JPS5917876A - 圧電駆動装置 - 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】 本発明は、圧電体の逆圧電効果によって生じる変位を利
用して機械的な変位ｌｆｌ：を得る圧電駆動装置に関す
るものである。

従来より圧電駆動装置と１．、−１は、例えば特公昭６
１−１２４９７号公報に示された如くの装置が知られて
いる。この装置は、第１図に略図で示したり目＜、圧電
体１に両端に、基板４と静電的に吸着できる脚部２，３
が固着され、この圧電体１゜脚部２，３および基板４へ
の電源供給状態をスイッチＳ、　、　Ｓ２．Ｓ３の操作
により適宜に制御し「シャク）　ＩＪ虫」の如くの動作
状態を行なわせ微小な機械的変位を精度よく得ようとす
るものである。

しかしながら上記装置は、圧電体１における変位量を所
望の機械的変位量として取出すために、脚部材を基板と
の間で静電的な吸着力による係止構成を形成しており、
もちろんこの係止条件がなければ「シャクトリ虫」の如
くの動作形態か得られず装置として成ね立たず、駆動装
置としての使用範囲が制限されたものとなる問題点を有
していた。即ち、上記発明は、静電的な吸着力による係
止を必要とするために脚部材、あるいは基板を形成する
材料、あるいは静電的な吸着力の他部所への影響度に制
限を生じることになり、上記装置の使用範囲はまずこの
点で大きく限定されたものとなる。まだ、何らかの力を
生じる部材即ち、能動部材という見方で上記装置を兄で
みると、動作形態も考えて圧電体と二つの脚部１／１：
］＝＝−よび基板との関係ということ１、大きく３飼の
能動部材を有しているという見方ができる１、（’ｌｙ
で、これらの能動部材の生じる力の間に１７］：、１ド
市体の逆圧電効果、静電的な吸着力と何らの関係もない
。このため、先に述べた「シャクトリ虫−１のＩｌｌ＜
の動作形態を効率よく得るには、スイッチＳ、、Ｓ２．
Ｓ、の操作タイミングおよび力を生じる／、−めの制御
系に大きな注意を払わなければならない４．＋’［わし
さを有しており、この点においても、装置の使用範囲に
制限を受けることになることは明らかである。

本発明は、上述した如くの従来装置の問題点を解決でき
た圧電駆動装置を４）１１供するものであゆ、以下図面
と共に説明する。

第２図（イ）　、　（ｏｌは、本発明による）ド市駆動
装置の一実施例に使用される圧電体の　例の動作状態を
示した略図である。

第２図（イｌ　、　ｉ口１に図示した如く矢印ａの如く
の分極方向を有し薄く形成された圧電体は、印加する電
圧の極性を変化させることにより実線で示した状態と破
線で示した状態間で変化する。

即ち圧電体は、印加電圧の極性により径方向および厚み
方向に機械的な変化を生じ、本発明の一実施例はこの変
位を罹めて簡単な構成で有効に利用するものであり、第
３図に示したその一実施例は第２図に図示しだ、薄く形
成された圧電体を複数枚Ｍ層し、かつ任意の所定枚数で
電気的に複数個のブＯツクに分離した状態で、この圧電
積層体を所定の外囲器内に嵌挿せしめ、上記ブロック毎
に動作制御を行ない例えば従来例と同様々「ンヤクト’
Ｊ虫」の如くの動作形態香の種々の動作形態により所望
の微小変位を実現するものである。

第３図（イ）、（ロ）は第２図に示した圧電体を使用し
た本発明による圧電駆動装置の一実施例を示す構成図で
あり、同図（イ）は、構造を説明するだめの分解略断面
図、同図（ロ）は、その完成状態を示す外観図を夫々示
している。

図中５は、第２図に図示した如くの圧電体を示し、複数
枚積層され圧電積層体を構成する。

この圧電積層体は、６．．６．・　”ｎ−Ｉ　＋　６１
で示したｎ対の電極群６と、（ｎ−１）個の電気的に浮
いた状態になされ絶縁スペーサとなる少々くとも１枚以
上の圧電体５ａとにより、電気的にｎ個のブロックに分
離される。尚、図示の実施例においては、１つのブロッ
クは、４枚の圧電体５から形成されているが、適宜の枚
数選択が可能であることはいう捷でもなく、賛だ、電気
的に浮いた圧電体５ａに替え、圧電体５の逆圧電効果に
影響を及ぼさない特性の絶縁体を使用することも可能で
ある。

一方、各ブロックの周囲には、ヤング率が圧電体６と同
等の材料で形成され、電極６．．６２・・・６ｎ　の引
き出し部７ａを有した係止用リング７が絶縁物８を介し
て取り付けられている。この係止用リング７は、各ブＯ
ツクの圧電積層体の変位特性をできるだけ減少させない
ように十分薄く形成かつ電極引き出し部の他に切れ目を
入れる等の配慮がなされている。

９は上述した圧電体５．係上用リング７等からなる圧電
積層体が嵌挿される外囲器を示し、内部に電極６１　　
・　６ｎの挿通部９ａを有している。

以下、第３図（イ）　、　ｔｏ）に示しだ実施例の動作
について説明する・ 第４図（イ）から（（へ）は第３図に示しだ本発明によ
る圧電駆動装置における基本動作を概略的な断面図で示
した動作状態図である。尚、第４図中においては、動作
をわかり易くするために、複数枚の圧電体５．係止用リ
ング７等よりなるｎ個のフ′ロックを１０−＋　、　１
０２　・−−１０（１−＋）　＋　１Ｏｎ　として簡略
化しまた電圧の印加によるブロックの変位も擾めて大き
く図示している。

各ブ０７りの圧電体は、第２図にも図示しだ如く分極方
向に電圧が印加された場合径方向に伸び厚み方向に縮み
、逆に分極方向に反して電圧が印加されると径方向に縮
み、厚み方向に伸びる。このため、各ブ０７り１ｄ外囲
器９内で、分極方向に電圧が印加された場合、圧電体の
径方向への伸び「より係止用リング了が外囲器９の内壁
と当接し、移動できない圧接による固定状態となり、逆
に分極方向に反して電圧が印加された場合、圧電体の厚
み方向への伸びにより、上述の圧接による固定は解除さ
れ外囲器９内で移動可能状態となる。

今、各ブロックの圧電体の全てに分極方向に電圧を印加
した状態を基準に考える。この場合、各ブロックは径方
向に伸長し、第４図（イ）に示す如く外囲器９の内壁と
当接し、固定状態となっている。

このような状態から、第４図における左端のブロック１
０．の電圧印加の状ｐ↓）４反転させてやると、このブ
ロック１０１は径方向に縮み、即ち厚み方向に伸長し、
第４図（ロ）の如くの状ｊｉｊ＋、となる。この時左端
のブロック１Ｑ　＋の厚み方向への伸びΔｔは、極めて
微小な変位となること０１、いうまでもなく、例えば外
囲器９を固定し、ゾＩＩツク１０１を移動させたい部材
と直接あるいは間槌的に連結することにより種々の分野
で微小な機械的変位を得る駆動源として使用できること
になる３、尚適宜の手段で圧電積層体を固定し、外囲器
９を移動可能にすることにより、外囲器９と移動させた
い部材との連結による駆動装置としても構成できること
はいうまでもない。

さらに、順次ブロックの電圧印加状態を反転させてやれ
ば、ｉｔの整数倍の変位量が極めて簡単に得られること
になり、微調節の必要な箇所における駆動装置に極めて
有効となる。

また、所望の変位量が大きい場合には、第４図（）３な
いしく四に示した如くの動作を繰り返すことによって、
本発明の、駆動装置においては簡単に得られることにな
る。即ち、まず同図（イ）の固定状態から、移動させた
い方向（この場合左方向とする）にある最大（ｎ−１）
個のブ０ツクの電圧印加特性を反転させ、同図ρ−１ｌ
ｃ示しだ如くの状態を得る９次いで移動させたい方向側
端部にある最小１個のブロック（図では１０１）を再び
固定状態に戻してやり、同図に）の如くの状態になり、
この状態が得られた後で先の？Ｊの状態において固定状
態にあった最小１個のブロック（図では１０Ｔ１）の電
圧印加特性を反転させ、同図（川の状態を得る。

この（泪の状態から、順次移動させたい方向側ブロック
（図では１０２）より市川・印加特性を反転させてやり
、圧電積層体の状態として同図（イ）と同様の状態であ
る同図（１のり１１＜の状態を得る。

以上のような動作を行なうことに１こり、圧電積層体は
同図（イ）から同図（へ）へと、固定という状態は同一
であるが、その位置はｉｔ（ｎ−２）だけ左方向に変位
したことになる。１．！ＩＩ　１’）同図（イ）の状態
を基準とすると（イ）−（）−１−４−１−・（羽・（
慴（（イ））という動作を繰り返し行なってやわば、ｉ
ｔ（ｎ−２）ずつの変位量が得られることになり、例え
ば、おおよその変位量設定は上述しだり１１りの動作で
行ない正確な変位量設定を同図（イ）からイコ）への動
作即ち、ｉｔの整数倍の変位を利用して行なう〃［１り
の特徴ある微小駆動装置を提供できることになる。

また、同図（ニ）′から（チ）′に、ｊ＜シた如く最小
２個のブロックを固定状態に置き、移動させたい方向か
ら順次電圧供給の反転動作を行なってやれば、はぼ連続
的とみなせる微小変位動作が得られることになる。

第４図（イ）ないし［−１で説明した動作も、ｉｔおよ
びｉｔ（ｎ−２）という変位量が微小であるため、繰り
返し行なった場合、連続動作であるとみなしてもさしつ
かえはないが、同図（→′ないしくチ）に示した動作は
、先の実施例の〃１１〈のいわ渉る「シャクトリ虫」の
如く動作形態とはならず、より微小な連続動作となるわ
けであり、本発明は特徴ある微小変位量を得られる圧電
駆動装置を提供することができる。

尚、第４図（イ）ないしくへ）で説明した変位動作だけ
を期待しようとする場合には、第５図のように、ブロッ
クを構成する圧電体６の積層枚数を多、少の二群に分け
、３個のブロックを形成し、即ち圧電積層体を両端部、
中央部に分けると共に、先の実施例で各ブロックの周囲
に取付けた係止用リングを両端部のみに設け、上記両端
部、中央部への電圧印加極性およびタイミングを「７ヤ
クトリ虫」の如くの動作形態となるように制御しても実
現できることになる。

第６図は、本発明による圧電駆動装置の他の実施例を示
す略断面図であり、同図からも明らかであるが、この実
施例は、圧電体として中空形状の一体化されたものを使
用し、外周部と内周部に電極群を構成したものである。

即ち、この実施例は圧電体の分極方向を先の実施例の如
く、互いに対向する方向ではなく径方向にな（〜だ例で
ある。面光の実施例の如くに互いに分極方向を対向させ
た積層体として構成することも可能なことはいうまでも
なく、壕だ図中第３図と同図番のものは、同一機能を有
するものである。

さて第６図に図示しだ実施例の動作であるが、先の実施
例と、圧電体および電極群の構成は異なるものの、ブロ
ック毎に電１１′の印加を制御し圧電体を径方向あるい
は厚み方向に変位させることが可能であることは図面か
らも明らかであり、このだめ各ブロックは外囲器９との
間で、固定状態。

移動状態を作り、第４図で７１暑、た先の実施例と同様
の動作形態を実現できることはいう才でもなく詳細な説
明は省略する。

Ｕ、この第６図に図ｔ１’：、　ｌ−／ニー実施例は圧
電体が中空状であり、電極群の配設置′１業が先の実施
例に比較して極めて簡単となり、また個々のブロックを
形成する径方向と直交する方向の厚みも径方向の厚みさ
え印加電圧等を考え適宜に設定してやれば、ある程度の
自由度をもって設定できるととになる。

１目ち、先の実施例の場合１個のブロックの変位量であ
るΔｔを種々の値に設定しようとすれば、径方向と直交
する方向の厚みを制（財）しなければならないわけであ
るが、この方向の厚みは、電圧が印加される厚みであり
、圧電体１枚の厚みが厚くなれば当然、所定の変位量を
得るために必要な印加電圧が高くなり、電圧を印加する
制御系処理が極めて煩わしくなる問題がある。従って先
の実施例の場合、１枚１枚の圧電体の厚みを種々制御す
ることは現実問題として無理があり、このため圧電体を
薄く形成し、かつ電極群をはさみ込みながら積層すると
いう極めて煩わしい作業を行なわなければ種々の特性の
駆動装置を得ることができない問題点を実用化を考えだ
場合有していることになる。

これに対し、第６図における実施例は、先にも述べた如
く電極群の配設作’＋Ｊ、１．’　ｌｒ＋゛１単である
し、かつ径方向と直交する方向のｉ’ｒ　ノ゛’　ツク
の厚みもある程度の自由度を持って設定できるだめ実用
化を考えた場合、種々の特性び外電す１／１動装置を簡
単な構成で提供できることになる１゜ さらに、圧電体の中空部に移動させたい部材を直接ある
いは先の実施例の夕１囲器に対応する内囲器を介して間
接的に装着する如くの展開も考えられ、例えば図示はし
ないが、写ｊ’＋：、１１１カメラや顕微鏡等の光学装
置におけるレンズを１−泥中空部に装着してやれば、従
来高精度の加工技術の要求されていたレンズの微動機構
に（・もえ、」・発明による圧電駆動装置によって筒中
にかつ電気的に極めて精度の高い微動調節を可能とする
ことができる等の応用を考えることのできる’１２＋′
ｉ′ｉｌＱイしも有することになる。

第７図は本発明による圧電駆動装置の更に他の実施例を
示しだ路外親図であり、第３図、第６図と同図番のもの
は、同−機能部４４である。

この実施例は、図面からも明らかなように、上述してき
た実施例において円柱形に形成していた圧電体を角柱形
に形成した例を示している。

この実施例も、圧電駆動装置としての微小変位を得る動
作は、先の二つの実施例と同様の動作形態が可能となる
ことはいうまでもなく、詳細な説明は省略する。

ただ角柱形であるため、図示した如く、先の実施例では
イ商々のブロック毎に圧電体の周囲に設けられていた係
止用部材８が相対向する二面のみに設けられているだめ
、外囲器９との間における各ブロックの固定状態に差を
有することになる。即ち先に述べた実施例においては、
圧電体５の径方向への伸長変位の殆んどを係止のための
圧接力として利用していたのに対し、この実施例におい
ては、相対向する面間の変位のみを、係止のための圧接
力として利用することになる。

尚、上記係止のための圧接力の利用の仕方は、圧電体を
角柱状に形成した場合、４つの径方向にわたって、等し
い力を得ることが困難となるためであることは明らかで
あるが、駆動装置として考えだ場合、円柱形として構成
できない場合にも簡単に対処できるという特徴の一つに
なるということはいうまでもない。

以上述べてきたように、本発明は圧電体への電圧印加を
制御することにより、順電体の逆圧電効果によって生じ
る径方向および厚み方向という二方向への変位を有効に
利用するべく、圧電体を電気的に複数個のブロックに分
離し、かつこの圧電体を外囲器内に嵌挿せしめ、この外
囲器と上記ブロック間との関係により、上記圧電体ある
いは外囲器より、微小な機械的変位量を取り出せる圧電
、駆動装置を提供するものであり、神々の分野で多くの
装置への使用が考えられる極めて実用価値の高いもので
ある。

【図面の簡単な説明】

施例に使用される圧電体の一例の動作状態略図、第３図
（イ）、（ロ）は本発明による圧電駆動装置の−実施例
図であり、同図（イ）は分解略断面図および側面図、同
図（ロ）はその完成斜視図、第４図（イ）〜（へ）。 （ニ）′〜（チ）′は第３図に示しだ本発明による圧電
駆動装置の一実施例の動作状態を説明するための略動作
状態図、第５図は本発明による圧電、駆動装置の他の実
施例図、第６図は本発明による圧電駆動装置の更に他の
実施例図、第７図は本発明による圧電、駆動装置の更に
他の実施例を示している。 ５・　・圧電体、６　・・・電極群、了・　・・係止用
リング、８　・・絶縁物、９・−・・・外囲器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男ほか１名第４図 第６図 手続補正書 昭１１１６８年８　月　３２１’Ｉ Ｔ長官殿 つ表示 １１６７年４Ｉｌ゛許願第２１５４０　号つ名称 電駆動装置 ３袖正をする者゛ 人　　　〒　５７１ 所　　大阪府門真市大宇門真１００６番地松下電１７１
揄１：１′業抹ヱＣ会社内面 ７、補１トの内容 （１）　　明細書第１３ページ第１５行目の（イからチ
′に」をｒ（＋・）から四に」に補正します。 （２）明細書第１３ページ第３行１″：ｌの「（に）′
ないしくチ′に」を１（ト）ないし四に」に補正し捷す
。 （３）明細書第１９ページ第３行１］の１−　（−１’
〜ヂは」を「（ト）〜四は」に補正します。 （４）明細書第１３ページ第４行目〜第５行目の「略動
作状態図」を「略断面図」に補止します。 （句　図面の第４図を別紙のように補正しまず。 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　電圧の印加による逆圧電効果により機械的な
   変位を生じる圧電体を電気的に分離された複数個のブロ
   ックに分離する分離手段と、前記分離された複数個のブ
   ロックのうち少なくとも２個のブロックの周囲あるいは
   一部に取付けられる係止用部材と、前記分離されたブロ
   ック毎の圧電体の分極方向に設けられる電極群を含み前
   記圧電体への電圧供給を制御する電圧供給手段と、前記
   分離手段、係止用部材、電極群を備えた前記圧電体が嵌
   挿される外囲器とから構成され、前記電圧供給手段によ
   る印加電圧の制御により前記ブロック毎に独立して前記
   圧電体を径方向あるいは厚み方向に変位させ、前記径方
   向の変位により前記係止用部材を前記外囲器内面に当接
   せしめ前記ブロックと外囲器間に固定状態を作るととも
   に、前記厚み方向への変位により前記当接を解除して移
   動状ｊｉｊ翼１・１′１す、前記固定状態と移動状態と
   の適宜の和み合わせによる前記圧電体と外囲器との関係
   を制御１１１１すると共に、前記圧電体あるいは外囲器
   のど１．らか一方を移動できない如くになし前記１口１
   体あるいは外囲器より、機械的変位量を取り１曙Ｊ−こ
   とを特徴とする圧電駆動装置。 （２）分離手段は、前記圧電体の所定部分を電気的に不
   作動状態となすことにより１（Ｉられる前記所定部分で
   あることを特徴とする特￥１請求の範囲第１項に記載の
   圧電駆動装置１り。 （３）分離手段は、前記圧電体の橡ｆ＼’：　７］、’
   ｊ性を防げない特性を有する絶縁物上り構成されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の圧電駆動装
   置。 （４）係止用部材は、ヤング率が前記圧電体と近似した
   材料で構成されると共に前記圧電体の逆圧電効果による
   変位特性を妨げないように十分薄く形成されることを特
   徴とす６’　、７１’４を訂請求の範囲第１項および第
   ３項に記載の圧電駆動装置。 （５）係止用部利は、前記ブロックの全部に設けられ前
   記圧電体への電圧供給手段］を前記ブロック毎に独立し
   て行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第４項に記載の圧電、駆動装置。 （６）係止用部伺は、前記ブロックの両端の２個に設け
   られ、前記電圧供給手段による電圧供給制用１を前記両
   端のブロックと、その間にはさまれンそ、ブロックの３
   部分単位で行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項にいし第４項に記載の圧電、駆動装置。 ・ニア）圧電体は、互いに分極方向が対向する々１１＜
   に、複数枚の薄い圧電体を積層した圧電積層体からなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項に
   記載の圧電、駆動装置。 （８）　　特許請求の範囲第７項に記載の圧電駆動装置
   において、前記分離手段は前記圧電積層体の圧電積層体
   間に設けられる前記′電極群のうちのいくつかを電気的
   に浮いた状態となすことにより得られる電気的に浮いた
   状態の前記薄い圧電体のいくつかであることを特徴とす
   る圧電駆動装置。 （９）　　圧電体は、径方向に分極された中空形状に構
   成さ九だことを特徴とする特ｉｒｌ請求の範囲第１項な
   いし第６項に記載の圧電駆動装置。 （１０）特許請求の範囲第９項に記・ｌ＆の圧電、駆動
   装置において、前記分離手段は、前記中空形状の圧電体
   の外周面と内周面に設けられる電極群を複数個の対とし
   て構成することにより得られる電圧が印加されない部分
   のＢ：重体であることを特徴とする圧電駆動装置。 （１１）圧電体は、角柱状に形成されるとともに、前記
   係止用部材が相対向する前記角柱状圧電体面に設けられ
   ることを特徴とする特Ｊｒ請求の範囲第１項に記載の圧
   電、駆動装置３．