JPS6378582A - 電気機械変換素子 - 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〕 本発明は積層型電気機械変換素子に係り、特に、粗動及
び微動どちらにも好適なアクチュエータに関する。

〔従来の技術〕

従来の積層型電気機械変換素子はエレクトロニク、セラ
ミクス臨時号（１９８４）第３５頁から第４０頁におい
て論じられているように、圧電縦効果を利用して低電圧
でも大きな移動を可能にしている。即ち、電気機械変換
素子の移動量が小さいと言う欠点を解決するための方法
であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、精密位置決めにおいては、大きな移動量ばかり
でなく小さな変位も必要である。

上記従来技術は精密位置決め等における粗動・微動を兼
備したアクチュエータの点について配慮がなされておら
ず、精密位置決め等に高精度化できないという問題があ
った。

本発明の目的は上記の問題点を解決するアクチュエータ
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、従来技術で使用されている積層型電気機械
変換素子を電気的に分離し、２組以上の電気機械変換素
子として集積化することにより、達成される。

〔作用〕

本発明は従来の積層型電気機械変換素子の構成要素であ
る最小単位の電気機械変換素子の数を適当に電気的に分
離して２組以上の電気機械変換素子を集積化することが
できる。これにより、大きい変位量でかつ微小な分解能
をもったアクチュエータが実現できる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図〜第３図により説明する
。

第１図は２組の積層型電気機械変換素子を集積化した際
の電気機械変換素子を示す。図において。

１は電荷供給により応力が発生して伸縮する電気機械変
換材料、２は内部電極、２′は境界内部電極、４〜６は
外部電極、７〜９は金属接着用半田材、１０〜１２はリ
ード線、１３は積層型電気機械変換素子を構成する最小
単位の電気機械変換素子を構成するための絶縁体、３は
端部絶縁物である。電極５は共通用電極であり、該電極
５に対して電極４，６には各々Ｖｌ、Ｖｚの電圧を印加
できる構造となっている。この場合、電極４の方がアク
チュエータとして粗動用、また電極６の方が微動用とし
て利用できる。

図の具体例の場合、粗動と微動との変位量の比は約７＝
１となる。実際には、１００個以上の最小単位の電気機
械変換素子を積層するので、変位量の比は２桁異なった
素子を同一素子から得ることができる。第１図はリード
線の本数を少なくするために共通な極５を設けたが、こ
の場合、各々の素子分離のために電極配置には注意する
必要がある。図は２つの素子を境界内部電極２′により
素子分離し、共通用外部電極５に接続されているので、
外部電極４，６にＶｓ、Ｖｘの電圧が印加されても（Ｖ
Ｉ　Ｖｚ）のｔ位差が電気機械変換作用に影響しない構
造である。

第２図には第１−図の素子分前のための変形を示した。

第２図（ａ）は素子分離のために、二つの境界内部電極
２′とその間に狭まれた電気機械変換材料及び内部電極
とにより構成された場合を示す。また、第２図（ｂ）は
二つの境界内部ｉ′！！極２′とその間に設置した電気
機械変換材料とを設け、素子分離を行なった場合を示す
。第２図の素子分離方法はいずれも第１図の例に比べて
無駄の部分が多く、余り望ましい構造ではないが、境界
内部電極２′の電位が共通電位でない場合や、第１図の
ような共通用外部電極５を設けない場合に有効となる。

第３図は共通用外部電極を設けず、３組の電気機械変換
素子を集積化した積層型電気機械変換索子の場合を示す
１図は、外部電極２０．２１により、微小変位を発生す
る電気機械変換素子を、外部電極２４．２５により大き
な本位を発生する電気機械変換素子（図は大部分省略）
を、さらに。

外部電極２２．２３により上記の中間程度の変位を発生
する電気機械変換素子を組合せた例を示す。

本例では、境界電気機械変換材料１′及び１′により素
子分離が行なわれており、共通用外部電極を使用してい
ない場合を示している。この場合。

１．１′及び１′の電気機械変換材料を同一材料にする
と、ｆｆｉ荷供給用電源は各々独立したフローティング
電源が望ましい。また、１′及び１′の材料には電荷供
給しても殆んど電気機械変換を起さない絶縁物を採用す
ることも考えられる。さらに、本例では上記に述べたよ
うに共通用外部電極を用いない場合を示したが、第１図
のように共通用外部電極を用いた場合が考えられ、この
場合は無駄の部分がなくなるので、この構造を採用する
のが望ましい。

第３図の例は３組の電気機械変換素子を積化した場合で
あるが、これ以上の素子を集積化することも可能であり
、プリント基板の配線パターン製作技術や半導体ホトリ
ソグラフィ技術を使用することにより容易に実現できる
。

以上の具体例では電気機械変換材料を特に指定していな
いが１運営の圧電材、電歪材の外にＬｉｚＢａＯ９や５
ｉＯｚの単結晶材料、及びこれらを複合して、第１図〜
第３図のように構成した素子も、本発明を逸脱するもの
ではない。また、本発明は複数の電気機械変換素子で構
成されているが、その中の１つあるいはそれ以上の素子
を応力検出素子とし使用しても本発明の範囲である。こ
の応力検出素子は電気機械変換素子の非線型性を検出す
ることができ、電気信号と変位の関係を線型に補正する
ことができる等、アクチュエータとしての高精度化にも
貢献できる。

さらに、本発明を応用した２次元あるいは３次元微動素
子等も本発明の範囲である。具体には、走査型トンネル
顕微鏡で使用されているトライポット形状の３次元駆動
素子や２次元及び回転機能まで有したインチワーム素子
等を示す。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の積層型電気機械変換素子が、単
なる大きな変位をもつアクチュエータのみならず微小変
形をも有するアクチュエータとなるので、大きな変位を
もちかつｎｍあるいはそれ以下の分解能をもつアクチュ
エータを容易に実現することができる。また、複数の電
気機械変換素子の中で、１つあるいはそれ以上の素子を
応力検出素子として利用すれば、変位検出機能をもった
アクチュエータが実現でき、電気機械変換素子の高精度
化を可能ならしめる。

さらに、本発明の構造は従来の積層型電気機械変換素子
の製造工程を殆んど使用することができ、外部電極形成
時に電極分離を行なう作業が追加されるだけなので、従
来プロセスのわずかの改造で極めて容易に製作すること
を可能ならしめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になる素子の構成を示す縦断
面図、第２図は素子分隔を行なうための第１図の変形例
を示す素子要部の縦断面図、第３図は３組の電気機械変
換素子を積層し、共通外部電接をもたない場合の一実施
例の素子要部を示す縦断面図である。 １・・・電気機械変換材科料、１’　、１’・・・境界
電気機械変換材料（あるいは絶縁物）、２・・・内部電
極、２′・・・境界内部電極、３・・・端部絶縁物、４
〜６゜２０〜２５・・・外部電極、７〜９，２６〜３１
・・・金属接着用半田材、１０〜１２．３２〜３７・・
・リー代理人　弁理士　小川ｎｌノ３１．．。 第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、積層型電気機械変換素子において、３本以上の電荷
   供給用リード線を有すること、あるいは、２組以上の電
   気機械変換素子を一つの素子の中に集積化したことを特
   徴とする電気機械変換素子。 ２、集積化された２組以上の電気機械変換素子のいずれ
   かの電極を共通用電極として結線し、該電極に同電位を
   与えるように共通用電荷供給リード線を設けたことを特
   徴とする第１項記載の電気機械変換素子。 ３、集積化された２組以上の電気機械変換素子の分離を
   、該素子に同電位を与える電極により実現することを特
   徴とした第１項および第２項記載の電気機械変換素子。 ４、２種類以上の電気機械変換材料により、２組以上の
   電気機械変換素子集積化することを特徴とした第１及至
   第３項記載の電気機械変換素子。 ５、集積化した、２組以上の電気機械変換素子をアクチ
   ュエータ及び応力検出素子の組合せとして使用すること
   を特徴とした第１及至第４項記載の電気機械変換素子。