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JPH06112547A - Bending displacement actuator - Google Patents

Bending displacement actuator

Info

Publication number
JPH06112547A
JPH06112547A JP4260315A JP26031592A JPH06112547A JP H06112547 A JPH06112547 A JP H06112547A JP 4260315 A JP4260315 A JP 4260315A JP 26031592 A JP26031592 A JP 26031592A JP H06112547 A JPH06112547 A JP H06112547A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
displacement
bending
longitudinal direction
bending displacement
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4260315A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kobayashi
剛史 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4260315A priority Critical patent/JPH06112547A/en
Publication of JPH06112547A publication Critical patent/JPH06112547A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】片持梁式の場合に屈曲変形時に素子長手方向に
変位が発生することを防止できるとともに、両持梁式の
場合には素子長手方向の変位が束縛されず垂直方向の変
位量を十分に確保することができ、リニアリティーの低
下を補正可でき、アクチュエータ本来の性能を引出すこ
とができる屈曲変位アクチュエータを提供することを目
的とする。 【構成】一定の長さに形成され、付与される駆動力に基
づいて長手方向に垂直な方向に変位する屈曲変位素子1
を有するものであって、素子1は、駆動力の付与によっ
て生じる長手方向のずれを吸収する変位吸収部Kを有す
る。これにより、精密で微細な偏位量を制御する屈曲変
位アクチュエータに適用した場合、屈曲変位素子の屈曲
時に長手方向に発生する駆動対象のずれ、変位量、およ
びリニアリティーの低下を、素子自身に設けた変位吸収
部によって防止できるようになる。
(57) [Abstract] [Purpose] In the case of the cantilever type, it is possible to prevent the displacement in the element longitudinal direction during bending deformation, and in the case of the double-supported beam type, the displacement in the element longitudinal direction is not constrained. An object of the present invention is to provide a bending displacement actuator that can secure a sufficient amount of displacement in the vertical direction, can correct a decrease in linearity, and can bring out the original performance of the actuator. [Structure] A bending displacement element 1 which is formed to have a constant length and is displaced in a direction perpendicular to a longitudinal direction based on an applied driving force.
In addition, the element 1 has the displacement absorbing portion K that absorbs the displacement in the longitudinal direction caused by the application of the driving force. As a result, when applied to a bending displacement actuator that controls a precise and minute displacement amount, the device itself is provided with the displacement of the drive target, the displacement amount, and the linearity reduction that occur in the longitudinal direction when the bending displacement element is bent. It becomes possible to prevent it by the displacement absorbing part.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば走査型トンネル
顕微鏡(STM)、やステッパーの如く、精密で微細な
変位量の制御を必要とする装置等に適用される屈曲変位
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 bending displacement actuator applied to a device such as a scanning tunneling microscope (STM) or a stepper that requires precise and minute control of displacement amount.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSI等の電子部品の微細化に伴
い、それらの加工装置やSTM等の分析装置等に対し
て、オングストローム単位の制御が求められるようにな
っている。このような装置の微細な駆動には、一定の長
さに形成され付与される駆動力に基づいて長手方向に垂
直な方向に変位する屈曲変位素子を有する屈曲変位アク
チュエータ、例えば圧電アクチュエータが用いられるこ
とが多い。
2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of electronic parts such as LSIs, it has been required to control the processing devices, analysis devices such as STMs and the like in units of angstroms. For fine driving of such a device, a bending displacement actuator having a bending displacement element, which is formed to have a constant length and is displaced in a direction perpendicular to the longitudinal direction based on a driving force applied, is used, for example, a piezoelectric actuator. Often.

【0003】圧電アクチュエータはその用途、要求され
る変位量、発生力等の仕様により、様々な形態で用いら
れており、それらは大別して積層型と屈曲変位型(バイ
モルフ型)の2種類に分類される。屈曲変位型は積層型
に比べて同様の素子サイズでの発生力は劣るが、大きな
変位量が得られる利点を有する。
Piezoelectric actuators are used in various forms depending on the specifications of the application, the required displacement amount, the generated force, etc. They are roughly classified into two types: laminated type and bending displacement type (bimorph type). To be done. The bending displacement type is inferior to the laminated type in the generated force in the same element size, but has an advantage that a large displacement amount can be obtained.

【0004】図19は、Sモードで屈曲変位素子を駆動
する片持梁式のバイモルフ型圧電アクチュエータの従来
例を示している。このアクチュエータは、屈曲変位素子
1の一端を固定部材2に支持した構成のもので、圧電板
からなる一対の屈曲変位部1a,1bを、電圧印加時の
互いの伸縮方向を逆にして貼合わせてなる。接合面の電
極Gは共通にし、表面側は電極Aと電極Bとに2分して
いる(図ではわかり易いように表面電極A,Bを屈曲変
位素子1から離して描いている)。固定端側の電極Aの
領域は、図の下方に凸となる屈曲をするように屈曲設定
し、また自由端側の電極Bの領域は、図の上方に凸とな
屈曲をするように設定してある。なお、屈曲変位素子1
の自由端側には駆動対象3が取付けられている。
FIG. 19 shows a conventional example of a cantilever type bimorph type piezoelectric actuator for driving a bending displacement element in the S mode. This actuator has a structure in which one end of a bending displacement element 1 is supported by a fixing member 2, and a pair of bending displacement portions 1a and 1b made of a piezoelectric plate are bonded to each other with their expansion and contraction directions when voltage is applied reversed. It becomes. The electrode G on the joint surface is shared, and the surface side is divided into an electrode A and an electrode B (in the figure, the surface electrodes A and B are drawn apart from the bending displacement element 1 for easy understanding). The area of the electrode A on the fixed end side is set to be bent so as to be convex downward in the figure, and the area of the electrode B on the free end side is set to be bent to be convex upward in the figure. I am doing it. The bending displacement element 1
The driven object 3 is attached to the free end side of the.

【0005】しかして、最初は図20に破線で示すよう
に、真長状態であったものが、正電界印加時には同図に
実線で示すように、各屈曲変位部1a,1bの変形によ
って自由端側がはね上がる状態でS字状に屈曲する。な
お、後に負電界を印加すれば、破線で示す元の状態に復
帰する。
At first, as shown by a broken line in FIG. 20, a true length state is obtained, but when a positive electric field is applied, as shown by a solid line in the figure, the bending displacement portions 1a and 1b are freely deformed. It bends into an S shape with the end side popping up. If a negative electric field is applied later, the original state shown by the broken line is restored.

【0006】ところで、このような従来のアクチュエー
タにおいては、屈曲変位素子1の一端のみを固定し、駆
動対象3が取付けられた他端はフリーなため、素子の駆
動により素子長手方向に垂直な変位量D0 を大きくとれ
るメリットはあるが、素子長手方向に僅かにずれてしま
う欠点があった。
By the way, in such a conventional actuator, since only one end of the bending displacement element 1 is fixed and the other end to which the driven object 3 is attached is free, the displacement of the bending displacement element 1 is perpendicular to the longitudinal direction of the element by driving the element. Although there is an advantage that the amount D0 can be made large, there is a drawback that the amount D0 is slightly shifted in the longitudinal direction of the element.

【0007】例えば図20をVTRのトラッキング制御
に用いた場合、屈曲変位素子1の先端に設けた磁気ヘッ
ド3は長手方向の縮みdによりテープ面から離脱する可
能性がある。
For example, when FIG. 20 is used for VTR tracking control, the magnetic head 3 provided at the tip of the bending displacement element 1 may be separated from the tape surface due to the contraction d in the longitudinal direction.

【0008】また、図21および図22は、このSモー
ドの屈曲変位素子1を長手方向に2枚連結した構造、す
なわち素子中央部を変位させるダブルSモード屈曲変位
素子1の駆動例を示している。
FIGS. 21 and 22 show a structure in which two S-mode bending displacement elements 1 are connected in the longitudinal direction, that is, an example of driving the double S-mode bending displacement element 1 for displacing the central portion of the element. There is.

【0009】図21は片持梁式の構成で、屈曲変位素子
1の一端を固定部材で支持している。この片持梁式のア
クチュエータを動かした場合には、同図に示すように、
正電界印加時に屈曲変位素子1の中央部分が上向きに凸
となるように屈曲し、その屈曲に応じて長手方向と直交
する方向に変位量D0 を得る。この場合、素子の自由端
は前記同様に長手方向にdだけ縮むように移動する。
FIG. 21 shows a cantilever type structure in which one end of the bending displacement element 1 is supported by a fixing member. When moving this cantilever type actuator, as shown in the figure,
When a positive electric field is applied, the central portion of the bending displacement element 1 is bent so as to be convex upward, and the displacement amount D0 is obtained in the direction orthogonal to the longitudinal direction according to the bending. In this case, the free end of the element moves in the longitudinal direction so as to contract by d in the same manner as described above.

【0010】また、図22は素子両端を固定する両持梁
式の構成を示している。これを動かした場合、両持梁式
では片持梁式と比べると変位に対して力が大きくとれ、
高速駆動できるメリットがあし、しかも素子両端が固定
されているため、変位点において素子の長手方向にずれ
は生じない。しかし、屈曲時には図21におけるdの移
動分がままならず、屈曲変位素子を元に戻そうとする張
力Tが働き、この張力が変位量を抑制する。これによ
り、本来の変位量D0 が得られず、変位量の低下dDが
生じてしまう。変位量が大きくなるにつれ、この低下分
dDも増大するため、これによる変位量のリニアリティ
ーも悪くなる。図23は両端固定屈曲変位素子での張力
Tによる変位量への影響データを示したもので、張力が
働かない場合は直線A´の如くリニアリティーが良好で
あるが、張力が働く場合には曲線B´の如く変位が生じ
てリニアリティーが悪くなる。
FIG. 22 shows a double-supported beam type structure for fixing both ends of the element. When this is moved, the double-supported beam type can take a larger force against displacement than the cantilever type,
There is a merit that it can be driven at a high speed, and since both ends of the element are fixed, there is no deviation in the longitudinal direction of the element at the displacement point. However, at the time of bending, the amount of movement of d in FIG. 21 does not remain, and the tension T that tries to return the bending displacement element to the original works, and this tension suppresses the displacement amount. As a result, the original displacement amount D0 cannot be obtained, and the displacement amount decreases dD. As the amount of displacement increases, the amount of decrease dD also increases, and thus the linearity of the amount of displacement also deteriorates. FIG. 23 shows the influence data on the displacement amount by the tension T in the both-end fixed bending displacement element. When the tension does not work, the linearity is good like the straight line A ′, but when the tension works, the curve Displacement occurs as in B ', and linearity deteriorates.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】素子長手方向に垂直な
方向の変位を得る屈曲変位アクチュエータにおいて、片
持梁式では屈曲変形時に素子長手方向にも微少な変位を
生じてしまう問題、両持梁式では素子長手方向の変位が
束縛されるため、垂直方向の変位量が減少する問題があ
った。
In a bending displacement actuator that obtains displacement in a direction perpendicular to the element longitudinal direction, the cantilever beam type causes a slight displacement in the element longitudinal direction during bending deformation. In the formula, since the displacement in the longitudinal direction of the element is restricted, there is a problem that the amount of displacement in the vertical direction decreases.

【0012】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、片持梁式の場合に屈曲変形時に素子長手方向に
変位が発生することを防止できるとともに、両持梁式の
場合には素子長手方向の変位が束縛されず垂直方向の変
位量を十分に確保することができ、リニアリティーの低
下を補正可でき、アクチュエータ本来の性能を引出すこ
とができる屈曲変位アクチュエータを提供することを目
的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and in the case of the cantilever type, it is possible to prevent the displacement in the longitudinal direction of the element at the time of bending deformation, and in the case of the double-supported beam type. It is an object of the present invention to provide a bending displacement actuator capable of ensuring a sufficient amount of displacement in the vertical direction without restraining displacement in the element longitudinal direction, compensating for a decrease in linearity, and drawing out the original performance of the actuator. To do.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の屈曲変位アクチュエータは、一定の長さ
に形成され、付与される駆動力に基づいて長手方向に垂
直な方向に変位する屈曲変位素子を有するものであっ
て、前記素子は、前記駆動力の付与によって生じる長手
方向のずれを吸収する変位吸収部を有することを特徴と
する。
To achieve the above object, the bending displacement actuator of the present invention is formed to have a constant length and is displaced in a direction perpendicular to the longitudinal direction based on a driving force applied thereto. And a displacement absorbing portion that absorbs a displacement in the longitudinal direction caused by the application of the driving force.

【0014】本発明において、変位吸収部は、例えば屈
曲変位素子自身の中央部、両端、あるいは他の任意の位
置に、屈曲変位の大きさに対応して伸長する部分として
設ける。これにより、素子駆動時の長手方向のずれ、あ
るいは素子長手方向に生じる張力による変位量の低下を
防止する。
In the present invention, the displacement absorbing portion is provided, for example, at the central portion of the bending displacement element itself, at both ends, or at any other position as a portion that extends corresponding to the magnitude of the bending displacement. As a result, it is possible to prevent the displacement in the longitudinal direction when the element is driven or the decrease in the displacement amount due to the tension generated in the element longitudinal direction.

【0015】[0015]

【作用】本発明によれば、ずれを補正する部分を素子自
身に設けたことにより、例えば素子が屈曲時に長手方向
に縮む分、該ずれを補正する部分が長手方向に伸長す
る。
According to the present invention, since the element for correcting the deviation is provided in the element itself, for example, the element for contracting the deviation extends in the longitudinal direction as much as the element contracts in the longitudinal direction when the element is bent.

【0016】したがって、片持梁式での使用時には駆動
対象の素子長手方向のずれが生じない。
Therefore, when the cantilever type is used, there is no displacement in the longitudinal direction of the element to be driven.

【0017】また、両持梁式での使用時には、素子長手
方向に張力が生じないことにより、屈曲に抑制力が働か
ず、変位量の低下、およびリニアリティーの劣化が起ら
ない。
Further, when the double-supported beam type is used, since no tension is generated in the longitudinal direction of the element, the restraining force does not act on the bending, the displacement amount is not reduced, and the linearity is not deteriorated.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、説明を容易にするため、従来例と対応する
実施例の構成部分、および各実施例共通の構成部分等に
は、同一の符号を用いる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For ease of explanation, the same reference numerals are used for the components of the embodiment corresponding to the conventional example, the components common to the embodiments, and the like.

【0019】(実施例1)図1〜図3 本実施例は片持梁式の圧電変位アクチュエータについて
のもので、屈曲変位素子をSモードで駆動する構成とし
ている。すなわち、図1に示すように、2枚の圧電板1
a,1bを互いの屈曲方向を逆にして貼合わせ、この屈
曲変位素子1の一端を固定部材2に支持させ、他端を自
由端としている。接合面の電極Gは、共通にし、表面側
は電極Aと電極Bとに2分している。
(Embodiment 1) FIGS. 1 to 3 The present embodiment relates to a cantilever type piezoelectric displacement actuator, in which a bending displacement element is driven in S mode. That is, as shown in FIG. 1, two piezoelectric plates 1
a and 1b are attached to each other with their bending directions reversed, and one end of this bending displacement element 1 is supported by the fixing member 2 and the other end is a free end. The electrode G on the joint surface is shared, and the front surface side is divided into an electrode A and an electrode B.

【0020】固定端側の電極Aの領域は、図の下方に凸
となる屈曲をするように屈曲設定し、また自由端側の電
極Bの領域は、図の上方に凸とな屈曲をするように設定
してある。なお、屈曲変位素子1の自由端側には駆動対
象3を取付けている。
The area of the electrode A on the fixed end side is set to be bent so as to be convex downward in the figure, and the area of the electrode B on the free end side is bent upward to be convex in the figure. Is set. A drive target 3 is attached to the free end side of the bending displacement element 1.

【0021】このものにおいて本実施例では、屈曲変位
素子1の固定部2と屈曲変形部分との間に、素子長手方
向のずれを補正する変位吸収部として伸長部Kを設けて
いる。この伸長部Kは、圧電効果によって厚み方向に変
位する構成としたもので、例えば正電界の印加によって
厚み方向に縮み、これにより長手方向に伸長するようし
たものである。この伸長部Kには電界を印加するために
電極Cを配設している。
In this embodiment, in this embodiment, an extension portion K is provided between the fixed portion 2 of the bending displacement element 1 and the bending deformation portion as a displacement absorbing portion for correcting the displacement in the element longitudinal direction. The extension portion K is configured to be displaced in the thickness direction by the piezoelectric effect, and for example, is contracted in the thickness direction by applying a positive electric field and thereby extended in the longitudinal direction. An electrode C is arranged on the extension K to apply an electric field.

【0022】図2は駆動時におけ補正状態を示してい
る。電極Aと電極Bの屈曲変位をする部分は駆動電圧に
対してそれぞれ逆方向に屈曲し、素子先端の角度が平行
のまま素子長手方向に垂直な方向に変位するのは従来の
Sモード屈曲変位素子と同様であるが、屈曲変位素子1
の固定端近傍の伸長部Kが、駆動電圧印加時に圧電効果
によって厚み方向に縮み、素子長手方向に伸びる。屈曲
変位部分で生じる長手方向の縮み量(図20のd参照)
を補正するようにこの伸び量を補正すれば、屈曲変位素
子1の駆動対象3は素子に垂直な方向だけに駆動される
ことになる。
FIG. 2 shows the state of correction of the dent during driving. The bending displacement portions of the electrodes A and B are bent in the opposite directions with respect to the drive voltage, and the conventional S-mode bending displacement is the displacement in the direction perpendicular to the element longitudinal direction with the angle of the element tip kept parallel. Same as element, but bending displacement element 1
The extended portion K near the fixed end contracts in the thickness direction by the piezoelectric effect when a drive voltage is applied and extends in the element longitudinal direction. The amount of shrinkage in the longitudinal direction that occurs at the bending displacement portion (see d in FIG. 20)
If the amount of expansion is corrected so as to correct, the drive target 3 of the bending displacement element 1 is driven only in the direction perpendicular to the element.

【0023】図3は駆動電圧波形の一例を示したもの
で、屈曲変位素子1を図2の破線で示す中立位置から上
下に振動変形させる場合の駆動電圧波形の1例を示す。
屈曲変位部の電極A,Bには正弦波電圧VA-G を印加し
て電圧の極性を変化させればよいが、伸長部Kの電極C
にも同じ正弦波電圧を印加すると、逆極性電圧では伸長
部Kは縮んでしまい問題となるため、電極Cには駆動電
圧VA-G の絶対値となる電圧VC-D を印加しなければな
らない。これは別電源で供給してもよいが、駆動電圧V
A-G からダイオードブリッジで構成されるような全波整
流回路で作ることもできる。極性が変化しない駆動電圧
ならば同一の駆動電圧で駆動できることはいうまでもな
い。
FIG. 3 shows an example of the drive voltage waveform, and shows an example of the drive voltage waveform when the bending displacement element 1 is vibrated and deformed vertically from the neutral position shown by the broken line in FIG.
The sinusoidal voltage V AG may be applied to the electrodes A and B of the bending displacement portion to change the polarity of the voltage, but the electrode C of the extension portion K
However, if the same sine wave voltage is applied, the extension K contracts with a reverse polarity voltage, which causes a problem. Therefore, the voltage V CD that is the absolute value of the drive voltage V AG must be applied to the electrode C. This may be supplied by a separate power source, but the drive voltage V
It can also be made from a full-wave rectifier circuit composed of AG and a diode bridge. It goes without saying that the drive voltages that do not change the polarity can be driven by the same drive voltage.

【0024】(実施例2)図4および図5 本実施例は両持梁式の圧電変位アクチュエータについて
のもので、屈曲変位素子をダブルSモードで駆動する構
成としている。すなわち、図4に示すように、両持梁式
において、屈曲変位素子1の両端位置に、素子長手方向
のずれを補正する伸長部分Kおよび駆動用の電極Cをそ
れぞれ配している。
(Embodiment 2) FIGS. 4 and 5 The present embodiment relates to a double-supported beam type piezoelectric displacement actuator, in which the bending displacement element is driven in the double S mode. That is, as shown in FIG. 4, in the both-end supported beam type, the extended portion K for correcting the displacement in the element longitudinal direction and the driving electrode C are arranged at both ends of the bending displacement element 1.

【0025】図5は駆動時の例として、屈曲変位素子1
が上向き凸状態となるよう駆動電圧が印加された状態を
示している。素子両端近傍の伸長部Kが、素子長手方向
に伸長し、素子長手方向のずれを補正して、素子中央部
の変位量が損なわれることなく、屈曲動作している。
FIG. 5 shows a bending displacement element 1 as an example during driving.
Shows a state in which a drive voltage is applied so that the pixel has an upward convex state. The extending portions K near the both ends of the element extend in the element longitudinal direction, correct the deviation in the element longitudinal direction, and perform the bending operation without impairing the displacement amount of the element central portion.

【0026】素子中央部の屈曲により生じる長手方向の
縮み(図21のd参照)と同じ量だけ、素子両端近傍の
伸長部Kが伸長することにより、素子に変位量を抑制さ
せる張力Tを発生させることなく、屈曲変位素子が駆動
できる。
The extension portion K near the both ends of the element is extended by the same amount as the contraction in the longitudinal direction caused by the bending of the central portion of the element (see d in FIG. 21), thereby generating the tension T for suppressing the displacement amount in the element. The bending displacement element can be driven without causing the bending displacement element.

【0027】(実施例3)図6 本実施例は、実施例2と略同様であるが、屈曲変位素子
1の長手方向のずれを補正する伸長部Kを、素子中央部
分に設けたものである。このような構成によっても、前
記実施例と同様の効果が奏される。
(Third Embodiment) FIG. 6 This embodiment is substantially the same as the second embodiment except that an extension portion K for correcting the displacement of the bending displacement element 1 in the longitudinal direction is provided in the central portion of the element. is there. With such a configuration, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

【0028】このように、屈曲変位素子1の使用状況如
何により、素子中央、あるいは任意の位置に設定して
も、前記同様の結果が得られるものである。
As described above, the same result as described above can be obtained even if the bending displacement element 1 is set at the center of the element or at an arbitrary position depending on the usage condition.

【0029】(実施例4)図7および図8 本実施例は、前記の伸長部Kを有する屈曲変位素子1の
分極方向に対する電界方向の具体例を示したものであ
る。バイモルフ型屈曲変位素子は、2枚の圧電板を金属
のシム材を挾んで貼り合せるのが一般的であり、図7は
各圧電板1a,1bの分極方向を同一方向に貼り合せた
例を示す(素子柱の矢印で分極方向を表す)。
(Embodiment 4) FIGS. 7 and 8 This embodiment shows a specific example of the direction of the electric field with respect to the polarization direction of the bending displacement element 1 having the above-mentioned extending portion K. In the bimorph type bending displacement element, generally, two piezoelectric plates are bonded by sandwiching a metal shim material, and FIG. 7 shows an example in which the polarization directions of the piezoelectric plates 1a and 1b are bonded in the same direction. Shown (the arrow on the element column indicates the polarization direction).

【0030】この屈曲変位素子1を上向き凸形に屈曲さ
せる時には、シム材による共通GNDに対して屈曲変形
部を駆動するVA 端子に正電圧を、VB 端子に負電圧を
印加し、両端に設けた伸長部を駆動するVC 端子には正
電圧を、VD 端子には負電圧を印加する。
When the bending displacement element 1 is bent upwardly in a convex shape, a positive voltage is applied to the V A terminal for driving the bending deformation portion with respect to the common GND made of the shim material, and a negative voltage is applied to the V B terminal, and both ends are applied. A positive voltage is applied to the V C terminal for driving the extension section provided in the above and a negative voltage is applied to the V D terminal.

【0031】また、下向き凸形に屈曲させるときには、
屈曲変形部の端子VA とVB に上向き凸形の屈曲を得る
ときと反対の極性の電圧を印加する。
When the lens is bent downward,
A voltage having the opposite polarity to that used when an upward convex bend is obtained is applied to the terminals V A and V B of the bend deforming portion.

【0032】図7の屈曲変位素子1を三角波で駆動した
ときの各端子に印加する電圧の関係を、横軸に時間をと
り図8に示す。
FIG. 8 shows the relationship between the voltages applied to the terminals when the bending displacement element 1 of FIG. 7 is driven by a triangular wave, with the horizontal axis representing time.

【0033】(実施例5)図9 本実施例は、2枚の圧電板1a,1bの分極方向を対向
させて貼り合せた例である。各圧電板1a,1bの伸長
部Kの電極には、同一電圧が印加でき、VD 端子が不必
要になる。
(Embodiment 5) FIG. 9 This embodiment is an example in which two piezoelectric plates 1a and 1b are bonded with their polarization directions opposed to each other. The same voltage can be applied to the electrodes of the extension portions K of the piezoelectric plates 1a and 1b, and the V D terminal is unnecessary.

【0034】各端子1a,1bに対する電圧の極性は図
7と同様になり、三角波で駆動するときの電圧のタイム
チャートは、図8のVA ,VB ,VC となる。
The polarities of the voltages applied to the terminals 1a and 1b are the same as those in FIG. 7, and the time charts of the voltages when driving with a triangular wave are V A , V B and V C in FIG.

【0035】通常バイモルフを構成する2枚の圧電板の
各々の分極方向は、その一枚の中では方向が揃っている
が、分極方向を変えることも可能である。分極は対向す
る電極間に高電界を印加することで形成し、分極電界の
極性で方向が定まる。分極形成時と逆方向に高電界を印
加することで分極方向を180度反転することもでき
る。
Normally, the polarization directions of the two piezoelectric plates constituting the bimorph are the same in one plate, but the polarization directions can be changed. Polarization is formed by applying a high electric field between opposing electrodes, and the direction is determined by the polarity of the polarization electric field. It is also possible to reverse the polarization direction by 180 degrees by applying a high electric field in the direction opposite to that when the polarization is formed.

【0036】(実施例6)図10 本発明の屈曲偏位素子は電極を分割しているため、それ
ぞれの電極領域毎に分極電界の極性を選択することで、
分極方向を異ならせることができる。図10にその一例
として、配線を簡略した屈曲変位素子1を示す。
(Embodiment 6) FIG. 10 Since the bending deflection element of the present invention divides the electrodes, by selecting the polarity of the polarization electric field for each electrode region,
The polarization direction can be different. As an example thereof, FIG. 10 shows a bending displacement element 1 having a simplified wiring.

【0037】2枚の圧電板1a,1bの各電極下の分極
方向を図の矢印のように形成して貼り合せると、屈曲部
の表面電極は全て共通接続でき、屈曲駆動する電圧端子
はVA 一つにできる。
When the polarization directions under the respective electrodes of the two piezoelectric plates 1a and 1b are formed as shown by the arrows in the figure and bonded, all the surface electrodes of the bent portion can be commonly connected and the voltage terminal for bending driving is V. A can be one.

【0038】また屈曲駆動端子VA を正電圧だけで駆動
するように構成すると、VC はVAと共通に接続でき、
1端子駆動も可能である。
If the bending drive terminal V A is driven by only a positive voltage, V C can be commonly connected to V A ,
One-terminal drive is also possible.

【0039】(実施例7)図11および図12 本実施例は、屈曲変位素子1の貼り合せ部に位置する電
極は用いずに、屈曲変位素子表面電極のみを使用する例
である。1枚の圧電板の両端部の電極下のみ図10のよ
うに分極方向を変え、図11に示すように屈曲変位素子
1を構成する。
(Embodiment 7) FIGS. 11 and 12 This embodiment is an example in which only the bending displacement element surface electrode is used without using the electrode positioned at the bonded portion of the bending displacement element 1. The polarization direction is changed as shown in FIG. 10 only under the electrodes on both ends of one piezoelectric plate to form the bending displacement element 1 as shown in FIG.

【0040】素子表面の分割電極の一部をGND端子に
接続し、GND電極に対向する電極をVA とVC に接続
する。
Part of the divided electrodes on the element surface is connected to the GND terminal, and the electrode facing the GND electrode is connected to VA and VC.

【0041】このような構成でも、図10と同様に配線
数を省略することができる。
Even with such a configuration, the number of wires can be omitted as in the case of FIG.

【0042】図11に示す構成の屈曲変位素子1を製作
する方法を図12に示す。図12(a)に示すように、
予め分極方向が揃えられた2枚の圧電板1a,1bを嵌
合可能な形状に加工した後に、図12(b)に示すよう
に貼合せるものである。
FIG. 12 shows a method of manufacturing the bending displacement element 1 having the structure shown in FIG. As shown in FIG.
The two piezoelectric plates 1a and 1b whose polarization directions are aligned in advance are processed into a shape that can be fitted, and then bonded as shown in FIG. 12 (b).

【0043】(実施例8)図13〜図16 ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )やタンタル酸リチウ
ム(LiTaO3 )等の圧電単結晶は、熱処理により分
極軸の対応した分極反転層単結晶の厚み半分まで形成さ
れることが知られている。例えば分極を有するLiNb
3 単結晶の140度Y板1を1050〜1200℃の
温度で、0〜20時間熱処理すると分極反転層が形成さ
れた単結晶平板となる。このような分極方向の対向した
圧電板の両表面に電極を形成して厚さ方向に電界を印加
すると、圧電板は屈曲変位型素子となる。140度Y板
以外についても同様である。
(Embodiment 8) FIGS. 13 to 16 Piezoelectric single crystals of lithium niobate (LiNbO 3 ) and lithium tantalate (LiTaO 3 ) were heat-treated to have a thickness half that of the polarization inversion layer single crystal corresponding to the polarization axis. It is known to be formed up to. For example, LiNb with polarization
When a 140 ° Y-plate 1 made of an O 3 single crystal is heat-treated at a temperature of 1050 to 1200 ° C. for 0 to 20 hours, a single crystal flat plate having a polarization inversion layer is formed. When electrodes are formed on both surfaces of the piezoelectric plate facing each other in the polarization direction and an electric field is applied in the thickness direction, the piezoelectric plate becomes a bending displacement element. The same applies to other than the 140-degree Y plate.

【0044】そこで、本実施例では圧電性単結晶LiN
bO3 またはLiTaO3 において、熱処理により厚み
半分まで分極が反転した層が選択的に、つまり屈曲変位
に寄与する反転層部分と張力緩和に寄与する非反転部分
とを一つの圧電素子に区別して形成できることを利用
し、張力緩和用の変位吸収部分である伸長部Kを素子自
身に配する手段とした。
Therefore, in this embodiment, piezoelectric single crystal LiN is used.
In bO 3 or LiTaO 3 , a layer whose polarization is inverted to half the thickness by heat treatment is selectively formed, that is, an inversion layer portion that contributes to bending displacement and a non-inversion portion that contributes to tension relaxation are formed separately in one piezoelectric element. Utilizing the fact that it is possible, a means for arranging the extension portion K, which is the displacement absorbing portion for relaxing the tension, on the element itself.

【0045】すなわち図13は、屈曲変位素子1の両端
部に、電圧の印加で長手方向に伸長する伸長部Kを配設
した構成を示す。電極A,Bの領域は、分極反転層が形
成されたダブルSモード変形する屈曲部であり、電極C
を形成した両端部分が伸長部Kである。この両端部分は
分極反転層Lを形成せず、厚さ方向に揃った分極方向に
なっている。伸長部Kの電極Cには、屈曲部の変形に応
じて伸長するように電圧を印加する。
That is, FIG. 13 shows a structure in which extension portions K extending in the longitudinal direction when a voltage is applied are provided at both ends of the bending displacement element 1. The regions of the electrodes A and B are bent portions in which the domain inversion layer is formed and which are deformed by the double S mode,
The both end portions forming the are the extended portions K. The polarization inversion layer L is not formed at the both ends, and the polarization directions are aligned in the thickness direction. A voltage is applied to the electrode C of the extending portion K so as to extend according to the deformation of the bent portion.

【0046】図14は、両持梁式で駆動したときの変形
状態を示している。伸長部Kが屈曲変位素子1の屈曲に
対応して伸びるため、素子駆動時に張力が発生せず、変
位量の低下が防止できる。
FIG. 14 shows a deformed state when driven by the double-supported beam type. Since the extending portion K extends in response to the bending of the bending displacement element 1, no tension is generated when the element is driven, and a decrease in displacement amount can be prevented.

【0047】屈曲変位素子1を正弦波駆動する場合、変
位端は上下に変形するが、伸長部Kに屈曲駆動電圧と同
じ正弦波を印加することはできない。伸長部の分極方向
に対する電圧の極性が逆になると、伸長部Kは縮み、問
題となる。したがって、伸長部Kの駆動電圧VK は、屈
曲駆動電圧VA に対して図15に示すような波形にな
る。
When the bending displacement element 1 is driven by a sine wave, the displacement end is vertically deformed, but the same sine wave as the bending drive voltage cannot be applied to the extension K. If the polarity of the voltage with respect to the polarization direction of the extension portion is reversed, the extension portion K contracts, which becomes a problem. Therefore, the drive voltage V K of the extension K has a waveform as shown in FIG. 15 with respect to the bending drive voltage VA.

【0048】図16によって、上記の屈曲変位素子1の
作製方法を説明する。LiNbO3やLiTaO3 は熱
処理により、その厚み半分まで分極軸が反転した層が形
成できる。圧電性単結晶をあらかじめ図16(a)に示
すような形状に加工した後に熱処理を行う。このとき、
試料の厚い部分の厚さt1 が薄い部分の厚さt2 の2倍
以上、つまりt1 ≧2×t2 となるように加工する。
A method of manufacturing the bending displacement element 1 will be described with reference to FIG. LiNbO 3 and LiTaO 3 can be heat-treated to form a layer whose polarization axis is inverted up to half the thickness. The piezoelectric single crystal is previously processed into a shape as shown in FIG. 16A, and then heat treatment is performed. At this time,
Processing is performed so that the thickness t1 of the thick portion of the sample is at least twice as large as the thickness t2 of the thin portion, that is, t1 ≧ 2 × t2.

【0049】この単結晶を1050〜1200℃の温度
で、0〜20時間熱処理することにより、分極反転層が
単結晶の各部位の厚み半分まで形成され、図16(b)
に示すような分極分布をもった単結晶となる。
By subjecting this single crystal to a heat treatment at a temperature of 1050 to 1200 ° C. for 0 to 20 hours, a domain-inverted layer is formed to half the thickness of each portion of the single crystal, and FIG.
The single crystal has a polarization distribution as shown in.

【0050】厚さの大きい部分を、厚さの小さい部分に
揃えて切落とすことにより、図16(c)に示すような
中央部のみ分極の反転した層をもち、両端部分は単分域
のままの単結晶素子が得られる。
The large-thickness portion is aligned with the small-thickness portion and cut off to have a layer in which the polarization is inverted only in the central portion as shown in FIG. 16C, and both end portions have a single domain. A single crystal element as it is can be obtained.

【0051】これに電極を配することにより、図13に
示した屈曲変位素子1ができあがる。分極反転層Lの境
界層Fは、単結晶両端および厚さの異なる部分近傍では
均一に厚さの半分とはならず複雑になるが、ここでは分
かり易くするため、図16のように模式的に記す。
By disposing electrodes on this, the bending displacement element 1 shown in FIG. 13 is completed. The boundary layer F of the domain-inverted layer L does not become uniformly half the thickness in the vicinity of both ends of the single crystal and the portions having different thicknesses, but it becomes complicated, but for the sake of simplicity, it is schematically shown in FIG. Note.

【0052】なお、本発明の屈曲変位素子は、前記のL
iNbO3 およびLiTaO3 に限定されるものではな
く、上述したような部分的に分極分布を制御できるもの
であれば、他の材料でも適用できることは勿論である。
The bending displacement element of the present invention is the above L
The material is not limited to iNbO 3 and LiTaO 3 , and it goes without saying that other materials can be applied as long as the polarization distribution can be partially controlled as described above.

【0053】(実施例9)図17および18 本実施例は上述した各構成の屈曲変位素子1の実際の用
途例についてのものである。図17および図18は、例
えばSTM等に用いられる微動XYステージに応用した
例を示している(VTRヘッドのトラッキング制御素子
も同様である)。
(Embodiment 9) FIGS. 17 and 18 This embodiment relates to an actual application example of the bending displacement element 1 having each of the above-mentioned configurations. 17 and 18 show an example applied to a fine movement XY stage used in, for example, STM (the same applies to a tracking control element of a VTR head).

【0054】このXYステージでは、図17に示すよう
に、両持梁式屈曲変位素子1を3個組合せた構成のもの
で、X方向に変位する二つの屈曲変位素子1を平行に配
置し、それぞれの屈曲変位素子1の中央部にY方向に変
位する屈曲変位素子1´を固定部材2で両端固定したH
形の構成としている。そして図18に示すように、Y方
向に変位する屈曲変位素子1´の中央部に固定された駆
動対象3を、XY2次元に微動させるものである。
In this XY stage, as shown in FIG. 17, three double-supported beam bending displacement elements 1 are combined, and two bending displacement elements 1 which are displaced in the X direction are arranged in parallel. A bending displacement element 1 ′ that is displaced in the Y direction is fixed at both ends to the center of each bending displacement element 1 with fixing members 2.
It has a shape configuration. Then, as shown in FIG. 18, the drive target 3 fixed to the central portion of the bending displacement element 1 ′ that is displaced in the Y direction is finely moved in the XY two-dimensional manner.

【0055】本実施例によれば、屈曲変位素子1´を大
変位させても、前記各実施例で示した変位吸収部を有す
る構成により、素子中央部の変位端は、変位量が抑制さ
れることなく駆動できる。
According to this embodiment, even if the bending displacement element 1'is largely displaced, the displacement amount at the displacement end of the central portion of the element is suppressed by the structure having the displacement absorbing portion shown in each of the above embodiments. Can be driven without

【0056】(他の実施例)本発明は上述した実施例に
限定されるものではない。本発明の趣旨によれば、応用
対象は圧電体に限定されず、他のセラミックス、金属、
プラスチックス、およびそれらの複合体の屈曲変位素子
への応用時に適用され得ることは勿論である。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施する
ことができる。
(Other Embodiments) The present invention is not limited to the above embodiments. According to the gist of the present invention, the application target is not limited to the piezoelectric body, but other ceramics, metals,
Of course, it can be applied when the plastics and their composites are applied to the bending displacement element. Other,
Various modifications can be implemented without departing from the scope of the present invention.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、精密で
微細な変位量を制御する屈曲変位アクチュエータに適用
した場合、屈曲変位素子の屈曲時に長手方向に発生する
駆動対象のずれ、変位量、およびリニアリティーの低下
を、素子自身に設けた変位吸収部によって防止でき、こ
れにより素子長手方向のずれを補正して、素子本来の精
密さ、変位量、リニアリティーを発揮できるという優れ
た効果が奏される。
As described above, according to the present invention, when applied to a bending displacement actuator for controlling a precise and minute displacement amount, a displacement or displacement of a driving object which occurs in the longitudinal direction when the bending displacement element is bent. It is possible to prevent the decrease in the amount and linearity by the displacement absorbing part provided in the element itself, and by doing so, correct the deviation in the element longitudinal direction, and the excellent effect that the element's original precision, displacement amount, and linearity can be exhibited. Played.

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

【図1】本発明の実施例1の構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】同実施例の作用を示す図。FIG. 2 is a view showing an operation of the same embodiment.

【図3】同実施例の駆動方法を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a driving method of the embodiment.

【図4】本発明の実施例2の構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention.

【図5】同実施例の作用を示す図。FIG. 5 is a view showing the operation of the same embodiment.

【図6】本発明の実施例3の構成を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例4の構成を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.

【図8】同実施例の駆動方法を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a driving method of the embodiment.

【図9】本発明の実施例5の構成を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例6の構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a sixth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例7の構成を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a seventh embodiment of the present invention.

【図12】(a),(b)は同実施例の製造工程を示す
図。
12A and 12B are views showing the manufacturing process of the same embodiment.

【図13】本発明の実施例8の構成を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an eighth embodiment of the present invention.

【図14】同実施例の作用を示す図。FIG. 14 is a view showing the operation of the same embodiment.

【図15】同実施例の駆動方法を示す図。FIG. 15 is a diagram showing a driving method according to the embodiment.

【図16】(a),(b),(c)は同実施例の製造工
程を示す図。
16 (a), (b) and (c) are views showing a manufacturing process of the same embodiment.

【図17】本発明の実施例9の構成を示す図。FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a ninth embodiment of the present invention.

【図18】図17の斜視図。FIG. 18 is a perspective view of FIG.

【図19】従来例を示すもので、アクチュエータの構成
図。
FIG. 19 is a configuration diagram of an actuator, showing a conventional example.

【図20】図19に示すアクチュエータの動作説明図。FIG. 20 is an operation explanatory view of the actuator shown in FIG. 19.

【図21】他の従来例を示す図。FIG. 21 is a diagram showing another conventional example.

【図22】さらに他の従来例を示す図。FIG. 22 is a view showing still another conventional example.

【図23】図22に示す従来例の変位特性図。23 is a displacement characteristic diagram of the conventional example shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1´ 屈曲変位素子 K 変位吸収部(伸長部) 1,1 'Bending displacement element K Displacement absorbing part (extension part)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一定の長さに形成され、付与される駆動
力に基づいて長手方向に垂直な方向に変位する屈曲変位
素子を有するものであって、前記素子は、前記駆動力の
付与によって生じる長手方向のずれを吸収する変位吸収
部を有することを特徴とする屈曲変位アクチュエータ。
1. A bending displacement element, which is formed to have a constant length and is displaced in a direction perpendicular to a longitudinal direction based on a driving force applied thereto, wherein the element is formed by applying the driving force. A bending displacement actuator having a displacement absorbing portion that absorbs the generated displacement in the longitudinal direction.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008076122A (en) * 2006-09-20 2008-04-03 Hiroshima Univ Angle and displacement sensor
WO2009154158A1 (en) * 2008-06-19 2009-12-23 アルプス電気株式会社 Actuator and input device using the same
JP2015149368A (en) * 2014-02-05 2015-08-20 株式会社東芝 Vibrator and piezoelectric pump
JP2016032405A (en) * 2014-07-30 2016-03-07 国立大学法人福井大学 Control method of polymer actuator, polymer actuator, and micro fluid delivery device using the polymer actuator
CN111558161A (en) * 2019-12-31 2020-08-21 广东艾诗凯奇智能科技有限公司 Neck massager

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008076122A (en) * 2006-09-20 2008-04-03 Hiroshima Univ Angle and displacement sensor
WO2009154158A1 (en) * 2008-06-19 2009-12-23 アルプス電気株式会社 Actuator and input device using the same
JP2015149368A (en) * 2014-02-05 2015-08-20 株式会社東芝 Vibrator and piezoelectric pump
JP2016032405A (en) * 2014-07-30 2016-03-07 国立大学法人福井大学 Control method of polymer actuator, polymer actuator, and micro fluid delivery device using the polymer actuator
CN111558161A (en) * 2019-12-31 2020-08-21 广东艾诗凯奇智能科技有限公司 Neck massager
CN111558161B (en) * 2019-12-31 2022-05-03 未来穿戴技术有限公司 Neck massager

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