｆτ１３．６８、掠う所、７０−・中央
穴、７４−　Ｔ−１１ナツト、７６　横孔、７８　円筒
ナノト 手続補正書（方式） 昭和５８年９　月　６　日 ４．１−許庁長官殿 １　事件の表示　昭和５８年特許願第８４２６３号２　
発明の名称 圧電式変位装置ぺ ３　補正をする者 車外との関係　　特許出願人 名称　　　　ハニーウェル・ゲゼルシャフト・ミツト・
ベシュレ／クテル・ハフラング ４復代理人 ６　補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　圧電式変位装置であって、多数重ね合わぜだ圧電セ
   ラミック材の円板および円板相互間に配置した電極を備
   えだ積層体から成っているものにおいて、積層体（１０
   ，１２）がゆるく重ね合わされていて、ばね郵相（６０
   ゜３８）によって機械的に締め付けられていることを特
   徴とする、圧電式変位装置。 ２　電極（１２）が圧電セラミック相の円板（１０）間
   にゆるく挿入されている特許請求の範囲第１項に記載の
   圧電式変位装置。 ３　電極（１２）が特定の形状によって圧電セラミック
   材の円板（１０）上に配置されている特許請求の範囲第
   １項に記載の圧電式変位装置。 ４゜積層体（１０，１２）が底板（１４）と加圧板（１
   ６）との間に配置されており、積層体（１０，１２）は
   中央に貫通穴（１８）を有していて、この貫通穴（１８
   ）に加圧板（１６）の突出部（２４）が嵌１っている特
   許請求の範囲第１項に記載の圧電式変位装置。 ５　加圧板（１６）が移動可能であって、ばね郵相（６
   ０，３８）によって底板（１４）に向かって予圧されて
   いる特許請求の範囲第４項に記載の圧電式変位装置。 ６　ばね郵相が１つの移動可能な機構（３８）によって
   構成されていて、この機構（３８）に加圧板（１６）が
   支えられている特許請求の範囲第５項に記載の圧電式変
   位装置。 ■　加圧板（１６）が１つの球形体（３０，６６，７８
   ）を介して移動可能の機構（３８）に支えられている特
   許請求の範囲第６項に記載の圧電式変位装置。 ８　加圧板（１６）の突出部が管状突出部（２４）の形
   をなしており、この管状突出部（２４）内にばね部材（
   ３８）に支えられた郵相（２８）が保持されている特許
   請求の範囲第４項に記載の圧電式変位装置。 ９　管状突出部（２４）が積層体の圧電セラミック相の
   円板（１０）と同じ圧電セラミック相から成っており、
   この管状突出部（２４）に積層体に対して相対的な温度
   膨張が許容される特許請求の範囲第８項に記載の圧電式
   変位装置。 １０　　管状突出部（２４）内に保持された部月（２８
   ）は移動可能の機構（３８）によって圧縮負荷又は引張
   負荷を受ける特許請求の範囲第８項に記載の圧電式変位
   装置。 １〕−移動可能の機構（３８）は二重ダイアフラム円筒
   から成っている特許請求の範囲第６項に記載の圧電式変
   位装置。 工２　　二重ダイアフラム円筒（３δ）は２分割構造で
   あって、両方の分割体が互いに結合されている特許請求
   の範囲第１１項に記載の圧電式変位装置。 ■３　　二重グイアフラム円筒（３８）はゼロデュール
   から成っており、両方の分割体が互いに光学的接触をな
   しているか又は金拡散法によって結合されている特許請
   求の範囲第１２項に記載の圧電式変位装置。 １４、　　圧電セラミック相の円板（１ｏ）並びに管状
   突出部（２４〕付きの加圧板（１６）の材料がヒステリ
   ンス現象およびクリープ現象のない利料である特許請求
   の範囲第１項〜第１δ項の内いずれか１項に記載の圧電
   式変位装置。 ■５　　底板（１４）並びに支持部材（２８）が温度膨
   張係数の極めて小さなＵ’　ＫＡから成っている特許請
   求の範囲第８項に記載の圧電式変位装置。 １６　　鉢形の底板（１４）並びに引張棒（６４）は選
   定された金属から成っていて、積層体に対して相対的な
   温度膨張を生ずる特許請求の範囲第８項に記載の圧電式
   変位装置。 １７、　　二重ダイアフラム円ｆｓ（３８）がス−・ξ
   −・アンパのような金属から成っていて、両方の分割体
   は互いに締結されているか又は溶接されている特許請求
   の範囲第１２項に記載の圧電式変位装置。