JPS61183981A - 圧電体変位装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は微小変位や微小角度の制御および高速応答など
に使用する性能の優れた圧電体変位装置に関するもので
ある。

従来の技術と問題点 圧電体は電圧を印加すると歪み、変位が１！？られる。

この変位量は一般に微小であり、実用レベルの変位ｍを
得るために従来より種々の工夫がなされいてる。

複数枚の圧電板を積層した、いわゆるｖ４層変位体は圧
電板の縦効果変位を利用するもので、その圧電常数ｄ３
３は大きく有利である。しかし変位量は積層方向の長さ
に比例するため、必要な変位量を得るには多数の圧電板
を積層しなければならず、　　　　　゛その作業は煩雑
であり、この種の装置が高価になる理由の一つであった
。また圧電板の変位はそれぞれ隣接する圧電板との接触
部分を通して積層方向に伝達されるが、その変位量は微
小であるため、接触部分の状態によって全体の変位量が
大きく影響される。そして、繰返し使用するうちに接触
部分の状態が変り、特性が不安定になる欠点があった。

別の工夫として、圧電板の横効果を利用したバイモルフ
がある。バイモルフは、例えば金属板の両面にそれぞれ
圧電体シー１〜を貼付けたもので、前記２枚の圧電体に
適当な電圧を印加することにより、一方の圧電体が伸び
るどぎ他方の圧電体は収縮して、金属板を一方向に曲げ
るように作用させている。横効果の圧電常数ｄ３１はｄ
３３にくらべて小さく不利であるが、バイモルフは長さ
寸法の二乗に比例した大きな変位が１ｑられる利点があ
る。

しかし、バイモルフには２枚の圧電板の接着や接合によ
る応力が作用していること、さらに屈曲による変位を得
るため、その端部を機械的に固定する際にはそれによる
応力も加わり、これらは熱的、経時的にも変化するので
、微小変位的に複雑な挙動を示す。そして、これらが屈
曲方向の角度に変（ヒを与え、長さ寸法に比例した先端
変位として拡大され誤差となるため、熱的・経時的に不
安定になる欠点があった。

問題点を解決するための手段 本発明は水平ビームと、該水平ビームの両端に連結した
夫々２本の垂直ビームと、前記各垂直ビームの他端側に
連結し中央部で分割された水平ビームを備え、少なくと
し左右夫々１本の垂直ビームに、該垂直ビームを垂直方
向に伸縮させる駆動用電極を設けたことを特徴とするも
ので、別に特別な拡大機構を設けることなく大きな変位
が得られ、旦つ、角度制御も可能な圧電体変位装置を提
供するものである。

実施例 以下に本発明の一実施例を図面について説明する。第１
図はチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムなどを材
料として一体に形成されている本発明圧電体変位装置の
実施例である。

１は水平ビーム、２ａ〜２ｄは前記水平ビーム１の両端
部にそれぞれ２本づつ並行に形成された垂直ビームで、
この内、両端の垂直ビーム２ａ、２ｂにはそれぞれ両面
に銀や白金などよりなる駆動用？Ｉ！極３ａ、３ｂが設
けられている。前記電極が設けられた垂直ビーム２ａ、
２ｂ　　（以下、これを垂直動作ビームと言う）は第２
図に示づ如く、矢印Ｐ方向に分極されている。４ａ、４
ｂは前記４本の垂直ビームの他端に連結している水平ビ
ームで、中央部においてスリット５により左右に分離さ
れている。６は前記電極に電圧を印加するためのリード
線、７は電源である。

上記装置において１、垂直動作ビーム２　ａ、　２　ｂ
はその厚さ方向（垂直ビームの長さ方向に対し直角方向
）に分極されているから、分極方向に電圧を印加すると
、その極性により、垂直動作ビームは長さ方向に伸縮す
る。例えば第２図に示す方向に電圧を印加するときは、
矢印αで示すように、垂直動作ビーム２　ａ、　２　ｂ
は長さ方向に収縮する。そしてこの収縮変位は垂直ビー
ム２Ｃ，：２ｄ　　（以下、これを垂直固定ビームと言
う）を支柱として水平ビーム４Ｌ４ｂの中央スリット部
で拡大される。

すなわち、第３図に示すように、垂直動作ビーム２　ａ
、　２　ｂから垂直固定ビーム２　Ｃ，２ｄと水平ビー
ム４ａ、４ｂの中央スリット部５までの長さをそれぞれ
ａ、　ｂとしたとぎ、収縮変位Δｙ１は水平ビーム４ａ
、４ｂの中央スリット部で、収縮方向とは反ス・１方向
（矢印Ｙ方向）にほぼｂ／ａ倍に拡大される。また、第
２図と逆の電圧を印加したときは、垂直動作ビーム２ａ
、２ｂは伸長変位し、中央スリット部では伸長方向と反
対方向の拡大変位が得られる。

第４図（符号は第１図と共通である）は本発明の他実施
例を示すもので、第１図の実施例における垂直固定ビー
ム２　ｃ、　２　ｄの両面にも、それぞれ電極３ｃ、３
ｄを付着させ、分極を施して垂直動作ビームとしたもの
で、この例では２ａと２Ｃおよび２ｂと２ｄは一方（例
えば垂直ビーム２ａ、２ｂ）が矢印αで示すように収縮
するときは、他方（垂直ビーム２０．２ｄ＞は矢印βで
示すＪ：うに伸長方向に電圧を印加することによって垂
直ビームの変位が加算されて拡大される。さらにまた、
本実施例では水平ビーム４ａ、４ｂの両面にもそれぞれ
電極８ａ、８ｂを付着させ、分極を施しており、別の電
源を用いて水平方向にも変位し得るようにしたものであ
る。従って、水平ビーム４ａを水平方向に伸良し、水平
ビーム４ｂを収縮する方向に電圧を印加するとスリット
５のｔｉ２置は矢印ｘ１の方向へ移動する。同様に、逆
方向に電圧を印加することにより×２の方向へも移動さ
せ１′：する。

これ等変位拡大機構を持った圧電体変位装置は、例えば
次のような常法により製作できる。

即ち、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムを原料
として常法でグリーンシートを１！？る。これを実施例
に述べた形状に一体に打扱き、高温で焼成して焼結体を
１りる。そして各実施例に応じて必要な部分にスクリー
ン印刷や蒸着法で電極を付着させる。次いで各電極間に
直流高電圧を印加し、分極して完成させる。尚、スリッ
ト５のない連続した焼結体を得た後、適当な鎖点でカッ
ターによりスリット５を設けてもよい。さらにまた、各
垂直ビームと水平ビーム４．ａ、４ｂとの連結部で変位
拡大機構に付随して回転が生じる部分には、円形切欠部
を設け、それによる応力を減じて変位拡大が容易に行な
われ、かつ応力により連結部が破損するのを防止するな
どの方法もとれる。

本発明ではチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料からな
る一般的な圧電体について述べたが、垂直ビームを収縮
させて利用する場合や、あるいはバイアス電圧を用いる
場合には電歪材料を用いても本発明を実施することがで
きる。電歪材料は電圧を印加したとき、それと直角方向
には電圧の極性に無関係に電圧の二乗に比例した収縮変
位を生じる。電圧の印加により生じた歪を利用した本発
明では電歪材料もまた本発明の技術範囲に含まれるもの
である。電歪材料を用いた装置は分極処理が不要な点を
除き、圧電材料の場合と同様な方法で製作できる。さら
にまた、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電性を
有する粉末とエポキシ樹脂等の有機物とからなる複合圧
電体についても、適当な方法による成型、材種、分極な
どの■程により、本発明の一体化した圧電体変位装置を
（ｑることができる。

発明の効果 本発明は上述の如ぎ構成を有するものであり、次の如き
多くの利点を有する。

■動作部分を構成する上部の水平ビームに中央スリット
５を設けているため、垂直ビームの垂直方向の変位が容
易に拡大されるばかりてなく、垂直ビームの変位量を独
立に制御して水平ビーム４ａ、４ｂの拡大変位量の大き
さと方向を変えることができ、中央スリット部５に配置
した物体の角度を変えるような用途にも使用できる。

■左右対象に形成されているから、それぞれ左部または
右部を単独に使用する場合に比べ、構造が安定し、使い
易く、より剛性が大きくなる。

■変位拡大のための接着部分や接合部分はなく、別の変
位拡大機構を付加するときの繁雑さやガタッキの問題も
解消できる。

■曲げによる変位拡大ではなく、直接伸縮による変位を
利用しているから取付部分の応力による変位の誤差が拡
大されることもなく、安定な変位が１グられる。

■本発明は極めて簡単な構造であり、大量に安価に製作
できるもので、同一の性能のものが容易に得られる。

■複数枚の本発明装置を厚さ方向に重ねて耐荷重用とし
て使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明圧電体変位装置の一実施例を示す正面図
、第２図は本発明装置の動作を説明するための横断面図
、第３図は本発明装置における拡大機構の動作原理を説
明する図、第４図は本発明装置の他実施例を示す正面図
である。 １・・・・・・水平ビーム ２ａ〜２ｄ・・・・・・垂直ビーム ３ａ〜３ｄ・・・・・・電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　水平ビームと、該水平ビームの両端に連結した夫々２
   本の垂直ビームと、前記各垂直ビームの他端に連結し中
   央部にて分割された水平ビームを備え、少なくとも左右
   夫々１本の垂直ビームに該垂直ビームを垂直方向に伸縮
   させる駆動用電極を設けたことを特徴とする一体に形成
   された圧電体変位装置。