(57)【要約】【課題】過酷な環境でも用いることができ、圧電素子の変位を拘束せずに正確に変位を検知できる圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】複数の圧電素子１１０を直列に連結して形成された圧電アクチュエータ本体１０５と、圧電アクチュエータ本体１０５の互いに変位方向に離れた圧電素子１１０同士の間の位置にそれぞれ固着される少なくとも２つの固着部１５１および固着部１５１の間を連続的につなぎ、かつ２つの固着部１５１の間の変位を伝達する本体部１５２を有する伝達体１５０と、伝達された変位を検知する変位センサ１５５と、圧電アクチュエータ本体１０５の一端を固定する座１４０と、有底の筒状に形成され、内部に圧電アクチュエータ本体１０５、伝達体１５０および変位センサ１５５を収容し、開口端が座に封止されたキャップ１６０と、を備え、変位センサ１５５は、伝達体１５０に取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加により変位する圧電アクチュエータであって、
複数の圧電素子を直列に連結して形成された圧電アクチュエータ本体と、
前記圧電アクチュエータ本体の互いに変位方向に離れた前記圧電素子同士の間の位置にそれぞれ固着される少なくとも２つの固着部および前記固着部の間を連続的につなぎかつ前記２つの固着部の間の変位を伝達する本体部を有する伝達体と、
前記伝達された変位を検知する変位センサと、
前記圧電アクチュエータ本体の一端を固定する座と、
有底の筒状に形成され、内部に前記圧電アクチュエータ本体、前記伝達体および前記変位センサを収容し、開口端が座に封止されたキャップと、を備え、
前記変位センサは、前記伝達体に取り付けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記伝達体は、Ｕ字状の薄板で形成され、
前記Ｕ字状の薄板の折れ曲がった両先端部が前記固着部として前記圧電アクチュエータ本体に固着していることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記薄板の前記固着部の間の中央部である前記本体部の前記変位方向における長さは、前記圧電アクチュエータ本体に固着された状態の固着部間の前記変位方向における直線距離より長く、前記本体部は前記２つの固着部間の圧縮力により撓んで配置されていることを特徴とする請求項２記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記本体部は、前記圧電アクチュエータ本体の変位に対して共振しない形状の平板であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
一対の前記Ｕ字状の薄板を変位方向に対して並列に設け、
前記変位センサは、一対の前記Ｕ字状の薄板の前記本体部の少なくとも一部同士を連結していることを特徴とする請求項２記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記固着部は、前記圧電素子の活性領域を変位方向へ投影した範囲内で前記圧電アクチュエータ本体と固着されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記本体部は、前記変位方向と平行な方向に延在する補強部を有していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記固着部は、前記複数の圧電素子のうちの一つの圧電素子の両端面に固着されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記固着部は、前記複数の圧電素子のうちの二つの以上の圧電素子が連結する素子連結体の両端面に固着されており、前記本体部は、前記固着部の間の二つ以上の圧電素子に跨って配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記圧電アクチュエータ本体の駆動用の端子の一つと前記変位センサの検出用の端子の一つとが共通であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
前記伝達体の熱膨張係数と前記圧電素子の熱膨張係数との差は、１０×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の印加により変位する圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータを構成する圧電素子は、伸長と収縮の過程でヒステリシスを示す。したがって、半導体や高精細液晶の製造に用いられる精密位置決め用途では、変位センサによりフィードバック制御を行い、ヒステリシスによる位置決め誤差を低減させている。また、圧電アクチュエータは、半導体製造装置へ各種ガスを精密に供給する際の流量調整バルブまたは精密な数値制御加工機の微動機構にも使用されている。また、医療用マニピュレータの制御や航空宇宙用機体の姿勢制御の高度化に伴い、高精度に制御可能な圧電アクチュエータの利用が検討されている。
【０００３】
圧電アクチュエータのフィードバック制御では、変位を検出する外部のセンサを採用することが多い。このようなフィードバック制御方式を適用した場合、高精度な位置決めが可能になるが、システムが複雑で高価となり、用途も限定される。これに対し、樹脂封止した圧電アクチュエータ本体に歪ゲージなどの変位センサを直接貼付し、部分的な変位信号を利用する簡易型のフィードバック制御も提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２０６５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の圧電アクチュエータでは、簡易的な封止がなされているとはいえ、比較的安価な変位センサである歪ゲージが高湿度、腐食性ガス下など過酷な環境で用いられると、その特性の劣化は避けられず、長期間にわたる安定した使用は困難である。また、圧電素子に変位センサを直接貼付すると、部分的に圧電素子の変位を拘束することになり、圧電素子にクラックが発生し絶縁破壊させる要因となる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、過酷な環境でも用いることができ、圧電素子の変位を拘束せずに正確に変位を検知できる圧電アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の圧電アクチュエータは、電圧の印加により変位する圧電アクチュエータであって、複数の圧電素子を直列に連結して形成された圧電アクチュエータ本体と、前記圧電アクチュエータ本体の互いに変位方向に離れた前記圧電素子同士の間の位置にそれぞれ固着される少なくとも２つの固着部および前記固着部の間を連続的につなぎかつ前記２つの固着部の間の変位を伝達する本体部を有する伝達体と、前記伝達された変位を検知する変位センサと、前記圧電アクチュエータ本体の一端を固定する座と、有底の筒状に形成され、内部に前記圧電アクチュエータ本体、前記伝達体および前記変位センサを収容し、開口端が座に封止されたキャップと、を備え、前記変位センサは、前記伝達体に取り付けられていることを特徴としている。
【０００８】
このように、圧電素子における変位方向と平行な面に直接変位センサを貼り付けていないので、圧電素子の変位を拘束せずに伝達体を介して変位を検知できる。その結果、変位の拘束によるクラックで絶縁破壊するのを防止しつつ圧電アクチュエータ本体の変位量を検出することができ、圧電アクチュエータを使用した位置決めを行う際の位置決め誤差を低減できる。また、キャップにより周囲の環境から圧電アクチュエータ本体と変位センサを保護でき、圧電アクチュエータの信頼性と耐久性を向上できる。
【０００９】
（２）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記伝達体が、Ｕ字状の薄板で形成され、前記Ｕ字状の薄板の折れ曲がった両先端部が前記固着部として前記圧電アクチュエータ本体に固着していることを特徴としている。このように折れ曲がった両先端部を用いることで圧電素子における変位方向と平行な面に直接変位センサを貼り付けることなく、伝達体を十分に固着し、これに変位センサを固定することで、変位センサに加わる歪が平均化され変位センサの耐久性向上が可能になる。
【００１０】
（３）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記薄板の前記固着部の間の中央部である前記本体部の前記変位方向における長さは、前記圧電アクチュエータに固着された状態の固着部間の前記変位方向における直線距離より長く、前記本体部は前記２つの固着部間の圧縮力により撓んで配置されていることを特徴としている。これにより、圧電アクチュエータ本体が変位する際の特に圧電アクチュエータ本体の伸びる変位に対して、予め撓んで配置されている伝達体も圧電アクチュエータ本体の変位に合わせて撓みが解消される方向へ動くことで、圧電アクチュエータ本体が伝達体に拘束されることがない。したがって、圧電素子にクラック等が発生することを抑制し、安定して変位センサに変位を伝達できる。
【００１１】
（４）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記本体部が、前記圧電アクチュエータ本体の変位に対して共振しない形状の平板であることを特徴としている。これにより、変位に対する応答性を向上できる。圧電アクチュエータ本体の変位に対して共振しない形状とは、圧電アクチュエータ本体の変位に対して、本体部の共振を考慮した形状に本体部を形成することを指している。例えば、本体部を、台形や不定形にすることが考えられる。
【００１２】
（５）また、本発明の圧電アクチュエータは、一対の前記Ｕ字状の薄板を変位方向に対して並列に設け、前記変位センサは、一対の前記Ｕ字状の薄板の前記本体部の少なくとも一部同士を連結していることを特徴としている。これにより、それぞれの薄板の本体部の撓みが変形した際に、一対の薄板同士が変位センサで連結されている箇所の距離が変化することで圧電アクチュエータの変位を検知できる。
【００１３】
（６）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記固着部が、前記圧電素子の活性領域を変位方向へ投影した範囲内で前記圧電アクチュエータ本体と固着されていることを特徴としている。これにより、不活性領域と活性領域との間で生じる応力を拘束せずに変位を検出できる。
【００１４】
（７）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記本体部が、前記変位方向と平行な方向に延在する補強部を有していることを特徴としている。これにより、本体部の剛性が向上し、変位センサの応答性を向上させることができる。なお、補強部は、例えば、伝達体の本体部における、圧電アクチュエータ本体の変位方向と平行な方向の外縁部を折り曲げてリブ構造としたり、あるいは、本体部にアルミナ、ジルコニアなどのセラミックス薄板を貼り付けたりすることで形成することができる。
【００１５】
（８）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記固着部が、前記複数の圧電素子のうちの一つの圧電素子の両端面に固着されていることを特徴としている。これにより、固着部の間の本体部の長さを最小限とし、変位センサの応答性を向上することができる。この場合でも、測定した変位量を圧電アクチュエータ本体が備える圧電素子の数で乗算することで、圧電アクチュエータ全体の変位量とすることができる。
【００１６】
（９）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記固着部が、前記複数の圧電素子のうちの二つ以上の圧電素子が連結された素子連結体の両端面に固着されており、前記本体部は、前記固着部の間の二つ以上の圧電素子に跨って配置されていることを特徴としている。これにより、複数の圧電素子による大きな変異を計測でき測定精度が向上する。また、１つの圧電素子間の変位を測定する場合より圧電アクチュエータ全体の変位に近い信号が得られる。さらに、複数の圧電素子の変位量を変位センサにより測定することができ、変位センサが配置されていない圧電素子の数を減らすことができる。したがって、変位センサが配置されていない箇所の圧電素子の変位量の変化に起因した位置決め誤差を低減することができる。
【００１７】
（１０）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記圧電アクチュエータ本体の駆動用の端子の一つと前記変位センサの検出用の端子の一つとが共通であることを特徴としている。これにより、変位センサをキャップ内に収容した構造とした場合に、座から引き出す総端子数が多くなることを抑制し、変位センサをキャップ内に収容した耐環境性を向上させた構成をとることができる。
【００１８】
（１１）また、本発明の圧電アクチュエータは、前記伝達体の熱膨張係数と前記圧電素子の熱膨張係数との差が、１０×１０−６／℃以下であることを特徴としている。これにより、温度変化による変位センサの出力のずれを抑制できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、過酷な環境でも用いることができ、圧電素子の変位を拘束せずに正確に変位を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）、（ｂ）それぞれ第１実施形態の圧電アクチュエータを示す正断面図および側断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）それぞれ座および端子の正断面図および底面図である。
【図３】圧電素子の正断面図である。
【図４】第１実施形態の伝達体の斜視図である。
【図５】変位制御システムの概略図である。
【図６】第２実施形態の伝達体の斜視図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）それぞれ第３実施形態の圧電アクチュエータを示す正断面図および側断面図である。
【図８】第３実施形態の伝達体を構成する一対の薄板の一方の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
［第１実施形態（湾曲型）］
（圧電アクチュエータの構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ圧電アクチュエータ１００を示す正断面図および側断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ座１４０および端子１２６、１２７、１５９の正断面図および底面図である。なお、参照図に示す圧電アクチュエータ１００は一例であって、素子数等で本発明は限定されない。
【００２３】
圧電アクチュエータ１００は、圧電アクチュエータ本体１０５、駆動用の端子１２６、１２７、センサ用の端子１５９、座１４０、伝達体１５０、変位センサ１５５、キャップ１６０で構成され、電圧の印加により伸縮する。圧電アクチュエータ１００は、例えばマスフローコントローラの弁の開閉制御部や精密位置決め装置のステージ駆動部に用いられ、その場合、被駆動体（弁、ステージ）を変位させる。
【００２４】
圧電アクチュエータ本体１０５は、一対のリード線１２１、１２２を介して一対の外部電極１１６、１１７に電圧が印加されたとき、各圧電素子１１０が伸縮することで先端が変位する。駆動用の端子１２６、１２７は、圧電アクチュエータ本体１０５のリード線１２１、１２２に接続されており、印加電圧をリード線１２１、１２２に伝える。
【００２５】
座１４０は、圧電アクチュエータ本体１０５の端部に接着され、その一端を固定し、圧電アクチュエータ本体１０５を支持する。そして、座１４０側の端部が固定された圧電アクチュエータ本体１０５の伸縮により先端側の突起１３０が変位する。
【００２６】
座１４０は、キャップ１６０の端部と固定されることで、圧電アクチュエータ本体１０５を密封する。湿度や腐食性ガスに弱い圧電アクチュエータ本体１０５と変位センサ１５５を、低湿度の不活性ガスで気密封止した構造とすることで信頼性と耐久性を向上できる。例えば、切削水で変位装置が濡れるような精密加工機、腐蝕性ガスの流量制御を行う圧電式バルブなどで用いられる場合、オープン制御では圧電アクチュエータを用いた位置決め精度が不十分であり、変位センサによりフィードバック制御を行うことが可能な圧電アクチュエータにより位置決め等を行うことが有効である。
【００２７】
このように、封止により高湿度、腐食性ガス下など過酷な環境でも問題なく、圧電アクチュエータ１００を稼働することができる。キャップ１６０内が完全に気密構造となるため、湿度や腐食性ガス等の圧電素子、変位センサの耐久性を阻害する環境下でも使用可能となり、用途拡大につながる。
【００２８】
端子１２６、１２７、１５９は、ハーメチック端子として座１４０を貫通して設けられている。貫通孔には樹脂やガラスが充填され、絶縁、密封されている。座１４０には、端子１２６、１２７、１５９は、圧電アクチュエータ１００の中心軸の周りに変位センサ用および駆動用でそれぞれ配置されていることが好ましい。これにより、端子１２６、１２７、１５９について容易に電気的な接続をとることができる。
【００２９】
圧電アクチュエータ本体１０５の駆動用の端子１２６、１２７の一つと変位センサ１５５の検出用の端子の一つとが共通であることが好ましい。例えば、ＧＮＤ端子を共通にすることができる。これにより、変位センサをキャップ内に収容した構造とした場合に、座から引き出す総端子数が多くなることを抑制し、変位センサをキャップ内に収容した耐環境性を向上させた構成をとりやすくできる。なお、共通の端子を用いずにそれぞれ分離した端子を用いてもよい。
【００３０】
キャップ１６０は、有底で開口端を有する円筒形状を有し、金属で形成されている。キャップ１６０は、圧電アクチュエータ本体１０５を積層方向に密着しつつ内部に収容し、座１４０にその開口端が接合され、キャップ１６０内部を封止している。これにより、圧電アクチュエータ１００が保護され、耐久性が向上する。
【００３１】
キャップ１６０は、キャップの先端部分にドーム形状の部分に突起１３０が当接するダイヤフラムを有する。キャップ１６０の直管部分は、キャップ１６０の中央から底部にかけて円筒に形成されている。ダイヤフラムは、ドーム形状に形成されている。キャップ１６０は、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のばね性に優れている材質が望ましい。基台が座１４０を固定し、座１４０が圧電アクチュエータ本体１０５の端部を支持している。そして、キャップ１６０の先端が被駆動体に接することで、圧電アクチュエータ１００から被駆動体に変位が伝わる。
【００３２】
キャップ１６０内部には、圧電アクチュエータ本体１０５の他、伝達体１５０および変位センサ１５５も収容されている。キャップ１６０により周囲の環境から圧電アクチュエータ本体１０５と変位センサ１５５を保護できる。
【００３３】
一方、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ１００は、キャップ１６０内部に変位センサ１５５を配置し、センサ用の端子１５９を座１４０に設けている。これにより、変位センサ１５５を内蔵した圧電アクチュエータ１００において、センサ用の端子１５９を介して圧電素子１１０の変位の信号を受けられる。伝達体１５０および変位センサ１５５の詳細は後述する。
【００３４】
（圧電アクチュエータ本体）
圧電アクチュエータ本体１０５は、圧電素子１１０、リード線１２１、１２２および突起１３０で構成されている。圧電アクチュエータ本体１０５を構成する複数の圧電素子１１０は、直列に配置、連結され（多連化）、その端面同士が接着剤により接着されている。複数の圧電素子１１０が接着されることで大きい変位量を確保できる。なお、直列とは、伸縮方向すなわち圧電素子１１０内の圧電層および内部電極の積層方向を意味する。
【００３５】
リード線１２１、１２２は、駆動用の端子１２６、１２７と各圧電素子１１０の外部電極１１７とを接続している。なお、図１（ｂ）で示す側面とは反対側でも同様に接続がなされている。
【００３６】
突起１３０は、無機材料で半球状に形成され、圧電アクチュエータ本体１０５の被駆動体へ変位を伝える先端側に設けられている。突起１３０と圧電アクチュエータ本体１０５とは強固に接着されており、突起１３０はキャップ１６０のドーム形状の内側部分に接する。
【００３７】
（圧電素子）
図３は、圧電素子１１０の正断面図である。圧電素子１１０は、印加電圧に対して変位を出力し、圧電層１１３、内部電極１１４、１１５および外部電極１１６、１１７を有している。圧電素子１１０は、圧電層１１３と内部電極１１４、１１５とが交互に積層されている。また、圧電素子１１０の側面において、外部電極１１６、１１７は内部電極１１４、１１５に接続されている。圧電層は、例えばＰＺＴ、チタン酸バリウム等の圧電材料で構成できる。電極材料には、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ等を用いることができる。
【００３８】
（伝達体）
図４は、伝達体１５０の組み込み前の斜視図である。伝達体１５０は、圧電アクチュエータ本体１０５の変位を変位センサ１５５に伝達する。変位センサ１５５には伝達体１５０の撓みを介して変位が伝達されるため、圧電素子１１０への変位拘束が発生しない。そのため、変位センサを直接貼り付けた場合の変位拘束による圧電素子の絶縁破壊を防止できる。また、特に、大変位タイプの圧電素子や高温下で使用される圧電素子では変位センサ等で圧電素子自身が拘束されることによるクラックが生じやすい。圧電アクチュエータ１００は、このようなクラックの発生を防止でき、信頼性を向上できる。
【００３９】
伝達体１５０は、少なくとも２つの固着部１５１と本体部１５２とを備えている。固着部１５１は、圧電アクチュエータ本体１０５の互いに変位方向に離れた圧電素子同士の間の位置にそれぞれ固着される。本体部１５２は、固着部１５１の間を連続的につなぎ、かつ２つの固着部１５１の間の変位を伝達する。
【００４０】
図４に示すように、伝達体１５０は、Ｕ字状の薄板で形成され、Ｕ字状の薄板の折れ曲がった両先端部が固着部１５１として圧電アクチュエータ本体１０５に固着していることが好ましい。この場合、Ｕ字状とは、変位方向に垂直な固着面とその間をつなぎ、変位センサ１５５を取り付けられる均一な面があることを指す。
【００４１】
このような両先端部を用いることで十分な固着が可能になる。また、図４に示す例では、本体部１５２が薄板の固着部１５１の間の中央部を形成している。本体部１５２の変位方向における長さは、圧電アクチュエータ本体１０５に固着された状態の固着部１５１間の変位方向における直線距離より長く、本体部１５２は２つの固着部１５１間の圧縮力により撓んで配置されていることが好ましい。例えば、圧電素子の長さより０．２〜２％長い本体部を湾曲させて組み込み、変位センサ１５５を取り付ける。これにより、圧電アクチュエータ本体が変位する際の特に圧電アクチュエータ本体の伸びる変位に対して、予め撓んで配置されている伝達体も圧電アクチュエータ本体の変位に合わせて撓みが解消される方向へ動くことで、圧電アクチュエータ本体が伝達体に拘束されることがない。したがって、圧電素子にクラック等が発生することを抑制し、安定して変位センサ１５５に変位を伝達できる。
【００４２】
固着部１５１は、直近の圧電素子１１０の活性領域を変位方向へ投影した範囲（図４の例では、領域１５１ａ）内で圧電アクチュエータ本体１０５と固着されていることが好ましい。これにより、不活性領域と活性領域との間で生じる応力を拘束せずに変位を検出できる。ここでいう活性領域とは、圧電素子１１０内に形成されている内部電極１１４、１１５が変位方向から見て重なる領域である。また、不活性領域とは、圧電素子１１０内において活性領域を除いた領域である。
【００４３】
固着部１５１は、一つの圧電素子１１０の両端面に固着されている。これにより、固着部の間の本体部の長さを最小限とし、変位センサの応答性を向上することができる。この場合でも、測定した変位量を圧電アクチュエータ本体が備える圧電素子の数で乗算することで、圧電アクチュエータ全体の変位量とすることができる。なお、検知に必要な変位量に応じ固着部１５１間の長さを調節することは可能である。複数の圧電素子に伝達体１５０を跨がらせることで、圧電アクチュエータ本体１０５の全体の変位状況を反映した信号が得られる。これにより、圧電アクチュエータ本体１０５の全体に近い長さを対象に変位を検知できる。また、複数の圧電素子の変位量を変位センサにより測定することができ、変位センサが配置されていない圧電素子の数を減らすことができる。したがって、変位センサが配置されていない箇所の圧電素子の変位量の変化に起因した位置決め誤差を低減することができる。
【００４４】
伝達体１５０には、圧電アクチュエータ１００の変位を正確に変位センサ１５５へ伝えるため、剛性が高く、圧電素子１１０の熱膨張に近い材料を用いるのが好ましい。例えば、ステンレスやインバーなどの金属、またはこれらとアルミナ、ジルコニアなどのセラミックス薄板を接合した部材が好適である。
【００４５】
伝達体１５０には、圧電素子１１０と熱膨張率が近い材料を選択することにより、温度変化に起因する出力誤差を抑制できる。例えば、伝達体１５０の熱膨張係数と圧電素子１１０の熱膨張係数との差は、１０×１０−６／℃以下であることが好ましい。これにより、温度変化による圧電素子１１０と伝達体１５０との出力のずれを抑制できる。なお、精密に変位量を測定したい場合には、伝達体１５０および圧電素子１１０の熱膨張を測定し、変位量を補正してもよい。
【００４６】
（変位センサ）
変位センサ１５５は、例えば、歪ゲージで構成され、伝達体１５０に取り付けられており、圧電アクチュエータ本体１０５の一部から伝達された変位を検知する。このように、変位センサ１５５は、伝達体１５０を介して圧電アクチュエータ本体１０５に取り付けられているため、圧電素子への直接接着による応力集中や圧電素子の変位を拘束することが発生せず、高変位タイプ、高温タイプなど標準品より大きな変位を示す圧電アクチュエータでも良好な耐久性を維持することができる。
【００４７】
変位センサ１５５は、変位センサ本体１５６、リード線１５７、１５８に接続され、リード線１５８が、センサ用端子１５９に接続されることで、検知された変位が伝達される。これにより、圧電アクチュエータ本体１０５の変位を確認して、正確にその変位を把握することができフィードバック制御により圧電アクチュエータを使った精密な位置決めが可能になる。
【００４８】
（変位制御システム）
上記の圧電アクチュエータ１００を用いて変位制御システム１９０を構成できる。図５は、変位制御システム１９０の概略図である。図５に示すように、変位制御システム１９０は、圧電アクチュエータ１００、フィードバック制御装置１７０および駆動電源１８０を備えている。
【００４９】
変位センサ１５５のセンサ用の端子１５９は、フィードバック制御装置１７０に接続されている。検知された変位の信号は、フィードバック制御装置１７０に入力され、フィードバック制御装置１７０は、検知された信号を圧電アクチュエータ１００の変位に変換し、検知された変位をもとに必要な駆動量を算出する。検知信号から変位への変換は、逆相であり、変位センサ１５５から縮みの信号の入力があったときには、縮の信号を圧電アクチュエータ１００の伸びの変位に変換し出力する。なお、検知信号から変位への変換が同相であり、変位センサ１５５から伸びの信号の入力があったときには、圧電アクチュエータ１００の伸びの変位を出力する。フィードバック制御装置１７０は、算出された駆動量に応じて駆動電源１８０を制御し、駆動電源１８０は、フィードバック制御装置１７０から指令を受けた電圧を圧電アクチュエータ本体１０５に印加する。このようにして、誤差を低減した変位制御システム１９０を実現できる。
【００５０】
（圧電アクチュエータの製造方法）
次に、上記のように構成された圧電アクチュエータ１００の製造方法を説明する。まず、圧電層と内部電極とが交互に積層された圧電素子１１０を作製する。具体的には、圧電セラミックスのグリーンシートにＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の電極ペーストを印刷して積層、圧着し、焼成する。次に、圧電素子１１０の側面に積層方向に沿って、内部電極に接続された外部電極１１６、１１７を形成する。圧電素子１１０の側面に電極ペーストを印刷して焼成することで外部電極１１６、１１７を形成できる。一方、あらかじめ本体部１５２の長さが圧電素子１１０の長さより１％長く、本体部１５２の端部から折れ曲がった両先端部が固着部１５１になっている伝達体１５０を準備しておく。
【００５１】
得られた複数の圧電素子１１０の積層方向の端面には、エポキシ等の接着剤を塗布して接着し、直列方向に連結する。その際に、変位をモニタリングしたい圧電素子１１０の両端面に伝達体１５０を接着する。その際には、直近の圧電素子の活性領域の変位方向への投影領域のみ接着する。その際には、圧電素子の活性領域の変位方向への投影領域のみ接着する。このようにして多連化を行い、接着剤を硬化させる。そして、金属製で板状のリード線を、外部電極に固着させて、多連化した圧電アクチュエータ本体１０５を作製できる。
【００５２】
上記の圧電アクチュエータ本体１０５を座１４０に設置し、キャップ１６０を被せて封止する。このとき、圧電アクチュエータ１００のキャップ１６０の中に封止される圧電アクチュエータ本体１０５に、伝達体１５０および変位センサ１５５を設け、圧電アクチュエータ本体１０５と一緒にキャップ１６０内に封止する。変位センサ１５５の端子および駆動用電極に接続されるリード線１２１、１２２、１５８は、座１４０に挿通された端子１２６、１２７、１５９に接続されている。このようにして、圧電アクチュエータ１００を作製することができる。なお、駆動用の端子１２６、１２７は、それぞれ駆動電源１８０、センサ用の端子１５９は、フィードバック制御装置１７０に電気的に接続される。
【００５３】
［第２実施形態（台形または不定形）］
上記の実施形態では、伝達体１５０は、長方形の薄板をＵ字状に折り曲げたものであるが、共振を防止するために別の形にしてもよい。図６は、伝達体２５０の斜視図である。伝達体２５０は、２つの固着部２５１と本体部２５２を備えている。本体部２５２は、圧電アクチュエータ本体１０５の変位に対して共振しない形状の平板であることが好ましい。図６に示す例では、本体部２５２は台形に形成されている。これにより、圧電アクチュエータ本体１０５の変位に対して伝達体２５０の共振を防止し、変位に対する応答性を向上できる。伝達体１５０の中央部は、台形以外に不定形に形成することもできる。
【００５４】
［第３実施形態］
上記の実施形態では、１枚の薄板を用いて伝達体１５０を形成しているが、２枚の薄板を用いた伝達体３５０の構成であってもよい。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ圧電アクチュエータ３００を示す正断面図および側断面図である。図８は、伝達体３５０を構成する一対の薄板の一方の斜視図である。
【００５５】
圧電アクチュエータ３００では、伝達体３５０が一対のＵ字状の薄板を対称かつ変位方向に対して並列に設けている。Ｕ字状の薄板は、固着部３５１と本体部３５２とを備えている。固着部３５１は、圧電アクチュエータ本体１０５の互いに変位方向に離れた圧電素子１１０同士の間の位置にそれぞれ固着される。固着部３５１と本体部３５２とを分ける折り目と、本体部３５２の中央部３５２ａと斜辺部３５２ｂとを分ける折り目が設けられている。
【００５６】
本体部３５２は、固着部３５１の間を連続的につなぎ、かつ２つの固着部３５１の間の変位を伝達する。図７（ｂ）に示す例では、圧電素子１１０の伸縮に応じて本体部３５２の中央部３５２ａが圧電素子１１０から浮いており、この部分が離れたり近づいたりすることで、一対の薄板の本体部３５２の少なくとも一部である中央部３５２ａの間の距離が変化する。この距離が変位センサ１５５に伝達される。一対の薄板が、圧電アクチュエータ本体１０５に取り付けられることで、図７（ｂ）に示すように側面から見た薄板は八角形の輪郭を形成する。このような構成は変位拡大機構となっており、圧電素子１１０の変位量を５〜１０倍に拡大できる。
【００５７】
変位センサ１５５は、一対のＵ字状の薄板の本体部３５２の少なくとも一部である中央部３５２ａ同士を連結している。この場合、Ｕ字状とは、変位方向に垂直な２つの固着面とその間をつなぐ中央の位置に、変位センサ１５５を取り付けられる変位方向に平行な面があることを指す。これにより、それぞれの薄板の本体部３５２の撓みが変形した際に、変位センサ１５５と伝達体３５０との連結部の距離が変化することで圧電アクチュエータ３００の変位を検知できる。なお、本体部３５２が湾曲すると変位が減少するため、本体部３５２である４つの斜辺部３５２ｂに対して、圧電アクチュエータ本体に組み込んだ際の変位方向と垂直な方向の両端を折曲げるリブ加工を行いリブ構造としたり、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックス薄板を４つの斜辺部３５２ｂに接合して、前記変位方向と平行な方向に延在する補強部を備える構造としたりしてもよい。これにより本体部３５２の面の剛性を向上させ、変位センサの応答性を向上させることも可能である。
【００５８】
また、上述の伝達体３５０は２枚の薄板を用いる構成で説明したが、圧電アクチュエータ本体１０５を挟んで、Ｕ字状の薄板の部分が対向して配置されている形態であれば、伝達体３５０は１枚の薄板で形成されていてもよい。例えば、図８に示す伝達体３５０において、固着部３５１の一端から本体部３５２が連続しているが、別の一端から本体部３５２と対向するように他の本体部が形成されている形態としてもよい。
【００５９】
また、上述の第１実施形態および第２実施形態における伝達体１５０、２５０の本体部１５２、２５２に対して、圧電アクチュエータ本体に組み込んだ際の変位方向と垂直な方向の両端を折り曲げるリブ加工を行い、リブ構造としたり、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックス薄板を本体部１５２、２５２に接合して、前記変位方向と平行な方向に延在する補強部を備える構成としたりしてもよい。これにより、本体部１５２、２５２の面の剛性を向上させ、変位センサの応答性を向上させることも可能である。
【００６０】
また、上述の第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態における伝達体１５０、２５０、３５０の本体部１５２、２５２、３５２に対して、打抜き加工を行い複数の貫通孔を有する形態としてもよい。これにより、本体部１５２、２５２、３５２の軽量化を行うことができ、変位センサの応答性を向上させることも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００、３００  圧電アクチュエータ
１０５  圧電アクチュエータ本体
１１０  圧電素子
１１３  圧電層
１１４、１１５  内部電極
１１６、１１７  外部電極
１２１、１２２、１５７、１５８  リード線
１２６、１２７、１５９  端子
１３０  突起
１４０  座
１５０、２５０、３５０  伝達体
１５１、２５１、３５１  固着部
１５１ａ  領域（活性領域を変位方向へ投影した範囲）
１５２、２５２、３５２  本体部
１５５  変位センサ
１５６  変位センサ本体
１６０  キャップ
１７０  フィードバック制御装置
１８０  駆動電源
１９０  変位制御システム
３５２ａ  中央部
３５２ｂ  斜辺部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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