JP2001339965A - Piezo actuator - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 モノリシック構造の圧電材料を用いてハイブ
リッド構造のものよりも高精度な曲げ動作や複雑な姿勢
制御が行える圧電アクチュエータを提供する。
【解決手段】 モノリシック構造の板状圧電材料1の対
向する面のそれぞれに、所望の動作をさせるための形状
と大きさ・相対位置を持つ多数個の電極2a〜2i,3
a〜3iを配置し、前記多数個の電極をそれぞれ独立に
直流電源6に接続できるスイッチ回路4a〜4i,5a
〜5iを備え、前記多数個の電極をそれぞれ独立に前記
直流電源の正極または負極に接続し、又はいずれにも接
続しない制御を行うことにより、前記多数個の電極の配
置領域において伸縮動作と曲がり動作と回旋動作との全
部または一部を行わせる。
(57) [Problem] To provide a piezoelectric actuator which can perform a bending operation and a complicated attitude control with higher accuracy than a hybrid structure using a monolithic piezoelectric material. SOLUTION: A plurality of electrodes 2a to 2i, 3 each having a shape, a size, and a relative position for performing a desired operation are respectively provided on opposing surfaces of a plate-shaped piezoelectric material 1 having a monolithic structure.
a to 3i, and switch circuits 4a to 4i, 5a capable of connecting the plurality of electrodes to the DC power source 6 independently of each other.
To 5i, by controlling the multiple electrodes independently to the positive electrode or the negative electrode of the DC power supply, or by performing control not to connect to any of them, so that the expansion and contraction operation and the bending in the arrangement area of the multiple electrodes are performed. Perform all or part of the operation and the rotation operation.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自由度の高い空間
的な微小変位を伴うことにより、物体の移動や位置決め
をしたり、流体の進路を変えたりするのに用いる圧電ア
クチュエータに係り、特にモノリシック構造の圧電アク
チュエータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric actuator which is used for moving or positioning an object or changing the course of a fluid by causing a small spatial displacement with a high degree of freedom. The present invention relates to a piezoelectric actuator having a monolithic structure.
【0002】[発明の概要]本発明は、ユニモルフ構造
やバイモルフ構造のいずれをも用いずに、より高精度な
曲げ動作をも可能にする構成を持つモノリシック構造の
圧電アクチュエータに関し、複雑な動作を行うことがで
きるようにハイブリッド構造のものではなく、部品点数
の少ないモノリシック構造の板状圧電材料の対向する面
に所望の動作をさせるための形状と大きさ・相対位置を
持つ多数個の電極を配置し、これらの電極を独立に直流
電源に接続できるスイッチ回路に繋ぎ、分極時や駆動時
に発生させる電界の状態を可変することで、伸縮動作と
曲がり動作と回旋動作の全部または一部を精度良く行わ
せ、圧電材料の形状や姿勢を制御する。[Summary of the Invention] The present invention relates to a monolithic piezoelectric actuator having a structure that enables a more accurate bending operation without using any of the unimorph structure and the bimorph structure, and performs a complicated operation. Instead of having a hybrid structure, a large number of electrodes having a shape, size, and relative position for performing a desired operation are provided on opposing surfaces of a monolithic plate-like piezoelectric material with a small number of parts so that the operation can be performed. By arranging these electrodes and connecting them to a switch circuit that can be independently connected to a DC power supply and changing the state of the electric field generated during polarization and driving, all or part of the stretching, bending, and rotating operations can be performed with accuracy. It controls the shape and posture of the piezoelectric material.
【0003】[0003]
【従来の技術】圧電材料の逆圧電効果を用いた圧電アク
チュエータは、それ自体の強度や変位発生効率から大変
位量を持つアクチュエータとしては不向きと言われてい
るが、数nm〜数mm程度の微小変位量を必要とする目
的には応用されている。2. Description of the Related Art A piezoelectric actuator using the inverse piezoelectric effect of a piezoelectric material is said to be unsuitable as an actuator having a large displacement due to its own strength and displacement generation efficiency. It is applied to the purpose requiring a small displacement.
【0004】逆圧電効果では、例えば電極に対して垂直
に伸びる方向で歪みが発生する場合、圧電材料の体積は
変わらないので、横方向では縮む現象が発生する。特に
この伸縮による変位を利用したものが多い。すなわち、
伸びと縮みをそのまま利用したり、もしくは同様の機能
を持たせるための電極を付加した圧電材料を積層化して
変位量を増大させている。In the reverse piezoelectric effect, for example, when distortion occurs in a direction extending perpendicularly to the electrode, the volume of the piezoelectric material does not change, so that a phenomenon of contraction occurs in the lateral direction. In particular, many of them make use of the displacement caused by the expansion and contraction. That is,
The amount of displacement is increased by utilizing the expansion and contraction as they are, or by laminating a piezoelectric material to which an electrode for imparting a similar function is added.
【0005】積層型は、発生力が大きく、変位量を積層
の数で制御できることから色々な分野で応用されてい
る。通常、伸び方向の変位を利用するための設計になっ
ているが、曲げ動作を行うことを可能としたものもある
(例えば特開平5−261061号公報)。特開平5−
261061号公報に記載のアクチュエータは、円盤状
のユニモルフ型素子を積層したものである。1層に着目
すると、円盤上に多数に分割されたそれぞれ対になる電
極を配置し、それぞれの電極対に電圧を印加することで
歪みを発生させ、その歪みを積層化によって積算し、曲
げ動作を可能としている。The stacked type has been applied in various fields because it has a large generating force and the displacement can be controlled by the number of layers. Usually, it is designed to use displacement in the direction of elongation, but there is also one that is capable of performing a bending operation (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H5-261061). Japanese Patent Laid-Open No. 5-
The actuator described in Japanese Patent No. 261061 is a stack of disk-shaped unimorph-type elements. Focusing on one layer, a large number of divided electrodes are arranged on a disk, and a voltage is applied to each pair of electrodes to generate a distortion. The distortion is integrated by stacking, and the bending operation is performed. Is possible.
【0006】一方、曲げ動作や稔り動作(回旋動作)を
目的としたものとしてユニモルフ型やバイモルフ型のア
クチュエータが知られている。ユニモルフ型は、一枚の
弾性体に、表裏面に対称な電極を持つ一枚の圧電材料を
接着等により積層した構造を持つものである。バイモル
フ型は、曲げ量を増大させる目的で弾性体を表裏面に対
称な電極を持つ2枚の圧電材料で挟むように配置したも
のである。On the other hand, unimorph type and bimorph type actuators are known for the purpose of bending operation or fertility operation (rotating operation). The unimorph type has a structure in which one piezoelectric material having symmetrical electrodes on the front and back surfaces is laminated on one elastic body by bonding or the like. In the bimorph type, an elastic body is disposed so as to be sandwiched between two piezoelectric materials having symmetrical electrodes on the front and back surfaces for the purpose of increasing the amount of bending.
【0007】特開平5−318373号公報等では、ユ
ニモルフ型やバイモルフ型のアクチュエータを応用して
自由度の高いアクチュエータを提案している。また、特
開平11−206149号公報では、ユニモルフ型やバ
イモルフ型のアクチュエータで必要とされる組立や接着
等のアセンブル工程を不要とする一体型のアクチュエー
タが提案されている。この特開平11−206149号
公報に記載のアクチュエータは、逆圧電効果の縦効果を
利用するために櫛形電極を用い、さらに曲げを助長する
ために通常の逆圧電効果による伸縮を司る基板を塗布や
印刷、厚膜・薄膜化技術などで積層化した構造となって
いる。Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 5-318373 proposes an actuator having a high degree of freedom by applying a unimorph type or bimorph type actuator. Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-206149 proposes an integrated actuator which does not require an assembling step such as assembly or bonding required for a unimorph type or bimorph type actuator. The actuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-206149 uses a comb-shaped electrode to use the vertical effect of the inverse piezoelectric effect, and further applies a substrate that controls expansion and contraction by the normal inverse piezoelectric effect to promote bending. It has a laminated structure by printing, thick film / thin film technology, etc.
【0008】大きな発生力や変位量を必要としない用途
では、積層を構成する1層だけの発生力や変位量で充分
な場合もある。例えば、構造体の中に空間を設けて2本
のヒンジを配置し、この2本のヒンジそれぞれの伸縮動
作を用いて構造体を横方向(X軸)へ変位させている例
もある。In applications where a large generated force or displacement is not required, the generated force or displacement of only one layer constituting the laminate may be sufficient. For example, there is an example in which a space is provided in a structure, two hinges are arranged, and the structure is displaced in the lateral direction (X axis) using the expansion and contraction operation of each of the two hinges.
【0009】このとき、一枚の板状またはバルク状の圧
電材料により作製したアクチュエータの発生力や変位量
で性能的に充分であれば、そのような圧電材料を加工し
て必要な部分にだけ電極を配置するモノリシック構造に
することは、組立や配線工程を減らし、作製精度の悪化
やコストを低減すると言う点で優れたプロセスであると
言える。At this time, if the generated force and displacement of an actuator made of a single plate-like or bulk-like piezoelectric material are sufficient in terms of performance, such a piezoelectric material is processed to only the necessary parts. A monolithic structure in which the electrodes are arranged is an excellent process in that the number of assembly and wiring steps is reduced, the manufacturing accuracy is reduced, and the cost is reduced.
【0010】また、圧電材料を用いたセンサやアクチュ
エータは、いずれも印加電圧と変位又は歪みの間でヒス
テリシスを持つことに関し、特開平5−56667号公
報では、圧電材料に配置する電極を細分化し、特に変位
特性が不安定で変位誤差要因となる低電圧領域での使用
をさけ、安定的に微細精度の変位が得られる方法を提案
している。この場合には、電極を微細に分割して伸縮方
向の変位に対して精度と変位量を両立させている。[0010] Further, all sensors and actuators using a piezoelectric material have a hysteresis between applied voltage and displacement or strain. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-56667 discloses a technique in which electrodes arranged on a piezoelectric material are subdivided. In particular, a method for stably obtaining a fine-precision displacement is proposed by avoiding use in a low-voltage region where displacement characteristics are unstable and causes a displacement error. In this case, the electrodes are finely divided so as to achieve both accuracy and displacement with respect to displacement in the direction of expansion and contraction.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来
は、圧電アクチュエータを用いて曲げ動作や捻り動作
(回旋動作)を行うために弾性体を併用したユニモルフ
やバイモルフ型のアクチュエータが主流である。しか
し、これらは圧電材料と弾性体などの複数の材料を用い
たハイブリッド構造となっているので、単一の圧電材料
のみを用いたモノリシック構造の圧電アクチュエータよ
りもコストが掛かる。As described above, conventionally, a unimorph or bimorph type actuator using an elastic body in combination with a piezoelectric actuator to perform a bending operation or a twisting operation (rotating operation) is mainly used. . However, since these have a hybrid structure using a plurality of materials such as a piezoelectric material and an elastic body, the cost is higher than a piezoelectric actuator having a monolithic structure using only a single piezoelectric material.
【0012】また、独立して制御できる電極は2つもし
くは2つ以上と数が少なく、これらの電極に加える電圧
によってのみ変位や曲げ動作角度を制御しているので、
複雑な姿勢制御を行うことが難しい。Also, the number of electrodes that can be independently controlled is as small as two or two or more, and the displacement and bending operation angle are controlled only by the voltage applied to these electrodes.
It is difficult to perform complicated attitude control.
【0013】本発明の目的は、モノリシック構造の板状
圧電材料を用いてハイブリッド構造のものよりも高精度
な曲げ動作や複雑な姿勢制御が行える圧電アクチュエー
タを提供することにある。An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator which can perform a bending operation and a complicated attitude control with higher precision than those of a hybrid structure using a plate-like piezoelectric material having a monolithic structure.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の圧電アクチュエータは、モノリシック構造
の板状圧電材料の対向する面のそれぞれに、所望の動作
をさせるための形状と大きさ・相対位置を持つ多数個の
電極を配置し、前記多数個の電極をそれぞれ独立に直流
電源に接続できるスイッチ回路を備え、前記多数個の電
極をそれぞれ独立に前記直流電源の正極または負極に接
続し、又はいずれにも接続しない制御を行うことによ
り、前記多数個の電極の配置領域において伸縮動作と曲
がり動作と回旋動作との全部または一部を行わせること
を特徴としている。In order to achieve the above object, a piezoelectric actuator according to the present invention is provided with a shape and a size for performing a desired operation on each of opposing surfaces of a plate-shaped piezoelectric material having a monolithic structure. A switch circuit that arranges a large number of electrodes having relative positions and that can connect the large number of electrodes to a DC power source independently, and connects the large number of electrodes to a positive electrode or a negative electrode of the DC power source independently Alternatively, by performing control not to connect to any of them, all or a part of the expansion / contraction operation, the bending operation, and the rotation operation is performed in the arrangement region of the plurality of electrodes.
【0015】上記本発明の圧電アクチュエータでは、前
記板状圧電材料は、矩形状に形成され、表裏面のほぼ全
面または特定領域に前記多数個の電極がアレイ状に配置
されていることを特徴としている。In the above-mentioned piezoelectric actuator of the present invention, the plate-like piezoelectric material is formed in a rectangular shape, and the plurality of electrodes are arranged in an array over substantially the entire front or back surface or a specific region. I have.
【0016】また、上記本発明の圧電アクチュエータで
は、前記矩形状の板状圧電材料は、一端側が固定部であ
り、他端側の表裏面に前記多数個の電極がアレイ状に配
置されていることを特徴としている。Further, in the piezoelectric actuator according to the present invention, the rectangular plate-shaped piezoelectric material has a fixed portion at one end and the plurality of electrodes arranged in an array on the front and back surfaces at the other end. It is characterized by:
【0017】さらに、上記本発明の圧電アクチュエータ
では、前記板状圧電材料は、円盤状に形成され、表裏面
に前記多数個の電極が同心円状に配置されていることを
特徴としている。Further, in the above-described piezoelectric actuator of the present invention, the plate-shaped piezoelectric material is formed in a disk shape, and the plurality of electrodes are concentrically arranged on the front and back surfaces.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施の形態に
よる圧電アクチュエータの構成図である。図1に示すよ
うに、この圧電アクチュエータは、モノリシック構造の
圧電板材1の表裏面に、多数の電極2a〜2i及び3a
〜3iをアレイ状に対称配置し、それぞれの電極がスイ
ッチ4a〜4i及び5a〜5iの対応するスイッチを介
して個別に直流電源6に接続されるようにしたものであ
る。なお、以下の説明では、適宜、電極2a〜2iは電
極群2と称し、電極3a〜3iは電極群3と称すること
がある。FIG. 1 is a configuration diagram of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this piezoelectric actuator has a large number of electrodes 2a to 2i and 3a on the front and back surfaces of a monolithic piezoelectric plate 1.
To 3i are arranged symmetrically in an array, and the respective electrodes are individually connected to the DC power supply 6 via the corresponding switches 4a to 4i and 5a to 5i. In the following description, the electrodes 2a to 2i may be referred to as an electrode group 2 and the electrodes 3a to 3i may be referred to as an electrode group 3 as appropriate.
【0019】これらの電極は、デイップコート・スプレ
ーコート・スピンコート・印刷・スパック・蒸着・メッ
キ・電気泳動のいずれかもしくは複数の手段によって圧
電板材1の表裏面に形成し、フォトリソグラフイ・ダイ
シング・レーザー加工・研磨・研削・アプレーション・
アッシングのいずれか、もしくは複数の手段によって複
数個のアレイ状となるように整形したものである。These electrodes are formed on the front and back surfaces of the piezoelectric plate 1 by any one or a plurality of means of dip coating, spray coating, spin coating, printing, spaking, vapor deposition, plating, electrophoresis, and photolithographic dicing.・ Laser processing ・ Polishing ・ Grinding ・ Application ・
It is shaped into a plurality of arrays by either ashing or a plurality of means.
【0020】なお、以下に示す各種の実施例から理解で
きるように、圧電板材1は、矩形板状や円盤状など目的
に応じた形状とすることができる。また、アレイ状の電
極の相対位置は、お互いが電気的に接触しなければどの
ような位置関係でも構わない。動作の目的に応じて任意
の配置とすることができる。As can be understood from the various embodiments described below, the piezoelectric plate member 1 can be formed into a rectangular plate shape or a disk shape according to the purpose. The relative positions of the electrodes in the array may be in any positional relationship as long as they are not in electrical contact with each other. Any arrangement can be made according to the purpose of the operation.
【0021】以上の構成において、アレイ状の電極は、
スイッチ4a〜4i及び5a〜5iを通して、それぞれ
が独立して直流電源6の正極または負極に接続される
か、またはいずれにも接続されない状態になる。In the above configuration, the electrodes in an array form
Through the switches 4a to 4i and 5a to 5i, each is independently connected to the positive electrode or the negative electrode of the DC power supply 6, or not connected to any of them.
【0022】したがって、これらのスイッチを独立にオ
ンオフすることで、電極の接続状態及び極性を独立に制
御し、正極に接続されている電極と負極に接続されてい
る電極との間に発生する分極時の電界の向きと大きさを
可変し、任意の分極状態を作り出すことができる。Therefore, by independently turning on and off these switches, the connection state and the polarity of the electrodes are independently controlled, and the polarization generated between the electrode connected to the positive electrode and the electrode connected to the negative electrode is controlled. By changing the direction and magnitude of the electric field at the time, an arbitrary polarization state can be created.
【0023】また、アレイ状電極に接続されるスイッチ
を独立にオンオフすることで、アレイ状電極の接続状態
及び極性を独立に制御し、正極になっている電極と負極
になっている電極との間に発生する駆動時の電界の向き
と大きさを可変し、その結果モノリシック構造の圧電板
材1の内部に生ずる歪みによる伸縮の度合いを調節し、
伸縮動作と単一もしくは複数の曲げ動作及び単一もしく
は複数の回旋動作を行うことができる。Further, by independently turning on and off the switches connected to the array-shaped electrodes, the connection state and the polarity of the array-shaped electrodes can be controlled independently, and the positive electrode and the negative electrode can be controlled independently. The direction and magnitude of the electric field at the time of driving generated between them are varied, and as a result, the degree of expansion and contraction due to the strain generated inside the piezoelectric plate material 1 having a monolithic structure is adjusted,
An extension operation, a single or multiple bending operation, and a single or multiple rotation operation can be performed.
【0024】次に、以上の動作の確認結果を図2〜図7
を用いて説明する。図2は、動作確認をするために作製
した圧電アクチュエータの具体的な寸法例を示す側面図
である。図3は、具体的な外観及び寸法例を示す斜視図
である。図2及び図3に示すように、圧電板材1は、長
さ15mm、幅2mm、厚さ0.5mmの矩形状に形成
した。この圧電板材1の図2中の左端から5.5mmの
区間が測定時固定部1aであり、そこから右端までの
9.5mmの区間が電極形成領域1bである。この電極
形成領域1bでは、両端に0.5mmのスペースをとっ
た残りの8.5mmの領域の表面及び裏面に、長さ2m
m、幅800μm、厚さ400nmのクロム金電極(電
極群2及び電極群3)を1mmピッチで対称に作製し
た。Next, the results of confirming the above operation are shown in FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a side view showing a specific example of dimensions of a piezoelectric actuator manufactured for confirming operation. FIG. 3 is a perspective view showing a specific appearance and an example of dimensions. As shown in FIGS. 2 and 3, the piezoelectric plate 1 was formed in a rectangular shape having a length of 15 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 0.5 mm. The section of 5.5 mm from the left end in FIG. 2 of the piezoelectric plate material 1 is the measurement fixing portion 1a, and the section of 9.5 mm from there to the right end is the electrode forming region 1b. In the electrode forming region 1b, a length of 2 m is provided on the front surface and the back surface of the remaining 8.5 mm region having a space of 0.5 mm at both ends.
Chromium gold electrodes (electrode group 2 and electrode group 3) having a thickness of m, a width of 800 μm, and a thickness of 400 nm were symmetrically produced at a pitch of 1 mm.
【0025】図4は、圧電板材1内部の電界強度分布形
成の説明図である。なお、圧電板材1内の電界強度分布
は、実際には、圧電板材1の徹小領域での組成分布、圧
電定数、分極強度、分極方向、動作時電界強度分布、動
作電界方向、などとの間に複雑な相関を持つため複雑で
あるが、図4では簡略化して示してある。FIG. 4 is an explanatory view of the formation of the electric field intensity distribution inside the piezoelectric plate 1. Note that the electric field intensity distribution in the piezoelectric plate 1 is actually composed of the composition distribution in the small region of the piezoelectric plate 1, the piezoelectric constant, the polarization intensity, the polarization direction, the electric field intensity distribution during operation, the operation electric field direction, and the like. Although it is complicated because there is a complicated correlation between them, it is simplified in FIG.
【0026】図4において、初めに全てのスイッチ4a
〜4i及び5a〜5iを閉じて通電状態にし、電極2a
〜2iを直流電源6の正極に接続し、電極3a〜3iを
直流電源6の負極に接続し、電極群2と電極群3との間
に直流600Vを30秒間印加し、マクロ的に1kV/
mmの直流電界を発生させて圧電板材1に分極処理を施
した。したがって、圧電板材1内には、表裏面に垂直
で、表面から裏面に向かう分極電界(初期分極電界)7
が発生すると考えられる。In FIG. 4, first, all the switches 4a
To 4i and 5a to 5i are closed to make the electrode 2a
To 2i are connected to the positive electrode of the DC power supply 6, the electrodes 3a to 3i are connected to the negative electrode of the DC power supply 6, and 600 V DC is applied between the electrode group 2 and the electrode group 30 for 30 seconds, and 1 kV /
The piezoelectric plate 1 was subjected to a polarization treatment by generating a DC electric field of 1 mm. Therefore, a polarization electric field (initial polarization electric field) 7 perpendicular to the front and back surfaces and directed from the front surface to the back surface is provided in the piezoelectric plate 1.
Is thought to occur.
【0027】その後、電極群2と電極群3のそれぞれ選
択した電極だけが通電できるようにスイッチを切り替
え、選択された電極群2と電極群3との間で、分極時と
同方向に200V/mmの電界を加えて動作を試みた。
このときには、分極時とは異なった電界強度分布状態が
発生していると思われる。Thereafter, the switch is switched so that only the selected one of the electrode groups 2 and 3 can be energized, and 200 V / 200 V is applied between the selected electrode group 2 and the electrode group 3 in the same direction as the polarization. The operation was attempted by applying an electric field of mm.
At this time, it is considered that an electric field intensity distribution state different from that at the time of polarization has occurred.
【0028】例えば、図4に示すように、電極群2では
スイッチ4a〜4cを閉じて電極2a〜2cを直流電源
6の正極に接続し、電極群3ではスイッチ5bを閉じて
電極3bを直流電源6の負極に接続し、200V/mm
の電界を加えた。この場合、図4に示すように、3つの
電極2a〜2cから1つの電極3bに向かう電界(動作
時電界)が発生すると考えられる。For example, as shown in FIG. 4, in the electrode group 2, the switches 4a to 4c are closed to connect the electrodes 2a to 2c to the positive electrode of the DC power source 6, and in the electrode group 3, the switch 5b is closed and the electrode 3b is Connected to the negative electrode of the power supply 6, 200 V / mm
Was applied. In this case, as shown in FIG. 4, it is considered that an electric field (operating electric field) from three electrodes 2a to 2c to one electrode 3b is generated.
【0029】図5は、変位測定の説明図である。図5に
示すように、電極が配されていない長さ5mmの測定時
固定部1aをクランプ10に固定し、逆側の先端部の変
位を測定した。電極選択パターンによって、曲げ動作が
発生し先端部で上下方向に3.0μmの変位を確認し
た。FIG. 5 is an explanatory diagram of displacement measurement. As shown in FIG. 5, the 5 mm long fixing portion 1a having no electrodes disposed thereon was fixed to the clamp 10 and the displacement of the tip on the opposite side was measured. A bending operation was caused by the electrode selection pattern, and a displacement of 3.0 μm in the vertical direction was confirmed at the tip.
【0030】図6は、姿勢制御動作の説明図である。図
5と同様に、電極が配されていない長さ5mmの測定時
固定部1aを固定し、逆側の先端部を平行移動させるた
めの姿勢制御を行った場合、変位としては1.7μmを
確認した。変位の測定には、レーザ顕微鏡及び表面粗さ
測定器を改修して用いている。FIG. 6 is an explanatory diagram of the attitude control operation. Similarly to FIG. 5, when the fixed portion 1a at the time of measurement having a length of 5 mm where no electrodes are arranged is fixed and the posture control is performed to translate the tip on the opposite side in parallel, the displacement is 1.7 μm. confirmed. For measuring the displacement, a laser microscope and a surface roughness measuring instrument were modified and used.
【0031】図7は、回旋動作の説明図である。(a)
は未動作状態図、(b)は動作状態図である。なお、図
7(b)では、電極は図示省略した。図5と同様に、電
極が配されていない長さ5mmの部分を固定する(図7
(a))。電極選択パターンによって、曲げ動作が発生
し逆側の先端部に回旋動作を行わせることができた(図
7(b))。FIG. 7 is an explanatory diagram of the rotation operation. (A)
Is a non-operation state diagram, and (b) is an operation state diagram. In FIG. 7B, the electrodes are not shown. As in FIG. 5, a portion having a length of 5 mm where no electrode is provided is fixed (FIG. 7).
(A)). By the electrode selection pattern, a bending operation occurred, and a rotating operation could be performed on the opposite end portion (FIG. 7B).
【0032】《実施例1》図8は、本実施の形態による
圧電アクチュエータの利用例(実施例1)を示す図であ
る。HDDやスライダ型光ヘッドを用いたディスク記録
再生装置では、姿勢を保ちながらトラッキングやスペー
ス制御(フォーカシング)を高精度に実現するアクチュ
エータが必要となってくる。Example 1 FIG. 8 is a diagram showing an application example (Example 1) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. In a disk recording / reproducing apparatus using an HDD or a slider-type optical head, an actuator that realizes tracking and space control (focusing) with high accuracy while maintaining a posture is required.
【0033】図8では、ディスク装置におけるスライダ
の姿勢を保ちながら回転中のディスクとのスペース高さ
調節を行うアクチュエータとして用いた場合の例が示さ
れている。FIG. 8 shows an example in which the disk device is used as an actuator for adjusting the height of a space between the disk and a rotating disk while maintaining the attitude of the slider.
【0034】図8において、姿勢制御スペーシング制御
アクチュエータ20は、本実施の形態による圧電アクチ
ュエータであり、電極が配置されていない部分が支柱2
1に固定され、逆側の電極形成領域がディスク22上に
延在保持されている。この電極形成領域の先端部下面に
は、スライダ23が固定されている。In FIG. 8, an attitude control spacing control actuator 20 is a piezoelectric actuator according to the present embodiment, and the portion where no electrode is disposed is the support 2.
1 and the electrode forming region on the opposite side is extended and held on the disk 22. A slider 23 is fixed to the lower surface of the tip portion of the electrode forming region.
【0035】ディスク22がディスク回転用モータ24
により回転駆動される前の状態、ないしは駆動初期の状
態では、スライダ24は、図8(a)に示すように、デ
ィスク22の上部にスペース25の間隔を置いてディス
ク22の面に並行に支持されている。The disk 22 is a disk rotation motor 24
8A, the slider 24 is supported in parallel with the surface of the disk 22 with a space 25 above the disk 22, as shown in FIG. 8A. Have been.
【0036】この状態で、姿勢制御スペーシング制御ア
クチュエータ20に前述した上下方向への変位動作及び
姿勢制御動作を行わせることで、スライダ24は、図8
(b)に示すように、ディスク22の上部にスペース2
5の間隔よりも狭い間隔のスペース26を置いてディス
ク22の面に並行に位置させ、それを維持させることが
できる。In this state, by causing the attitude control spacing control actuator 20 to perform the above-described vertical displacement operation and attitude control operation, the slider 24 is moved to the position shown in FIG.
As shown in FIG.
The space 26 having a smaller interval than the interval of 5 can be positioned parallel to the surface of the disk 22 and maintained.
【0037】このように、本実施の形態による圧電アク
チュエータは、センシングデバイスの移動や位置決めを
するアクチュエータとして利用することができる。As described above, the piezoelectric actuator according to the present embodiment can be used as an actuator for moving and positioning a sensing device.
【0038】《実施例2》図9は、本実施の形態による
圧電アクチュエータの利用例(実施例2)を示す図であ
る。図9では、放送用デジタルVTR等で使われている
磁気ヘッドの突き出し量も制御できるトラッキングアク
チュエータとしての利用例が示されている。Example 2 FIG. 9 is a diagram showing an application example (Example 2) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. FIG. 9 shows an example of use as a tracking actuator capable of controlling the amount of protrusion of a magnetic head used in a digital VTR for broadcasting or the like.
【0039】図9(a)において、駆動走行される磁気
テープ31に磁気ヘッド32が摺接し、信号の記録・再
生が行われる。この磁気ヘッド32は、拡大図に示すよ
うに、VTRドラム30内においてトラッキングアクチ
ュエータ33の先端部に取り付けられ、VTRドラム3
0の周面から飛び出し磁気テープ31に摺接できるよう
になっている。In FIG. 9A, a magnetic head 32 slides on a magnetic tape 31 to be driven and travels, and recording and reproducing of signals are performed. The magnetic head 32 is attached to the tip of a tracking actuator 33 inside the VTR drum 30 as shown in the enlarged view.
The magnetic tape 31 can protrude from the peripheral surface of the magnetic tape 31 and slide on the magnetic tape 31.
【0040】図9(b)において、VTRでは、磁気ヘ
ッド32により正常な磁気情報の記録再生が行われるト
ラックは、トラック35のように本来直線であるべきで
あるが、実際にはトラック36のように曲がっているこ
とが多い。この曲がりがトラックの幅に対して大きくな
ると、記録時に直前に書いたトラックに重ね書きしてし
まったり、再生時に正しく記録信号が読み取れないなど
の好ましくない現象が発生する。In FIG. 9B, in the VTR, the track on which the normal recording and reproduction of magnetic information is normally performed by the magnetic head 32 should be straight like the track 35, but actually, the track 36 Often bent. If this bend becomes large with respect to the width of the track, undesirable phenomena such as overwriting on the track written immediately before at the time of recording, or the inability to correctly read the recorded signal at the time of reproduction occur.
【0041】これを防ぐために磁気ヘッド32の位置が
正しいトラック位置となるように制御することをトラッ
キングといい、記録時または再生時にトラックの曲がり
具合をセンシングしてその情報をフィードバックするこ
とにより、磁気ヘッド32の位置をアクティブに制御す
る方法をダイナミックトラッキングという。Controlling the position of the magnetic head 32 to the correct track position in order to prevent this is called tracking. By sensing the bending of the track at the time of recording or reproduction and feeding back the information, the tracking is performed. A method of actively controlling the position of the head 32 is called dynamic tracking.
【0042】この位置制御には、従来、バイモルフ型の
圧電アクチュエータが用いられることが多く、ダイナミ
ックトラッキング機能付きVTR(図9(a))では、
数μm程度のトラッキングずれ(図9(b))を補正す
るように磁気ヘッド32の位置制御を行っている。Conventionally, a bimorph type piezoelectric actuator is often used for this position control. In a VTR with a dynamic tracking function (FIG. 9A),
The position control of the magnetic head 32 is performed so as to correct the tracking deviation of about several μm (FIG. 9B).
【0043】この時、従来では、磁気テープ31と磁気
ヘッド32の接触角度が通常の状態から大きく変化しな
いように姿勢制御を行っているが、トラッキングアクチ
ュエータ33の全長は変わらないため、例えば図9
(c)に示すように、姿勢制御の程度によっては、磁気
ヘッド32が磁気テープ31に接触できる破線で示す状
態(イ)と接触できない実線で示す状態(ロ)とが生
じ、磁気テープ31と磁気ヘッド32との間にスペース
37が発生する。このようなスペース37は、磁気信号
の記録・再生時のSN比の悪化につながると言われてい
る。At this time, conventionally, the attitude control is performed so that the contact angle between the magnetic tape 31 and the magnetic head 32 does not greatly change from the normal state. However, since the entire length of the tracking actuator 33 does not change, for example, FIG.
As shown in (c), depending on the degree of attitude control, a state (a) indicated by a broken line where the magnetic head 32 can contact the magnetic tape 31 and a state (b) indicated by a solid line where the magnetic head 32 cannot contact the magnetic tape 31 occur. A space 37 is generated between the magnetic head 32. It is said that such a space 37 leads to a deterioration in the SN ratio when recording / reproducing a magnetic signal.
【0044】そこで、本実施の形態による圧電アクチュ
エータは、伸縮動作も可能であるので、トラッキングア
クチュエータ33として本実施の形態による圧電アクチ
ュエータを用いれば、図9(d)に示すように、姿勢制
御によって磁気ヘッド32の位置が破線で示す状態
(ハ)から実線で示す状態(ニ)に移っても、双方の状
態において磁気ヘッド32を磁気テープ31に接触させ
ることができる。Therefore, since the piezoelectric actuator according to the present embodiment can also expand and contract, if the piezoelectric actuator according to the present embodiment is used as the tracking actuator 33, as shown in FIG. Even if the position of the magnetic head 32 shifts from the state shown by the broken line (c) to the state shown by the solid line (d), the magnetic head 32 can be brought into contact with the magnetic tape 31 in both states.
【0045】つまり、本実施の形態による圧電アクチュ
エータを用いることにより、トラッキング動作及び姿勢
制御動作の他にこのスペースの発生を防ぐため動作(ヘ
ッド突き出し量制御)を行うことができ、磁気テープと
磁気ヘッドとの間のスペースの発生によるSN比の劣化
を防ぐことができる。That is, by using the piezoelectric actuator according to the present embodiment, in addition to the tracking operation and the attitude control operation, an operation (head protrusion amount control) for preventing the generation of this space can be performed. It is possible to prevent deterioration of the SN ratio due to generation of a space between the head and the head.
【0046】《実施例3》図10は、本実施の形態によ
る圧電アクチュエータの利用例(実施例3)を示す図で
ある。図10では、AFM(Atomic Force Microscopy)
など微小領域を観察するために高精度微小位置決めを必
要とする装置のマニピュレータに応用できることが示さ
れている。図10(a)は従来のAFMセンシング部の
構成図である。図10(b)は本実施の形態によるカン
チレバー兼マニピュレータの構成図である。<< Embodiment 3 >> FIG. 10 is a diagram showing an application example (embodiment 3) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. In FIG. 10, AFM (Atomic Force Microscopy)
It is shown that the present invention can be applied to a manipulator of a device that requires high-precision fine positioning in order to observe a fine region. FIG. 10A is a configuration diagram of a conventional AFM sensing unit. FIG. 10B is a configuration diagram of the cantilever / manipulator according to the present embodiment.
【0047】図10(a)において、AFMセンシング
部は、マニピュレータ41に支持されるカンチレバー4
2の先端にティップと呼ばれるセンサ部43が取り付け
られている。このAFMセンシング部では、マニピュレ
ータ41により、カンチレバー42を精度良くX軸方向
44、Y軸方向45、Z軸方向46へ移動させること
で、特定領域の観察対象47のセンシングを行うことが
できる。現在、このマニピュレータ41は、バイモルフ
型やユニモルフ型である。In FIG. 10A, the AFM sensing unit includes a cantilever 4 supported by a manipulator 41.
A sensor portion 43 called a tip is attached to the tip of the second. In the AFM sensing unit, the manipulator 41 can accurately move the cantilever 42 in the X-axis direction 44, the Y-axis direction 45, and the Z-axis direction 46, thereby sensing an observation target 47 in a specific area. At present, the manipulator 41 is a bimorph type or a unimorph type.
【0048】図10(b)において、本実施の形態によ
るカンチレバー51は、モノリシック構造の圧電板材を
矩形板状に形成したものからなり、長手方向のほぼ中間
部の表裏面に電極群52が形成されている。長手方向の
一端は固定部53であり、自由端である他端に上記した
センサ部43が取り付けられている。In FIG. 10B, a cantilever 51 according to the present embodiment is formed by forming a monolithic piezoelectric plate material into a rectangular plate shape, and an electrode group 52 is formed on the front and back surfaces at a substantially intermediate portion in the longitudinal direction. Have been. One end in the longitudinal direction is a fixed portion 53, and the above-mentioned sensor portion 43 is attached to the other end which is a free end.
【0049】電極群52に上述したように電圧を印加す
ることにより、カンチレバー51は、精度良くX軸方向
54、Y軸方向55、Z軸方向56へ移動させることが
できるので、特定領域の観察対象47のセンシングを行
うことができる。By applying the voltage to the electrode group 52 as described above, the cantilever 51 can be accurately moved in the X-axis direction 54, the Y-axis direction 55, and the Z-axis direction 56. The sensing of the object 47 can be performed.
【0050】このようにカンチレバーとマニピュレータ
を組み合わせた構造にすることで、部品点数が少なく安
価で、簡単にスキャン動作が行えるアクチュエータが実
現できる。なお、図示省略したが、本実施の形態の圧電
アクチュエータは、上記従来のカンチレバー42を動作
させるマニピュレータ41としても利用できることは勿
論である。By adopting a structure combining the cantilever and the manipulator in this way, an actuator which has a small number of parts, is inexpensive, and can easily perform a scanning operation can be realized. Although not shown, the piezoelectric actuator of the present embodiment can of course be used as the manipulator 41 for operating the conventional cantilever 42 described above.
【0051】《実施例4》図11は、本実施の形態によ
る圧電アクチュエータの利用例(実施例4)を示す図で
ある。図11では、本実施の形態による圧電アクチュエ
ータが持つ伸縮動作と曲がり動作を併用することによっ
てリレースイッチが構成できることが示されている。
(a)は構成図、(b)(c)は動作説明図である。Fourth Embodiment FIG. 11 is a diagram showing an application example (a fourth embodiment) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. FIG. 11 shows that a relay switch can be configured by using both the expansion and contraction operation and the bending operation of the piezoelectric actuator according to the present embodiment.
(A) is a block diagram, (b) (c) is an operation explanatory diagram.
【0052】図11(a)において、矩形状の圧電板材
61の両面に形成される電極62は、配線63により図
示しないスイッチ回路を介して直流電源に接続されてい
る。すなわち、図1に示した本実施の形態による圧電ア
クチュエータそのものが直接的に構成されているのであ
り、図中、下方端が固定部で、図示する電極62の形成
領域が自由端である。In FIG. 11A, electrodes 62 formed on both sides of a rectangular piezoelectric plate member 61 are connected to a DC power supply via a wiring 63 via a switch circuit (not shown). That is, the piezoelectric actuator itself according to the present embodiment shown in FIG. 1 is directly configured. In FIG. 1, the lower end is a fixed portion, and the formation region of the illustrated electrode 62 is a free end.
【0053】圧電板材61の自由端の先端には、スイッ
チ電極64が取り付けられている。このスイッチ電極6
4の左側には、多数のリレー接点65a〜65(c)が
圧電板材61に沿った上下方向に配置され、右側にも対
称に多数のリレー接点65a〜65(c)が上下方向に
配置されている。そして、スイッチ電極64には、スイ
ッチする対象の信号線66が接続されている。A switch electrode 64 is attached to the free end of the piezoelectric plate 61. This switch electrode 6
4, a large number of relay contacts 65 a to 65 (c) are vertically arranged along the piezoelectric plate 61, and a large number of relay contacts 65 a to 65 (c) are also vertically arranged symmetrically on the right side. ing. The switch electrode 64 is connected to a signal line 66 to be switched.
【0054】この構成により、圧電板材61の電極62
形成部分が、伸縮動作と曲がり動作を行うことによっ
て、スイッチ電極64が位置を上下方向と左右方向に変
位させて多数のリレー接点(65a〜65f)と選択的
に接触し、信号線66と導通させることができる。With this configuration, the electrodes 62 of the piezoelectric plate 61
When the formed portion performs the expansion and contraction operation and the bending operation, the switch electrode 64 displaces the position in the up-down direction and the left-right direction to selectively contact with many relay contacts (65a to 65f) and conduct with the signal line 66. Can be done.
【0055】例えば、図示例では、スイッチ電極64
は、リレー接点65(b)(e)の配置位置にあるの
で、図11(b)に示すように圧電板材61に伸縮動作
を伴わずに右に曲がる動作を行わせるだけで、スイッチ
電極64をリレー接点65(e)に接触させることがで
きる。同様に、圧電板材61に伸縮動作を伴わずに左に
曲がる動作を行わせるだけで、スイッチ電極64をリレ
ー接点65(b)に接触させることができる。For example, in the illustrated example, the switch electrode 64
Is located at the position where the relay contacts 65 (b) and (e) are arranged, and as shown in FIG. 11 (b), only the piezoelectric plate 61 is caused to perform a right-turning operation without expanding / contracting operation. Can be brought into contact with the relay contact 65 (e). Similarly, the switch electrode 64 can be brought into contact with the relay contact 65 (b) only by causing the piezoelectric plate member 61 to perform a leftward bending operation without any expansion / contraction operation.
【0056】また、図11(c)に示すように、圧電板
材61に縮み動作と左に曲がる動作を行わせることで、
スイッチ電極64をリレー接点65(c)に接触させる
ことができる。同様に、圧電板材61に縮み動作と右に
曲がる動作を行わせることで、スイッチ電極64をリレ
ー接点65fに接触させることができる。As shown in FIG. 11C, the piezoelectric plate member 61 is caused to perform a contracting operation and a turning operation to the left,
The switch electrode 64 can be brought into contact with the relay contact 65 (c). Similarly, the switch electrode 64 can be brought into contact with the relay contact 65f by causing the piezoelectric plate member 61 to perform a contracting operation and a right-turning operation.
【0057】また、図示省略したが、圧電板材61に伸
長動作を行わせ、左に曲がる動作を行わせることで、ス
イッチ電極64をリレー接点65aに接触させ、右に曲
げる動作を行わせることで、スイッチ電極64をリレー
接点65(d)に接触させることができる。Although not shown, the piezoelectric plate member 61 is caused to perform an extension operation and bend to the left, so that the switch electrode 64 is brought into contact with the relay contact 65a and an operation to bend to the right is performed. The switch electrode 64 can be brought into contact with the relay contact 65 (d).
【0058】このように一つの圧電アクチュエータの伸
縮動作と曲がる動作により、リレースイッチを構成する
多数のリレー接点を選択して個別に働かせることができ
る。As described above, by the expansion and contraction operation and the bending operation of one piezoelectric actuator, a large number of relay contacts constituting the relay switch can be selected and individually operated.
【0059】《実施例5》図12は、本実施の形態によ
る圧電アクチュエータの利用例(実施例5)を示す図で
ある。図12では、本実施の形態による圧電アクチュエ
ータが持つ曲げ動作を利用することによって流体の流量
を調節するマイクロバルブが構成できることが示されて
いる。(a)は構成図、(b)は動作説明図である。Example 5 FIG. 12 is a diagram showing an application example (Example 5) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. FIG. 12 shows that a microvalve that adjusts the flow rate of fluid can be configured by utilizing the bending operation of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) is a block diagram, (b) is an operation explanatory diagram.
【0060】図12(a)において、筐体71の内部に
は、曲げ動作圧電アクチュエータ72が配置されてい
る。筐体71には、右側上部に流体75を取り込む流体
流入口73が設けられ、左側上部に流体75を排出する
流体排出口74が設けられている。In FIG. 12A, a bending operation piezoelectric actuator 72 is disposed inside a housing 71. The housing 71 is provided with a fluid inlet 73 for taking in the fluid 75 on the upper right side, and a fluid outlet 74 for discharging the fluid 75 on the upper left side.
【0061】次に、動作を説明する。図12(b)にお
いて、流体排出口74を曲げ動作アクチュエータ72に
より封鎖して流体流入口73から流体75を取り込む
(S1)。曲げ動作アクチュエータ72を平らにしてい
くと、筐体71の内部が流体75で満たされる(S
2)。曲げ動作アクチュエータ72で流体流入口73を
封鎖しつつ曲げ動作を大きくすると、流体排出口74か
ら流体75が排出される(S3)。なお、このマイクロ
バルブの原理は、インジェクターなどにも応用できる。Next, the operation will be described. In FIG. 12B, the fluid discharge port 74 is closed by the bending operation actuator 72, and the fluid 75 is taken in from the fluid inlet 73 (S1). When the bending operation actuator 72 is flattened, the inside of the housing 71 is filled with the fluid 75 (S
2). When the bending operation is increased while closing the fluid inlet 73 with the bending operation actuator 72, the fluid 75 is discharged from the fluid discharge port 74 (S3). The principle of the microvalve can be applied to an injector and the like.
【0062】《実施例6》図13は、本実施の形態によ
る圧電アクチュエータの利用例(実施例6)を示す図で
ある。図13では、本実施の形態による圧電アクチュエ
ータの複数個を羽のように波打つ動作を行わせること
で、流体クラッチの力伝達効率の調整装置として利用で
きることが示されている。(a)は構成を示す斜視図、
(b)は構成を示す側面断面図、(c)(d)は動作説
明図である。Embodiment 6 FIG. 13 is a diagram showing an application example (Example 6) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. FIG. 13 shows that a plurality of piezoelectric actuators according to the present embodiment can be used as a device for adjusting the force transmission efficiency of a fluid clutch by performing a waving operation like a wing. (A) is a perspective view showing a configuration,
(B) is a side sectional view showing the configuration, and (c) and (d) are operation explanatory diagrams.
【0063】図13(a)(b)において、任意の構造
体81の表面には、曲げ動作圧電アクチュエータ82が
アレイ状(図示例では5×2)に埋め込まれて配置され
ている。各曲げ動作圧電アクチュエータ82は、矩形状
の圧電板材の表裏面のほぼ全面に、電極が形成されてい
るので、一端から他端に向かって順々に曲がり動作を行
わせることにより、波状に変位させることができる。13 (a) and 13 (b), a bending operation piezoelectric actuator 82 is arranged on the surface of an arbitrary structure 81 so as to be embedded in an array (5 × 2 in the illustrated example). Since each bending operation piezoelectric actuator 82 has electrodes formed on almost the entire front and back surfaces of a rectangular piezoelectric plate material, the bending operation is performed sequentially from one end to the other end, so that the piezoelectric actuator 82 is displaced in a wavy manner. Can be done.
【0064】曲げ動作圧電アクチュエータ82が平らな
状態にある場合には、構造体81の表面を流れる流体
は、直線矢印83の直進するが、図13(c)(d)に
示すように、各曲げ動作圧電アクチュエータ82が波状
に曲がると、構造体81側の流体に対する抵抗が大きく
なり、波線矢印84のように、流れを波状に変化させる
ことができる。When the bending operation piezoelectric actuator 82 is in a flat state, the fluid flowing on the surface of the structure 81 goes straight as indicated by a straight arrow 83, but as shown in FIGS. When the bending operation piezoelectric actuator 82 bends in a wave shape, the resistance of the structure 81 to the fluid increases, and the flow can be changed in a wave shape as indicated by a wavy arrow 84.
【0065】なお、以上は複数の曲げ動作圧電アクチュ
エータを用いた場合であるが、1個の曲げ動作圧電アク
チュエータによっても同様の動作を行わせることができ
る。また、この原理は、空気や水などの流体の流速や流
量を制御したり、構造体に浮力を与える装置にも利用す
ることができる。Although the above description is for the case where a plurality of bending operation piezoelectric actuators are used, the same operation can be performed by one bending operation piezoelectric actuator. This principle can also be used for a device that controls the flow rate and flow rate of a fluid such as air or water, or that gives buoyancy to a structure.
【0066】《実施例7》図14は、本実施の形態によ
る圧電アクチュエータの利用例(実施例7)を示す図で
ある。図14では、電極を同心円状に配置した圧電アク
チュエータをアレイ状に構成し、それぞれの圧電アクチ
ュエータの突起の高さを調整することで、点図表示装置
やマクロ的なテクスチヤ(つるつる感やざらざら感)可
変装置に応用できる表面凹凸可変装置が示されている。
(a)は構成を示す斜視図、(b)は構成を示す側面
図、(c)は動作説明図である。Example 7 FIG. 14 is a diagram showing an application example (Example 7) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. In FIG. 14, the piezoelectric actuators in which the electrodes are arranged concentrically are arranged in an array, and the height of the projections of each piezoelectric actuator is adjusted to obtain a point-diagram display device or a macro-texture (smooth or rough feeling). 3) A surface unevenness variable device applicable to a variable device is shown.
(A) is a perspective view showing a configuration, (b) is a side view showing a configuration, and (c) is an operation explanatory view.
【0067】図14(a)(b)において、基盤91上
にアレイ配置される複数の圧電アクチュエータ(図示例
では3×3)92は、円盤状の圧電板材の表面と裏面に
同心円状に多数の電極が配置されている。手で触る上面
には、安全のために、基盤91及び圧電アクチュエータ
92の上から突起を認識させる程度の厚さで絶縁膜93
がコーティングされている。14 (a) and 14 (b), a plurality of piezoelectric actuators (3 × 3 in the illustrated example) 92 arranged in an array on a base 91 are formed in a large number concentrically on the front and back surfaces of a disk-shaped piezoelectric plate material. Electrodes are arranged. On the upper surface touched by the hand, an insulating film 93 having a thickness enough to allow the protrusion to be recognized from above the base 91 and the piezoelectric actuator 92 for safety.
Is coated.
【0068】この電極群に選択的に電圧を加え、矩形板
状の圧電アクチュエータで発生させるものと同様に歪み
を発生させると、円盤状の圧電アクチュエータ92の中
心部分を押し上げる、もしくは凹ませることができ、図
14(c)に示すように静止状態に比べ微小な突起94
を発生することができる。When a voltage is selectively applied to the electrode group to generate a distortion in the same manner as that generated by the rectangular plate-shaped piezoelectric actuator, the center of the disk-shaped piezoelectric actuator 92 may be pushed up or depressed. As a result, as shown in FIG.
Can occur.
【0069】この円盤状の圧電アクチュエータ92を微
小な間隔でアレイ状に配置することで、基盤91表面の
見かけ上の表面性が可変でき、マクロ的には摩擦係数が
変化することになる。これにより、突起の空間周波数を
変え、手で擦ったときなどに感じるつるつる感やざらざ
ら感といった表面感覚の表現を変えることができる。By arranging the disk-shaped piezoelectric actuators 92 in an array at minute intervals, the apparent surface properties of the surface of the base 91 can be varied, and the friction coefficient changes macroscopically. This makes it possible to change the spatial frequency of the projections and change the expression of the surface sensation such as a slippery feeling or a rough feeling when rubbing with a hand or the like.
【0070】このように、物質表面の凹凸や粗さといっ
た表面性を人為的に変化させることで、主にテクスチヤ
を変化させるタイプの触覚ディスプレイ(微小領域の摩
擦係数可変装置)として応用することができる。As described above, the present invention can be applied as a tactile display of a type that mainly changes the texture by artificially changing the surface properties such as unevenness and roughness of the material surface (a device for varying the coefficient of friction in a minute area). it can.
【0071】以上のように、本実施の形態によれば、圧
電板材の圧電定数、圧電板材の機械的構造、電極の形
状、電極の大きさ、電極の配置位置、分極時の電極選択
パターン、分極時の電圧、使用時の電極選択パターン、
使用時の電圧を変更することにより、動作時の電界強度
分布を変化させ、この電界強度分布の偏在により歪みを
制御することができるので、部品点数の少ないモノリシ
ック構造の圧電アクチュエータにより精度良く伸縮動作
と曲げ・稔れ動作を実現することができ、各種の多様な
用途に利用可能な圧電アクチュエータが提供できる。As described above, according to the present embodiment, the piezoelectric constant of the piezoelectric plate material, the mechanical structure of the piezoelectric plate material, the shape of the electrode, the size of the electrode, the arrangement position of the electrode, the electrode selection pattern for polarization, Voltage for polarization, electrode selection pattern for use,
By changing the voltage at the time of use, the electric field intensity distribution during operation can be changed, and the distortion can be controlled by the uneven distribution of this electric field intensity distribution, so that the monolithic piezoelectric actuator with a small number of parts expands and contracts accurately. And a bending / fertile operation can be realized, and a piezoelectric actuator that can be used for various various applications can be provided.
【0072】[0072]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多電極方式で微細領域に安定した動作ができる電圧を掛
ける2値の制御を行うことで、一微細領域の伸縮変位量
が決定できるので、より簡単に伸縮量の制御を行うこと
ができ、精度良く曲げ・稔れ動作を行わせることができ
るモノリシック状の圧電アクチュエータが提供できる。As described above, according to the present invention,
The amount of expansion and contraction of one micro area can be determined by applying a binary control that applies a voltage that allows stable operation to the micro area with the multi-electrode method, so the expansion and contraction amount can be controlled more easily, and the accuracy can be improved. It is possible to provide a monolithic piezoelectric actuator that can bend and fertilize well.
【図1】本発明の一実施の形態による圧電アクチュエー
タの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention.
【図2】動作確認をするために作製した圧電アクチュエ
ータの具体的な寸法例を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing a specific example of dimensions of a piezoelectric actuator manufactured for checking operation.
【図3】上記作製した圧電アクチュエータの具体的な外
観及び寸法例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a specific appearance and an example of dimensions of the piezoelectric actuator produced above.
【図4】圧電板材内部の電界強度分布形成の説明図であ
る。FIG. 4 is an explanatory diagram of electric field intensity distribution formation inside a piezoelectric plate material.
【図5】変位測定の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of displacement measurement.
【図6】姿勢制御動作の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a posture control operation.
【図7】回旋動作の説明図である。(a)は未動作状態
図、(b)は動作状態図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a rotation operation. (A) is a non-operation state diagram, (b) is an operation state diagram.
【図8】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用
例(実施例1)を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an application example (Example 1) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment.
【図9】本実施の形態による圧電アクチュエータの利用
例(実施例2)を示す図である。(a)はダイナミック
トラッキング機能付VTRの要部を示す図、(b)はト
ラックずれの説明図、(c)はトラッキングによるスペ
ース発生の説明図、(d)は本実施の形態による圧電ア
クチュエータを用いた場合のトラッキング動作とスペー
ス発生の防止動作の説明図である。FIG. 9 is a diagram showing an application example (Example 2) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) is a diagram showing a main part of a VTR with a dynamic tracking function, (b) is an explanatory diagram of track deviation, (c) is an explanatory diagram of space generation by tracking, and (d) is a diagram of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. It is explanatory drawing of the tracking operation | movement in the case of using, and the operation | movement which prevents the space generation.
【図10】本実施の形態による圧電アクチュエータの利
用例(実施例3)を示す図である。(a)は従来のAF
Mセンシング部の構成図、(b)本実施の形態によるカ
ンチレバー兼マニピュレータの構成図である。FIG. 10 is a diagram showing an application example (Example 3) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) shows a conventional AF
It is a block diagram of a M sensing part, (b) It is a block diagram of the cantilever and the manipulator by this Embodiment.
【図11】本実施の形態による圧電アクチュエータの利
用例(実施例4)を示す図である。(a)は構成図、
(b)(c)は動作説明図である。FIG. 11 is a diagram showing an application example (Example 4) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) is a configuration diagram,
(B) and (c) are explanatory diagrams of the operation.
【図12】本実施の形態による圧電アクチュエータの利
用例(実施例5)を示す図である。(a)は構成図、
(b)は動作説明図である。FIG. 12 is a diagram showing an application example (Example 5) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) is a configuration diagram,
(B) is an operation explanatory diagram.
【図13】本実施の形態による圧電アクチュエータの利
用例(実施例6)を示す図である。(a)は構成を示す
斜視図、(b)は構成を示す側面断面図、(c)(d)
は動作説明図である。FIG. 13 is a diagram showing an application example (Example 6) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) is a perspective view showing the configuration, (b) is a side sectional view showing the configuration, (c) and (d).
Is an operation explanatory diagram.
【図14】本実施の形態による圧電アクチュエータの利
用例(実施例7)を示す図である。(a)は構成を示す
斜視図、(b)は構成を示す側面図、(c)は動作説明
図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an application example (Example 7) of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. (A) is a perspective view showing a configuration, (b) is a side view showing a configuration, and (c) is an operation explanatory view.
1 圧電板材 1a 測定時固定部 1b 電極形成領域 2、3 電極群 2a〜2i、3a〜3i 電極 4a〜4i、5a〜5i スイッチ 6 直流電源 7 分極電界(初期分極電界) 10 クランプ 20 姿勢制御スペーシング制御アクチュエータ 21 支柱 22 ディスク 23 スライダ 24 ディスク回転用モータ 25、26 スペース 30 VTRドラム 31 磁気テープ 32 磁気ヘッド 33 トラッキングアクチュエータ 35 曲がりのない正常な記録・再生のトラック 36 トラッキングずれの原因となる曲がっているトラ
ック 37 スペース 41 マニピュレータ 42 カンチレバー 43 センサ部(ティップ) 44 X軸動作方向 45 Y軸動作方向 46 Z軸動作方向 47 観察対象 51 カンチレバー 52 電極群 53 固定部 54 X軸動作方向 55 Y軸動作方向 56 Z軸動作方向 61 圧電板材 62 電極 63 配線 64 スイッチ電極 65a〜65f リレースイッチを構成するリレー接点 66 スイッチする対象の信号線 71 筐体 72 曲げ動作圧電アクチュエータ 73 流体流入口 74 流体排出口 75 流体 81 任意の構造体 82 曲げ動作圧電アクチュエータ 83 変更前の流体の流れ 84 変更された流体の流れ 91 基盤 92 円盤状の圧電アクチュエータ 93 表面コーティング 94 微小突起DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric plate material 1a Fixed part at the time of measurement 1b Electrode formation area 2, 3 Electrode group 2a-2i, 3a-3i Electrode 4a-4i, 5a-5i Switch 6 DC power supply 7 Polarization electric field (initial polarization electric field) 10 Clamp 20 Attitude control Pacing control actuator 21 Post 22 Disk 23 Slider 24 Disk rotation motor 25, 26 Space 30 VTR drum 31 Magnetic tape 32 Magnetic head 33 Tracking actuator 35 Normal recording / reproduction track without bending 36 Bending causing tracking deviation Track 37 Space 41 Manipulator 42 Cantilever 43 Sensor unit (tip) 44 X-axis operation direction 45 Y-axis operation direction 46 Z-axis operation direction 47 Observation target 51 Cantilever 52 Electrode group 53 Fixed part 54 X-axis operation method 55 Y-axis operation direction 56 Z-axis operation direction 61 Piezoelectric plate material 62 Electrode 63 Wiring 64 Switch electrode 65 a to 65 f Relay contact constituting a relay switch 66 Signal line to be switched 71 Housing 72 Bending operation piezoelectric actuator 73 Fluid inlet 74 Fluid outlet 75 Fluid 81 Arbitrary structure 82 Bending operation piezoelectric actuator 83 Fluid flow before change 84 Changed fluid flow 91 Base 92 Discoid piezoelectric actuator 93 Surface coating 94 Micro projection
Claims (4)
する面のそれぞれに、所望の動作をさせるための形状と
大きさ・相対位置を持つ多数個の電極を配置し、前記多
数個の電極をそれぞれ独立に直流電源に接続できるスイ
ッチ回路を備え、前記多数個の電極をそれぞれ独立に前
記直流電源の正極または負極に接続し、又はいずれにも
接続しない制御を行うことにより、前記多数個の電極の
配置領域において伸縮動作と曲がり動作と回旋動作との
全部または一部を行わせること、 を特徴とする圧電アクチュエータ。1. A plurality of electrodes having a shape, a size, and a relative position for performing a desired operation are arranged on each of opposing surfaces of a plate-shaped piezoelectric material having a monolithic structure. By providing a switch circuit that can be independently connected to a DC power supply, by connecting the plurality of electrodes to the positive electrode or the negative electrode of the DC power supply independently, or by performing control not to connect to any of the plurality of electrodes, And performing all or a part of the expansion / contraction operation, the bending operation, and the rotation operation in the arrangement area of the piezoelectric actuator.
おいて、 前記板状圧電材料は、矩形状に形成され、表裏面のほぼ
全面または特定領域に前記多数個の電極がアレイ状に配
置されていること、 を特徴とする圧電アクチュエータ。2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the plate-shaped piezoelectric material is formed in a rectangular shape, and the plurality of electrodes are arranged in an array on substantially the entire front or back surface or a specific region. A piezoelectric actuator, characterized in that:
おいて、 前記矩形状の板状圧電材料は、一端側が固定部であり、
他端側の表裏面に前記多数個の電極がアレイ状に配置さ
れていること、 を特徴とする圧電アクチュエータ。3. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein one end of the rectangular plate-shaped piezoelectric material is a fixed portion,
The piezoelectric actuator, wherein the plurality of electrodes are arranged in an array on the front and back surfaces on the other end side.
おいて、 前記板状圧電材料は、円盤状に形成され、表裏面に前記
多数個の電極が同心円状に配置されていること、 を特徴とする圧電アクチュエータ。4. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the plate-shaped piezoelectric material is formed in a disk shape, and the plurality of electrodes are arranged concentrically on front and back surfaces. Piezo actuator.
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018026144A (en) * | 2009-03-12 | 2018-02-15 | イマージョン コーポレーションImmersion Corporation | System and method for an interface featuring surface-based haptic effects |
| US10248213B2 (en) | 2009-03-12 | 2019-04-02 | Immersion Corporation | Systems and methods for interfaces featuring surface-based haptic effects |
| US10620707B2 (en) | 2009-03-12 | 2020-04-14 | Immersion Corporation | Systems and methods for interfaces featuring surface-based haptic effects |
| KR20120125624A (en) * | 2010-02-08 | 2012-11-16 | 임머숀 코퍼레이션 | Systems and methods for haptic feedback using laterally driven piezoelectric actuators |
| JP2013519166A (en) * | 2010-02-08 | 2013-05-23 | イマージョン コーポレイション | System and method for haptic feedback using laterally driven piezoelectric actuators |
| JP2016029590A (en) * | 2010-02-08 | 2016-03-03 | イマージョン コーポレーションImmersion Corporation | System and method for haptic feedback using laterally driven piezoelectric actuators |
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| US9870053B2 (en) | 2010-02-08 | 2018-01-16 | Immersion Corporation | Systems and methods for haptic feedback using laterally driven piezoelectric actuators |
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