JPS61296781A - 圧電型駆動装置 - 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〕 本発明は圧電型駆動装置に関し、とくにスクリーン乾板
などの直接描画機器の精密位置決めに用いらｎる圧電効
果素子利用の圧電型駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の精密位置決めにはステッピングモータ、
パルスモータなどの動きをベルト、歯車などを用いて直
線運動に変換して使用されている。

しかし、とｎらの従来手段では位置決めの精度は１０μ
ｍ以内位が限界であり、こｎ以上の精度を必要とする場
合には尺取虫型のＩＪ　ニアモータが使用されている。

第４図に従来例の尺取虫型のりニアモータの構造を示す
。足の役割をはたす２個の円筒状電歪効果素子からなる
クランプ素子１２ａ、１２ｂがガイドの役割をはだすア
ルミナ棒などからなるシャフト１３にほめらｎている。

クランプ素子１２ａ、１２ｂは端面に設けらｎた電極（
図示省略）に電圧を印加すると電歪効果によりクランプ
素子１２ａ、１２ｂの円筒の内径が小さくなり、シャフ
ト１３をしめつける。通常はこの円筒の内径の変化は電
圧４００ＶＤＣ印加して５μｍ位である。伸縮素子１４
は両端面に電極が付けらｎだ円筒状の電歪交果素子から
出来ており、電極に電圧を印加すると軸方向に伸びる性
質を有する。結合材１５は円筒状のアルミナから出来て
おり、伸縮素子１４の端面の電極とクランプ素子１２ａ
、１２ｂの端面の電圧とを結合している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来例の尺取虫型のＩＪ　ニアモータはシャフ
ト１３とクランプ素子１２ａ、１２ｂの間で、クランプ
素子１２ａ、１２ｂを約５μｍ縮小変形することによ抄
可動部を着脱しているため、シャフト１３の外径とクラ
ンプ素子１２ａ、１２ｋｘ７）内径との間隙の寸法精度
が５μｍ以内でなければならない。この間隙の寸法精度
を得るためには、シャフト１３とクランプ素子１２ａ、
１２ｂを現物合わせしながら、超精密加工を行って作製
している。このため従来例の尺取虫型のＩＪ　ニアモー
タそのものの価格はきわめて高くなり、電磁式のモータ
などにとりてかわることは出来ない欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的はかかる従来欠点を除去した圧電型駆動装
置を提供することにある。

本発明の圧電型駆動装置は棒状又は板状の可動部材を挾
む第１の挾持機構が多面体又は球体からなる固定部材に
固着し、かつ可動部材を挾む第２の挟持機構が多面体か
らなる連結部材に固着し、さらに固定部材が切り欠き部
を介して連結部材と接続され、その上固定部材と連結部
材とが圧電体を介して接続されたことを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の平面図である。１、１（１
ａ、ｔｂ、ｌｃ）はチタン酸ジルコニウム酸鉛などから
なるセラミック圧電体と銀・パラジウム合金などからな
る内部電極とを層状に積み重ねて一体化積層した圧電素
子である。なお圧電素子１ｂは透視図として示しである
。この圧電素子１は伸縮する長軸方向の長さは約９ｍｍ
　であり、発生する歪は電圧１００ＶＤＣ印加時に６．
５μｍ１発生応力は１３ｋｇである。２は圧電素子１と
熱膨張係数がほぼ等しいインバー材を材質とした断面の
辺が１５ｍｍ角のものをＬ字状に形成した固定部材、３
は固定部材２と同一の材質を用いて一端を薄片状に形成
した欠き部３ａを固定部材２の一方の端部の内側面とエ
ポキシ樹脂などの接着剤を介して接続する連結部材、４
は圧電素子１を挾持するために固定部材２、連結部材３
、アーム８のそれぞれから接着剤を介して檀立状に突設
した１対のバネ性を有する支持具である。また固定部材
２と連結部材３の切欠き部３ａとはレーザ溶接など（こ
より接続する。５，６は固定部材２、連結部材３の各側
に配設した第１および第２の挾持機構である。

第２図は第１図の第１および第２の挟持機構５゜６を側
面から見た平面拡大図である。

次に第２図を用いて挟持機構５，６の説明をする。まず
、挾持機構５，６は圧電素子１ｂが支持具４を各してア
ーム７と接続し、一方、アーム７はバネ性を有する一対
の接続具８を介して後述する固定端部９とつながってい
る。９は第１及び第２の挾持機構５，６をそ几ぞれ固定
部２と連結部材３とにリベットｌＯなどにより接続固定
する固定端部であるｕｌｌはアーム７の先端に挾まｎる
ように配置さ几ている。例えば厚さ約３ｍｍの長方体状
の可動部材である。１６は圧電素子工の両側面に銀ペー
ストなどを被着して設けた端子電極、１７は圧電素子１
を動作させる電圧を印加するためのリード線である。

次に本発明実施例構造の圧電形駆動装置の動作について
説明する。

まず第１．第２の挾持機構５，６の動作について第２図
により説明する。圧電素子１ｂ、側面の端子電極１６に
接続さｎたリード線１７に電圧を印加すると圧電素子１
ｂは垂直方向に約６．５μｍ伸びて支持具４をそ几ぞ几
外方に押し拡げるっこのときアーム７は支持具４を中心
にしてテコの原理でアーム７のカギ状の先端７ａはそ八
ぞれ内側へ勅〈。この動きにより第１図に示すようにア
ーム７の先端７ａに挾まｎた可動部材１１を締めつけて
保持し、かつ圧電素子１ｂに印加した電圧を除去すると
、可動部材１１を離す作用を繰返す。

次に本発明実施例の駆動装置全体の動作についてさらに
第３図の、駆動電圧波形図をも参照して説明する。各圧
電素子１ａ、ｌｂ、ｌｃに第３図に示す波形の電圧を印
加すると、後述するステップで駆動装置が動作し、可動
部材１１を移動させる。

まず第１図の手前の第２の挟持機構６に組み込まｎた圧
電素子ＩＣに電圧が印加さｎ１アーム７の先端７ａによ
り可動部材１１を挾んで保持する。

仄に上部の水平に配設した圧電索子１ａに電圧を印加し
て圧ＫＬ素子１ａ２約６．５μｍ伸ばして、そｎに連ら
なった連結部材３、第２の挾持機構６及び可動部材１１
を約６．５μｍ右方向に移動させる。移動が完了した時
点で第１の挾持機構５に組み込まれた圧電素子１ｂに電
圧を印加してアームの先端７ａで可動部材１１を保持す
る。次に第２の挟持機構６に組み込まれた圧電素子ＩＣ
の電圧を零にするとアームの先端７ａと可動部材１１は
離れる。最後に圧電素子１ａに加わる電圧を零にしてそ
れに連らなる連結部材３、第２の挾持機構６及び可動部
材１１を元の位置に戻す。このようにしてｌ工程で６．
５μｍ手前方向へ可動部材１１を移動させられる。この
駆動装置の性能は周波数１５ｋＨｚ　　の周期のパルス
駆動した場合に速度１２ｍｍ、今、発生応力１０ｋｇで
あった。

なお、本実施例では、可動部材を長方体状のもので直線
的駆動を例示したが、可動部材に回転中心軸を有する円
板、楕円板、外周に歯車の切っである円板などの種々の
形状のものを用いることができることはもちろんである
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は尺取虫動作を行う挾持機構
として圧電効果素子に歪を増幅する機構を設けることに
より、通常の機械加工により駆動装置の各部を作製する
ことができ、かつ電磁式に十分匹敵できる価格の駆動装
置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の駆動装置の平面図、第２図は本発明駆
動装置の挾持機構の平面図、第３図は本発明一実施例の
駆動装置の駆動電圧波形図、第４図は従来のりニアモー
タの断面図。 １　（ｌａ、ｌｂ、ｌｃ）・・・・・・圧電素子、２・
・・・・・固定部材、３・・・・・・連結部材、３ａ・
・・・・・切欠き部、４・・・・・・支持具、５・・・
・・・第１の挾持機構、６・・・・・・第２の挾持機構
、７・・・・・・アーム、８・・−・・・接続具、９・
・−・・・固定端、１０・・・・・・リベット、１１・
・・・・・可動部材、１２（１２ａ、１２ｂ）　・・・
・・・クランプ素子、１３・・・・・・シャフト、１４
・・・・・・伸縮素子、１５・・・・・・結合材、１６
・・・・・・端子電極、１７・・・・・・リード線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　棒状又は板状の可動部材を挾む第１の挾持機構が多面
   体又は球体からなる固定部材に固着し、かつ前記可動部
   材を挾む第２の挾持機構が多面体からなる連結部材に固
   着し、さらに前記固定部材が切り欠き部を介して前記連
   結部材と接続され、かつ前記固定部材と前記連結部材と
   が圧電体を介して接続されたことを特徴とする圧電型駆
   動装置。