JPS6271480A - Piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric actuator

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JPS6271480A
JPS6271480A JP60208050A JP20805085A JPS6271480A JP S6271480 A JPS6271480 A JP S6271480A JP 60208050 A JP60208050 A JP 60208050A JP 20805085 A JP20805085 A JP 20805085A JP S6271480 A JPS6271480 A JP S6271480A
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JP
Japan
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piezoelectric
effect element
unit
displacement
displacement unit
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Application number
JP60208050A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuma Suzuki
数馬 鈴木
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Rion Co Ltd
Original Assignee
Rion Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6271480A publication Critical patent/JPS6271480A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/021Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors

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  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To lighten a piezoelectric actuator, and to enable drive at low voltage and fine displacement having high precision by constituting a piezoelectric displacement unit in which a tabular piezoelectric slip-effect element and a tabular piezoelectric transversal-effect element are joined and unified. CONSTITUTION:A piezoelectric displacement unit 10 is supported by a supporter 11 through support means 12, 13. The piezoelectric displacement unit 10 is composed by joining and unifying a piezoelectric transversal-effect element 16 and a piezoelectric slip-effect element 17. An adapter 19 consisting of a magnetic material or an abrasion-resistant material such as a rubber is fixed onto the surface of the piezoelectric slip-effect element 17 in order to efficiently transmit the movement of the piezoelectric displacement unit 10 over an object to be driven.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、圧電素子の変形を利用する圧電アクチュエ
ータに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a piezoelectric actuator that utilizes deformation of a piezoelectric element.

(発明の技術的背景) 従来、微細加工や微細観察などを行うために、加工材料
や観察材料を載せた位置決めテーブルは、ステップモー
タでネジを切ったシャフトを回動させるなどして変位さ
せていた。このため、位置決めのための変位精度は、モ
ータの回転角度の精度及び駆動シャフトのネジの精度で
決定される。しかし、これらはいずれもモータの磁極や
シャフトの機械的加工精度に依存し、高精度は望めなか
った。
(Technical Background of the Invention) Conventionally, in order to perform microfabrication or microobservation, a positioning table on which processing materials or observation materials are placed has been displaced by rotating a threaded shaft using a step motor. Ta. Therefore, the displacement accuracy for positioning is determined by the rotation angle accuracy of the motor and the screw accuracy of the drive shaft. However, these methods all depend on the mechanical processing precision of the motor's magnetic poles and shaft, and high precision cannot be expected.

また、このようにステップモータを利用したアクチュエ
ータでは、ステン、プぞ一夕自体に比較的大きなスペー
スと重量をとられる為、適用範囲に制限があった。
Further, in an actuator using a step motor as described above, the stepper motor itself requires a relatively large space and weight, which limits its range of application.

さらに従来、入力電圧の値に比例して変位する圧電アク
チュエータにおいて、XYの二軸方向に任意に変位させ
る小形でストロークの大きい変換手段(圧電変位ユニッ
ト)が見当らなかった。
Furthermore, conventionally, in a piezoelectric actuator that is displaced in proportion to the value of an input voltage, a small converting means (piezoelectric displacement unit) with a large stroke that can be arbitrarily displaced in the XY two-axis directions has not been found.

(発明の目的) この発明は、以上の従来技術の欠点を除去しようとして
成されたものであり、圧電素子の横効果とせん断効果(
厚みすべり効果)を組み合わせることによって、軽量、
高精度で微細変位が可能であり、しかも低電圧駆動が可
能になり、二軸方向に任意に大きなストロークをとれる
圧電アクチュエータを提供することを目的とする。
(Objective of the Invention) The present invention has been made in an attempt to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art.
By combining the thickness and sliding effect, it is lightweight,
It is an object of the present invention to provide a piezoelectric actuator that is capable of fine displacement with high precision, can be driven at low voltage, and can arbitrarily take large strokes in two axial directions.

(発明の概要) この目的を達成するため、この発明の圧電アクチュエー
タによれば、板状の圧電すべり効果素子板 と槃状の圧電効果素子とを接合して一体化した圧電変位
ユニットを構成するようにする。
(Summary of the Invention) In order to achieve this object, according to the piezoelectric actuator of the present invention, a piezoelectric displacement unit is formed by joining a plate-shaped piezoelectric sliding effect element plate and a wedge-shaped piezoelectric effect element to form an integrated piezoelectric displacement unit. Do it like this.

(発明の実施例) 以下、添付図面に従ってこの発明の詳細な説明する。各
図において同一の符号は同様の対象を示す。
(Embodiments of the Invention) The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in each figure indicate similar objects.

第1図及び第2図はこの発明の実施例を示す。1 and 2 show an embodiment of the invention.

図において、10は圧電変位ユニット、11はユニット
10の支持体、12及び13は支持手段、16は矢印入
方向に分極した圧電横効果(d30を示す圧電横効果素
子、17は矢印B方向に分極した厚みすべり効果(dI
5 )を示す圧電すべり効果素子、19はアダプタであ
る。
In the figure, 10 is a piezoelectric displacement unit, 11 is a support for the unit 10, 12 and 13 are support means, 16 is a piezoelectric transverse effect element polarized in the direction of the arrow (d30), and 17 is a piezoelectric transverse effect element polarized in the direction of arrow B. Polarized thickness-slide effect (dI
5) is a piezoelectric slip effect element, and 19 is an adapter.

支持手段12.13は、圧電素子の横方向への位置ずれ
を抑止する如く当該素子を固定し、且つ当該素子の両端
を支持するものである。第1図及び第2図に示すように
123,13aは圧電素子の両端部を載せて支持する為
の段部である。また12b、13bは圧電素子の端部と
当接しその厚み方向に伸長している壁部分である。この
壁部分12b、13bの内側高さhは圧電素子16.1
7の全体の厚さにほぼ等しい。もっとも必ずしも等しい
必要はなく、要は圧電素子に対する横方向のクランプ効
果があれば是りる。この壁部分12b、13bに連続し
、同じ高−さhの側壁部分12C,12d及び13c、
 13dが、壁部分12b、13bからL字状に曲がっ
て形成されている。この側壁部分12c、  12d、
 13c、 13dは、段部12a、13aに対しても
L字状に連続している。
The support means 12, 13 fix the piezoelectric element so as to prevent it from shifting in the lateral direction, and support both ends of the piezoelectric element. As shown in FIGS. 1 and 2, 123 and 13a are stepped portions on which both ends of the piezoelectric element are placed and supported. Moreover, 12b and 13b are wall portions that abut the ends of the piezoelectric elements and extend in the thickness direction thereof. The inner height h of these wall portions 12b, 13b is the piezoelectric element 16.1.
approximately equal to the total thickness of 7. However, they do not necessarily have to be equal; the point is that there is a lateral clamping effect on the piezoelectric element. Side wall portions 12C, 12d and 13c which are continuous with the wall portions 12b and 13b and have the same height h;
13d is formed by bending in an L-shape from the wall portions 12b and 13b. These side wall portions 12c, 12d,
13c and 13d are also continuous to the stepped portions 12a and 13a in an L-shape.

圧電横効果素子16・圧電すべり効果素子17は例えば
チタン酸ジルコン酸鉛よりなり、いずれもほぼ同じ寸法
の板状を呈している。16a−173は厚み部分であり
、これに較べて面積の大きい平坦な上下面は主面16s
・178である。この主面16s・ 。
The piezoelectric transverse effect element 16 and the piezoelectric sliding effect element 17 are made of, for example, lead zirconate titanate, and both have a plate shape with approximately the same dimensions. 16a-173 is the thick part, and the flat upper and lower surfaces, which have a larger area compared to this, are the main surface 16s.
・It is 178. This main surface is 16s.

16S・17S・、17Sには言うまでもなく電極が被
着されている。
Needless to say, electrodes are attached to 16S, 17S, and 17S.

圧電横効果素子16と圧電すべり効果素子とは、それぞ
れの1つの主面をもっ°て、接着などの方法により接合
されて一体になっている。
The piezoelectric transverse effect element 16 and the piezoelectric glide effect element are integrally joined by a method such as adhesion, each having one main surface.

圧電すべり効果素子17の接合していない主面17Sに
はアダプタ19が固着されている。アダプタ19は、圧
電変位ユニッ1−10の運動を駆動対象に効率良く伝達
するためのものであり、磁性材料やゴムなどの耐摩耗材
を用いる。アダプタ19は、例えば位置決めテーブルの
被駆動体と接触、結合等の関係をもち、アダプタ19の
挙動を被駆動体に伝達せしめる。   。
An adapter 19 is fixed to the non-bonded main surface 17S of the piezoelectric sliding effect element 17. The adapter 19 is for efficiently transmitting the motion of the piezoelectric displacement unit 1-10 to the driven object, and is made of a wear-resistant material such as a magnetic material or rubber. The adapter 19 has a relationship such as contact or coupling with the driven body of the positioning table, and transmits the behavior of the adapter 19 to the driven body. .

ところで本実施例では、圧電横効果素子16と圧電すべ
り効果素子17を各一枚、計二枚使用した場合について
説明したが、この枚数に限定されるものではない。例え
ば各二枚、計四枚の素子を使用しても良いことは言うま
でもない。但し多層にする場合には対象形にバランスを
とることが必要であり、また当然結線方向にも留意する
必要がある。
By the way, in this embodiment, a case has been described in which two piezoelectric transverse effect elements 16 and one piezoelectric sliding effect element 17 are used, but the number is not limited to this. For example, it goes without saying that a total of four elements, two each, may be used. However, when using multiple layers, it is necessary to balance the symmetry, and of course it is also necessary to pay attention to the connection direction.

以上のような圧電アクチュエータは次のように作動する
The piezoelectric actuator as described above operates as follows.

圧電横効果素子16に電圧を印加するとその加える電圧
極性により、ユニット10は十M方向にその電圧の大き
さに応じて変位する。また、逆の極性の電圧を印加する
と、ユニットIOは−M方向にその電圧の大きさに応じ
て変位する。
When a voltage is applied to the piezoelectric transverse effect element 16, the unit 10 is displaced in the 10M direction depending on the polarity of the applied voltage. Furthermore, when a voltage of the opposite polarity is applied, the unit IO is displaced in the -M direction according to the magnitude of the voltage.

圧電すべり効果素子17に電圧を印加すると、ユニット
10はせん断変形してN方向にその電圧の大きさに応じ
て変位する。
When a voltage is applied to the piezoelectric sliding effect element 17, the unit 10 undergoes shear deformation and is displaced in the N direction according to the magnitude of the voltage.

更に、圧電変位手段16.17の両方に位相の異なった
電圧を印加すれば、印加電圧の極性と大きさに応じてM
方向とN方向のベクトルを合成した方向及び位置に変位
する。
Furthermore, if voltages with different phases are applied to both piezoelectric displacement means 16 and 17, M
It is displaced in the direction and position that is the combination of the direction and the vector in the N direction.

以上のような変位における変位量は印加した電圧の大き
さに正確に比例するため、変位量も正確なものとするこ
とができる。
Since the amount of displacement in the above displacement is accurately proportional to the magnitude of the applied voltage, the amount of displacement can also be accurate.

第3図はこの発明の他の実施例に係る圧電リニアモー久
を示している。
FIG. 3 shows a piezoelectric linear mortar according to another embodiment of the invention.

この実施例によれば、第1図の圧電変位ユニット10と
同様のユニットIOA、IOBを備えている。
According to this embodiment, units IOA and IOB similar to the piezoelectric displacement unit 10 of FIG. 1 are provided.

各ユニッl−1OA、IOBは台板31上で、ユニット
の一手方向が一致するように整列固定しである。各ユニ
ッl−1OA、IOHの上部には即ち、圧電すべり効果
素子17の上部にはそれぞれアダプタ19A、 19B
が結合固定されている。
The units I-1OA and IOB are aligned and fixed on the base plate 31 so that one direction of the units coincides with each other. At the top of each unit l-1OA and IOH, that is, at the top of the piezoelectric sliding effect element 17, adapters 19A and 19B are installed, respectively.
has been fixed.

ユニットIOA、 IOBの上には、ユニットの整列方
向と同一方向に移動する駆動シャフト39が配置されて
いる。この駆動シャフト39は各ユニット10A、IO
B、正確にはアダプタ19A、 19Bと、上板32に
回動自在に固定したローラ38との間で挾持されている
A drive shaft 39 that moves in the same direction as the alignment direction of the units is arranged above the units IOA and IOB. This drive shaft 39 is connected to each unit 10A, IO
B, to be more precise, is held between the adapters 19A and 19B and a roller 38 rotatably fixed to the upper plate 32.

台板31は、上板32及びエンドプレート33.34と
共にケーシングを構成している。エンドプレート33.
34には、駆動シャフト39を通過させるための孔33
A、34Aが形成しである。
The base plate 31 constitutes a casing together with the top plate 32 and the end plates 33,34. End plate 33.
34 has a hole 33 through which the drive shaft 39 passes.
A, 34A is formed.

なお、圧電変位ユニッl−1OA、IOBに電圧を加え
ない状態で、駆動シャフト39は前述のように回転ロー
ラ38と圧電変位ユニッ目OA、IOBとの間に挾持さ
れており、少しの力では動かない。尚、各圧電変位ユニ
ノ目OA、IOBの圧電横効果素子16と圧電すべり効
果素子17とは前述した如く接合されてバイモルフ挙動
を行ない、各素子の分極方向は第1図の矢印A、  B
と同様に処理しである。
Note that when no voltage is applied to the piezoelectric displacement units l-1OA and IOB, the drive shaft 39 is held between the rotary roller 38 and the piezoelectric displacement units OA and IOB as described above, and a small force will not be applied to the drive shaft 39. It doesn't move. The piezoelectric transverse effect element 16 and the piezoelectric sliding effect element 17 of each piezoelectric displacement unit OA and IOB are joined as described above to perform bimorph behavior, and the polarization direction of each element is indicated by the arrows A and B in FIG.
It is processed in the same way.

以上のようなりニアモータの動作を次に説明する。The operation of the near motor as described above will be explained next.

動作のシーケンスを順番に説明する。The sequence of operations will be explained in order.

(1)圧電ユニノ目OAの圧電横効果素子16に駆動電
圧を印加し、ユニット10Aを−M方向に縮める。
(1) A driving voltage is applied to the piezoelectric transverse effect element 16 of the piezoelectric unit OA, and the unit 10A is contracted in the -M direction.

(2)同じく圧電ユニッl−1OAの圧電すべり効果素
子17に駆動電圧を印加し、ユニッ目OAを十N方向に
ずらせる。従って、ユニノl−1OAは左斜め下方向に
変位して、シャフト39のクランプを解除する。
(2) Similarly, a driving voltage is applied to the piezoelectric sliding effect element 17 of the piezoelectric unit l-1OA, and the unit OA is shifted in the 10N direction. Therefore, the UNINORI-1OA is displaced diagonally downward to the left, and the clamp on the shaft 39 is released.

(3)前項(1)、(2)とは逆極性の電圧を印加し、
ユニットIOAでシャフト39をクランプする。
(3) Apply a voltage with the opposite polarity to the previous sections (1) and (2),
Clamp the shaft 39 with the unit IOA.

(4)圧電ユニット10Bの圧電横効果素子16に駆動
電圧を印加し、ユニット10Bを−M方向に縮め、且つ
圧電ユニッl−10Bの圧電すべり効果素子17に駆動
電圧を印加し、ユニッl−1OAを十N方向にずらせる
。ユニットIOBはシャフト39のクランプを解除する
(4) A driving voltage is applied to the piezoelectric transverse effect element 16 of the piezoelectric unit 10B to contract the unit 10B in the -M direction, and a driving voltage is applied to the piezoelectric slip effect element 17 of the piezoelectric unit l-10B, so that the unit l- Shift 1OA in the direction of 10N. Unit IOB unclamps shaft 39.

(5)圧電ユニット10Aの圧電すべり効果素子17に
(2)とは逆極性の電圧を印加し、ユニット10Aを−
N方向に変位させる。回転ローラ羽との間に挾まれたシ
ャフト39が−N方向に移動する。
(5) Apply a voltage with the opposite polarity to (2) to the piezoelectric slip effect element 17 of the piezoelectric unit 10A, and the unit 10A
Displace it in the N direction. The shaft 39, which is held between the rotating roller blades, moves in the -N direction.

(6)圧電ユニット10Bの圧電横効果素子16に(1
)とは逆極性の電圧を印加し、ユニット10Bをクラン
プ状態に移行させる。
(6) In the piezoelectric transverse effect element 16 of the piezoelectric unit 10B (1
), a voltage of opposite polarity is applied to shift the unit 10B to the clamp state.

(7)前項(1)、(2)と同様の操作でユニツl−1
OAのクランプを解除する。
(7) Unit l-1 using the same operations as in the previous section (1) and (2).
Release the OA clamp.

方向に変位させる。回転ローラ38との間に挾まれたシ
ャフト39が−N方向に移動する。
direction. The shaft 39 held between the rotating roller 38 moves in the -N direction.

(9)圧電ユニノl−1OAを前項(3)と同様の操作
によってクランプ状態にする。
(9) Put the piezoelectric Unino l-1OA into the clamped state by the same operation as in the previous section (3).

(10)圧電ユニッ目QBを前項(1)、(2)の操作
によって、クランプ状態から解除する。
(10) Release the piezoelectric unit QB from the clamped state by performing the operations in (1) and (2) above.

(11)以下、同様の動作を繰替えずことによりシャフ
ト39を順次−N方向に移動させることができる。
(11) Thereafter, the shaft 39 can be sequentially moved in the -N direction by not repeating the same operation.

以上の説明では、(1)〜(1のの各動作をそれぞれ別
の時刻で行うように説明したが、(4)と(5)及び(
7)と(8)の動作をそれぞれ同時に行うようにしても
よい。このためには、ユニット10A、lOBの圧電す
べり効果素子17を電気的に並列に接続し、且つ互いに
逆方向に動作するように配置しておけばよいことが分か
る。
In the above explanation, each of the operations (1) to (1) was explained to be performed at different times, but (4), (5), and (
The operations 7) and (8) may be performed simultaneously. It can be seen that for this purpose, the piezoelectric sliding effect elements 17 of the units 10A and 1OB may be electrically connected in parallel and arranged so that they operate in opposite directions.

第4図は第3図の実施例の動作を説明するタイムチャー
トであり、同図(a)(b)はそれぞれ圧電変位ユニッ
l−1OA・IOBの圧電横効果素子への印加電圧波形
図、また同図(C)(d)はそれぞれユニッ目0A−1
0Bの圧電すべり効果素子への印加電圧波形図である。
FIG. 4 is a time chart illustrating the operation of the embodiment shown in FIG. 3, and FIG. In addition, (C) and (d) in the same figure are unit number 0A-1, respectively.
FIG. 3 is a waveform diagram of a voltage applied to a piezoelectric slip effect element of 0B.

もっとも(C)(d) 2個(チャンネル)使う必要は
なく(C)か(d)のどちらかで良い。そのために逆向
きに並列にしている。
However, it is not necessary to use two channels (C) and (d), and either (C) or (d) is sufficient. For this reason, they are arranged in parallel in opposite directions.

また圧電すべり効果素子は圧電ユニットIOA・10B
のいずれか一方のみに設けるようにしてもよい。この場
合、シャフト39の移動するステップ量は半分になる。
In addition, the piezoelectric sliding effect element is a piezoelectric unit IOA・10B.
It may be provided only on either one of them. In this case, the step amount by which the shaft 39 moves is halved.

シャフト39の移動方向を逆方向(+N方向)にしたい
場合には、前記各項での操作を逆に、すなわち入力印加
電圧の位相を逆にすればよい。
If it is desired to move the shaft 39 in the opposite direction (+N direction), the operations in each of the above sections may be reversed, that is, the phase of the input applied voltage may be reversed.

ステップ数すなわち移動速度は、入力信号の周波数で決
定され、その上限は圧電ユニットへの充電速度と、駆動
系の機械的な共振点で定まり、通常は毎秒1000〜3
000ステツプで2〜3tmx/秒が最高移動速度とな
る。
The number of steps, that is, the moving speed, is determined by the frequency of the input signal, and its upper limit is determined by the charging speed of the piezoelectric unit and the mechanical resonance point of the drive system, and is usually 1000 to 3 per second.
The maximum movement speed is 2-3 tmx/sec at 000 steps.

移動量を微細に調整するときは、各ユニット10A・1
oE3の圧電すべり効果素子への印加電圧を微細に調節
するか、または繰り返しの頻度(周波数)を調節するこ
とにより、この目的を達することが 。
When finely adjusting the amount of movement, use 10A/1 for each unit.
This objective can be achieved by finely adjusting the voltage applied to the piezoelectric glide effect element of oE3 or by adjusting the frequency of repetition.

できる。can.

以上の実施例では、シャフト39の片側にのみ圧電ユニ
ットを設け、他側は回転ローラ38としたが、両側とも
圧電ユニットとし、シャフト39を両側から挾持するよ
うにしても良い。
In the above embodiment, the piezoelectric unit was provided only on one side of the shaft 39, and the rotating roller 38 was provided on the other side, but the piezoelectric unit may be provided on both sides, and the shaft 39 may be held between both sides.

なお、シャフト39と圧電ユニッl−1OA、IOBの
移動関係は相対的なものであり、シャフト39を固定し
ておき、ユニッ目OA、IOBを含むケーシングを移動
させることもまったく同様にして可能である。
Note that the movement relationship between the shaft 39 and the piezoelectric units l-1OA and IOB is relative, and it is also possible to keep the shaft 39 fixed and move the casing including the units OA and IOB in exactly the same way. be.

第5図はこの発明の更に他の実施例に係る圧電リニアモ
ータを示すものである。この実施例によれば、圧電ユニ
ット自体が移動する。
FIG. 5 shows a piezoelectric linear motor according to still another embodiment of the invention. According to this embodiment, the piezoelectric unit itself moves.

図において、10A1〜10A3(必要に応じて10又
はIOAと省略する)並びにl0BI〜1OB3(必要
に応じてIOB又は10と省略する)は第1図並びに第
3図で説明したと同様の圧電変位ユニット、40は移動
体を構成する車輪・、4fは圧電変位ユニットを搭載し
車輪40を回転可能に固定した台板、42は車輪40の
移動方向を規制する軌道、43は圧電変位ユニットの厚
み方向の変位に対して反作用力を付与する反作用手段で
ある。
In the figures, 10A1 to 10A3 (abbreviated as 10 or IOA as necessary) and l0BI to 1OB3 (abbreviated as IOB or 10 as necessary) are piezoelectric displacements similar to those explained in FIGS. 1 and 3. 4f is a base plate on which a piezoelectric displacement unit is mounted and the wheel 40 is rotatably fixed; 42 is a track that regulates the moving direction of the wheel 40; 43 is the thickness of the piezoelectric displacement unit. This is a reaction means that applies a reaction force to a displacement in a direction.

圧電変位ユニットは、第5図(C)から分かるように、
長手方向に二列に、これと直角な方向に三列に合計6個
設けられている。ユニットl0AI、10A2.10A
3(必要に応じてこれらをAユニットとする)は全て同
一の動作をし、またユニット10B 1. IOB 2
. IOB 3 (必要に応じてこれらをBユニットと
する)は全て同一の動作をする。
As can be seen from FIG. 5(C), the piezoelectric displacement unit is
A total of 6 pieces are provided in two rows in the longitudinal direction and three rows in the direction perpendicular to this. Unit l0AI, 10A2.10A
3 (these will be referred to as A units if necessary) all operate in the same way, and units 10B 1. IOB 2
.. IOB 3 (these are referred to as B units if necessary) all operate in the same way.

車輪40及び台板41は移動体である台車を構成して−
いる。車輪40は、円盤40Aとこの円盤を連結するシ
ャフト49Bとから成っている。このような車輪40は
、周知の軸受けなどによって台板41側に回転可能に固
定される。この車輪40で突出した平坦な形状の軌道4
2を挾んでいる。
The wheels 40 and the base plate 41 constitute a truck which is a moving body.
There is. The wheel 40 consists of a disc 40A and a shaft 49B that connects the disc. Such a wheel 40 is rotatably fixed to the base plate 41 side by a well-known bearing or the like. A flat track 4 protruding from these wheels 40
Holding 2.

車輪40の構成は軌道42との関係で任意のものとする
ことができる。凹形状の軌道に、ローラを嵌合させるよ
うにしてもよい。
The configuration of the wheels 40 in relation to the track 42 may be arbitrary. The rollers may be fitted into the concave track.

軌道42と反作用手段43とは平行に連続しており、そ
の間隔Sは圧電変位ユニットに電圧を印加しない状態で
、移動体が移動しないようになっている。
The track 42 and the reaction means 43 are continuous in parallel, and the interval S between them is such that the movable body does not move when no voltage is applied to the piezoelectric displacement unit.

また、ユニットの上のアダプタを磁石とし反作用手段4
3を磁性材料とするこさができる。
In addition, the adapter on the unit is used as a magnet and the reaction means 4
3 can be made into a magnetic material.

この実施例に係るリニアモータの動作は、第3図の実施
例のものと同様であり、駆動シャフトの代わりに圧電変
位ユニットIOA、 10 Bを搭載した移動体が変位
する相対的なものである。尚、この場合、各圧電変位ユ
ニノl−1OA・10[1の圧電横効果素子と圧電すべ
り効果素子とは、前述の実施例と同様にしであるものと
する。
The operation of the linear motor according to this embodiment is similar to that of the embodiment shown in FIG. 3, and is a relative movement in which a moving body equipped with piezoelectric displacement units IOA and 10B is displaced instead of the drive shaft. . In this case, it is assumed that the piezoelectric transverse effect element and the piezoelectric sliding effect element of each piezoelectric displacement unit 1-1OA.10[1 are the same as in the previous embodiment.

このようなりニアモータは、小型軽量であり、しかも正
確な変位が可能であるため、プリンタヘッドを移動させ
るためのモータとして特に有効である。
Such a near motor is small and lightweight, and is capable of accurate displacement, so it is particularly effective as a motor for moving a printer head.

第6図は第5図の実施例の上下位置を逆にした実施例で
ある。これは第5図の実施例とは異なり車輪40を除去
してあり、(b)図に示す如くアダプタ19に磁化片4
6を取り付けて、磁性体のレール45上を、第5図の場
合と同様な動作手順で移動させるものである。また(C
)図に示す如くレール45から移動体が脱落するのを防
止する板47が設けられている。尚この板47の下部に
移動を容易にする為のコロ等の転動部材を取り付けても
良い。
FIG. 6 shows an embodiment in which the vertical position of the embodiment shown in FIG. 5 is reversed. This differs from the embodiment shown in FIG. 5 in that the wheel 40 is removed, and the magnetized piece 4 is attached to the adapter 19 as shown in FIG.
6 is attached and moved on the magnetic rail 45 in the same operating procedure as in the case of FIG. Also (C
) As shown in the figure, a plate 47 is provided to prevent the moving body from falling off the rail 45. Note that a rolling member such as a roller may be attached to the lower part of this plate 47 to facilitate movement.

第7図は、第1図の実施例で示す圧電アクチーエータの
変形例を示すものであり、この実施例のアクチュエータ
を第3図及び第5図の実施例の圧電変位ユニットに適用
することは当然可能である。
FIG. 7 shows a modification of the piezoelectric actuator shown in the embodiment of FIG. 1, and it is natural that the actuator of this embodiment can be applied to the piezoelectric displacement unit of the embodiment of FIGS. 3 and 5. It is possible.

同図によれば、支持体11の上に矢印方向に分極する圧
電厚みすべりモード(d15)を示す2枚の圧電すべり
効果素子17A、  17Bが固定されている。
According to the figure, two piezoelectric shear effect elements 17A and 17B, which exhibit a piezoelectric thickness shear mode (d15) and are polarized in the direction of the arrow, are fixed on a support 11.

この圧電すべり効果素子17B、の上には、これより長
い圧電横効果(d31)を示す圧電横効果素子16Aが
接合一体化され、更にこの素子16Aの上には同様の圧
電横効果素子16Bがバイモルフ状態に相互に接着され
ている。圧電横効果素子16Bの素子17A、17Bと
は逆の上端部にはアダプタ19が固定されている。尚、
第7図ζこ示す矢印はそれぞれ並列接続時に機能する分
極の方向を示している。
A piezoelectric transverse effect element 16A exhibiting a longer piezoelectric transverse effect (d31) is integrally bonded onto this piezoelectric slip effect element 17B, and a similar piezoelectric transverse effect element 16B is further disposed on top of this element 16A. They are glued together in a bimorph state. An adapter 19 is fixed to the upper end of the piezoelectric transverse effect element 16B opposite to the elements 17A and 17B. still,
The arrows shown in FIG. 7 indicate the directions of polarization that function when connected in parallel.

またこの実施例では、各効果素子を二枚ずつ計四枚のも
のについて説明しているが、これはアー 。
Further, in this embodiment, two effect elements are used for each effect element, for a total of four elements, but this is only an example.

スを圧電素子の外側からとることを考慮した為であり9
枚数はこれに限定されるものではない。さらに圧電横効
果素子15A、 16E3の内、いずれか一方を金属等
の弾性板に変更したバイモルフ構成としても良い。
This is because consideration is given to taking the base from the outside of the piezoelectric element9.
The number of sheets is not limited to this. Furthermore, a bimorph structure may be used in which either one of the piezoelectric transverse effect elements 15A and 16E3 is replaced with an elastic plate made of metal or the like.

(発明の効果) この発明によれば9以上のように構成することにより、
軽量薄形であり且つ高精度で微細変位が可能であり、し
かもXYの二軸方向に任意に変位可能でありかつ変位量
の大きい圧電アクチュエータを得ることができる。従っ
てこの圧電アクチュエータを用いることにより高速でか
つ高精度で作動させ得るリニアステップモータが実現で
き9例えば顕微鏡下に於ける工具の微細な位置決めの作
業や、または頻繁に直線運動を行うプリンターヘッドの
駆動用モータとして利用できる。
(Effect of the invention) According to the invention, by configuring as above 9,
It is possible to obtain a piezoelectric actuator that is lightweight and thin, is capable of fine displacement with high precision, and can be arbitrarily displaced in the XY biaxial directions and has a large amount of displacement. Therefore, by using this piezoelectric actuator, a linear step motor that can operate at high speed and with high precision can be realized.9 For example, it can be used for fine positioning of tools under a microscope, or for driving printer heads that frequently make linear movements. Can be used as a motor for

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

第1図はこの発明の実施例に係る圧電アクチュエータの
側面図(a)並びに斜視図(b)、1第2図はこの発明
の実施例の要部斜視図、第3図はこの発明の他の実施例
に係る圧電リニアモータの側面図、第4図は第3図の実
施例の動作を説明するタイムチャート、第5図はこの発
明の更に他の実施例に係る圧電リニアモータの側面図(
a)、正面図(b)並びに平面図(C)、第6図は第5
図の実施例の変形例を示す図、第7図は第1図の実施例
の変形例の説明図である。・ 10・・・圧電六位ユニット、11・・・支持体、 1
2.13・・・支持手段、16・・・圧電横効果素子、
17・・・圧電すべり効果素子、19・・・アダプタ。
FIG. 1 is a side view (a) and a perspective view (b) of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a perspective view of a main part of an embodiment of the invention, and FIG. FIG. 4 is a time chart explaining the operation of the embodiment of FIG. 3, and FIG. 5 is a side view of a piezoelectric linear motor according to still another embodiment of the present invention. (
a), front view (b) and plan view (C), Fig. 5
FIG. 7 is an explanatory diagram of a modification of the embodiment shown in FIG. 1, showing a modification of the embodiment shown in FIG.・ 10... Piezoelectric six-position unit, 11... Support body, 1
2.13... Supporting means, 16... Piezoelectric transverse effect element,
17... Piezoelectric sliding effect element, 19... Adapter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)板状の圧電すべり効果素子と、板状の圧電横効果
素子とを接合して一体化した圧電変位ユニットを有する
ようにして成る圧電アクチュエータ。
(1) A piezoelectric actuator having a piezoelectric displacement unit which is an integrated piezoelectric displacement unit made by joining a plate-shaped piezoelectric sliding effect element and a plate-shaped piezoelectric transverse effect element.
JP60208050A 1985-09-20 1985-09-20 Piezoelectric actuator Pending JPS6271480A (en)

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