(57)【要約】【課題】駆動速度のバラツキの小さい圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】導電体からなる層電極６と圧電材料７からなる圧電層とを複数積層し、層電極６を接続する外部電極８を、複数の圧電層７の端面に横断して形成してなる圧電素子３と、圧電素子３に一端が固定された駆動軸と、駆動軸に摩擦係合する移動部材とを含む圧電アクチュエータにおいて、外部電極８の一部を除去して層電極６の一部を切り離し、切り離した層電極６に隣接する圧電層７に電界が印加されないようすることで、移動部材の移動速度を低下させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、前記圧電素子に一端が固定された駆動軸と、前記駆動軸に摩擦係合する移動部材とを含み、
前記圧電素子は、導電体からなる複数の層電極と、前記層電極の間にそれぞれ介在し、圧電材料からなる複数の圧電層と、前記層電極および前記圧電層の端面を横断して設けられ、前記層電極を電気的に接続する外部電極とを有し、
前記外部電極は、部分的に除去され、前記層電極の少なくともいずれかと分離さ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】
前記外部電極は、少なくとも部分的に、前記圧電素子の幅より細く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
圧電素子と、前記圧電素子に一端が固定された駆動軸と、前記駆動軸に摩擦係合する移動部材とを含む圧電アクチュエータの調整方法であって、
前記圧電素子は、導電体からなる層電極と圧電材料からなる圧電層とを複数積層し、前記層電極を接続する外部電極を、前記層電極および前記圧電層の端面を横断するように形成してなり、
前記外部電極の一部を除去して前記層電極の一部を切り離し、切り離した前記層電極に隣接する前記圧電層に電界が印加されないようすることで、前記移動部材の移動速度を低下させることを特徴とする圧電アクチュエータの調整方法。
【請求項４】
前記外部電極は、少なくとも部分的に前記圧電素子の幅より細く形成することを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータの調整方法。
【請求項５】
前記外部電極は、レーザ光線によって除去することを特徴とする請求項３または４に記載の圧電アクチュエータの調整方法。
【請求項６】
前記レーザ光線のスポット径は、前記圧電層の厚みの１／２以下であることを特徴とする請求項５に記載の圧電アクチュエータの調整方法。
【請求項７】
前記外部電極は、一端から徐々に除去することを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の圧電アクチュエータの調整方法。
【請求項８】
前記外部電極の除去は、前記圧電素子に駆動電圧を印加して前記移動部材を移動させて前記移動部材の速度を計測しながら、前記移動部材の速度が所定の値以下になるまで行うことを特徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータおよび圧電アクチュエータの調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、圧電素子を駆動源とし、圧電素子の伸縮により駆動軸を振動させ、駆動軸に摩擦係合する移動部材をすべり変位させる圧電アクチュエータが記載されている。このような圧電アクチュエータでは、圧電素子の伸縮特性のバラツキや圧電素子と駆動軸との傾き等よって、その駆動量（駆動速度）に誤差が発生する。
【０００３】
圧電素子は、例えば特許文献２に記載されているように、圧電材料の層を積層して製造され得る。圧電材料の組成やその層の厚みを厳密に均一にすることは困難であり、製造される圧電素子の伸縮特性には、ある程度のバラツキが存在する。
【０００４】
圧電アクチュエータには、小型化とともに高精度化の要求が大きく、性能のバラツキによる駆動速度のバラツキが問題視される。圧電アクチュエータを高精度化するために、製造時に装置毎の駆動量を確認し、駆動電圧等を変更して駆動量が一定になるように調整する場合がある。しかしながら、このような調整を可能とするためには、駆動回路の構成が複雑になったり、調整値を記憶するメモリが必要になったりするという問題がある。
【特許文献１】特開２００１−１０３７７２号公報
【特許文献２】特開２００３−６９１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記問題点に鑑みて、本発明は、駆動速度のバラツキの小さい圧電アクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明による圧電アクチュエータは、圧電素子と、前記圧電素子に一端が固定された駆動軸と、前記駆動軸に摩擦係合する移動部材とを含み、前記圧電素子は、導電体からなる複数の層電極と、前記層電極の間にそれぞれ介在し、圧電材料からなる複数の圧電層と、前記層電極および前記圧電層の端面を横断して設けられ、前記層電極を電気的に接続する外部電極とを有し、前記外部電極は、部分的に除去され、前記層電極の少なくともいずれかと分離されているものとする。
【０００７】
この構成によれば、外部電極を部分的に除去して一部の層電極を分離したことで、分離された層電極に駆動電圧が印加されず、隣接する圧電層に電界が印加されない。このため、一部の圧電層が伸縮せず、その分だけ圧電素子の伸縮量が少なくなるので、圧電アクチュエータの能力が低下している。つまり、外部電極を部分的に除去することで、圧電アクチュエータの駆動速度を調整できる。
【０００８】
また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記外部電極は、少なくとも部分的に、前記圧電素子の幅より細く形成されていてもよい。
【０００９】
この構成によれば、層電極を分離するために除去すべき外部電極の大きさが小さくなり、圧電アクチュエータの調整が容易である。
【００１０】
また、本発明による圧電アクチュエータの調整方法は、圧電素子と、前記圧電素子に一端が固定された駆動軸と、前記駆動軸に摩擦係合する移動部材とを含む圧電アクチュエータの調整方法であって、前記圧電素子は、導電体からなる層電極と圧電材料からなる圧電層とを複数積層し、前記層電極を接続する外部電極を、前記層電極および前記圧電層の端面を横断するように形成してなり、前記外部電極の一部を除去して前記層電極の一部を切り離し、切り離した前記層電極に隣接する前記圧電層に電界が印加されないようすることで、前記移動部材の移動速度を低下させる方法とする。
【００１１】
この方法によれば、外部電極の一部を除去して層電極の一部を分離することで、層電極の一部に電圧が印加されず、隣接する圧電層に電界が印加されなくなる。これによって、当該圧電層が伸縮しないようにして、駆動軸の振動量を低減し、圧電アクチュエータの駆動速度を低下させることができる。これにより、駆動速度のバラツキが小さくなるように圧電アクチュエータを調整できる。
【００１２】
また、本発明の圧電アクチュエータの調整方法において、前記外部電極は、少なくとも部分的に前記圧電素子の幅より細く形成してもよい。
【００１３】
この方法によれば、層電極を分離するために除去すべき外部電極の面積が小さく、容易に駆動速度を調整できる。
【００１４】
また、本発明の圧電アクチュエータの調整方法において、前記外部電極は、レーザ光線によって除去してもよい。
【００１５】
この方法によれば、精密に外部電極を除去できる。
【００１６】
また、本発明の圧電アクチュエータの調整方法において、前記レーザ光線のスポット径は、前記圧電層の厚みの１／２以下であってもよい。
【００１７】
この方法によれば、層電極を１枚ずつ分離できる。
【００１８】
また、本発明の圧電アクチュエータの調整方法において、前記外部電極は、一端から徐々に除去してもよい。
【００１９】
この方法によれば、圧電アクチュエータの駆動速度を徐々に低下させて、確実に所望の駆動速度を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の圧電アクチュエータの調整方法において、前記外部電極の除去は、前記圧電素子に駆動電圧を印加して前記移動部材を移動させて前記移動部材の速度を計測しながら、前記移動部材の速度が所定の値以下になるまで行ってもよい。
【００２１】
この方法によれば、圧電アクチュエータの駆動速度を、所望の駆動速度まで迅速且つ正確に低下させられる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、外部電極を部分的に除去して、層電極の一部に駆動電圧が印加されないようにすることで、圧電層の一部を無効にして駆動速度を所望の速度まで低下させた性能にバラツキのない圧電アクチュエータを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態の圧電アクチュエータ１の駆動速度の調整の様子を示す。圧電アクチュエータ１は、錘２と、錘２に一端が固定された圧電素子３と、圧電素子３の他端に一端が固定された駆動軸４と、駆動軸４に摩擦係合する移動部材５とからなる。圧電アクチュエータ１は、駆動電圧が印加されると圧電素子３が伸縮して駆動軸４を振動させる。移動体５は、駆動軸４が緩慢に移動すると駆動軸４とともに移動し、駆動軸４が急峻に移動すると駆動軸４上ですべり変位する。
【００２４】
圧電素子３は、導電体からなる複数の層電極６と、層電極６の間にそれぞれ介在する圧電材料からなる圧電層７と、層電極６を一枚置きに、互い違いに接続する一対の外部電極８とを有する。圧電素子３は、外部電極８にボンディングされる不図示のリードを介して、不図示の駆動回路から駆動電圧が印加されることで、駆動電圧に応じて伸縮する。
【００２５】
この圧電アクチュエータ１の駆動速度、つまり、移動部材５の移動速度は、例えば、レーザ変位計９によって計測される。また、例えば、エキシマレーザ１０は、圧電素子３の外部電極８の任意の位置にレーザ光線を照射して、外部電極８を部分的に除去することができる。圧電層７は、その厚みが２０μｍから１００μｍであり、エキシマレーザ１０が照射するレーザ光線のスポット径（有効径）は、１０μｍ以下である。
【００２６】
本実施形態において、エキシマレーザ１０は、図２に示すように、レーザ光線を一端から走査するように外部電極８に照射する。詳しくは、エキシマレーザ１０は、外部電極８の一端にレーザ光線を照射し、外部電極８の縁に沿って、幅方向に横断するようにレーザ光線を移動させ、レーザ光線のスポット径分だけ軸方向に移動してから、再度レーザ光線を横断させることを繰り返す。これにより、エキシマレーザ１０は、外部電極８を端から徐々に除去してゆく（図２には、斜線部が残存する外部電極８を示す）。
【００２７】
尚、エキシマレーザ１０に代えて、ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザ等の他のレーザ装置、電子ビームやイオンビーム等のビーム加工装置、放電加工装置を使用することが可能であり、機械加工を適用することもできる。
【００２８】
圧電素子３は、最初は図３に示すように、その２面が外部電極８に覆われているが、図４に示すように、レーザ光線によって、一端から徐々に外部電極８が除去されることで、この面にも、層電極６および圧電層７が露出してゆく。外部電極８が除去された部分の層電極６は、外部電極８から分離され、他の層電極６および駆動回路から切り離される。このとき、レーザ光線のスポット径が圧電層７の厚みの１／２以下であれば、層電極６が１枚ずつ外部電極８から切り離されることが確実になる。
【００２９】
こうして、外部電極８から分離された層電極６には駆動電圧が印加されず、隣接する圧電層７に電界を印加することができなくなる。すると、この部分の圧電層７は、駆動電圧に応じた伸縮をしなくなり、その分だけ、圧電素子３全体の伸縮量が減少する。こうして、圧電アクチュエータ１は、駆動軸４の振幅が小さくなり、移動部材５の移動速度が低下する。
【００３０】
図５に、アクチュエータ１を２千個製造し、その移動体５の移動速度の分布を調べた結果を示す。この例では、圧電アクチュエータ１の駆動速度は、平均が約１２ｍｍ／ｓ、標準偏差が約２ｍｍ／ｓであり、その分布範囲は、７ｍｍ／ｓから１７ｍｍ／ｓにまで及んでいた。しかしながら、圧電アクチュエータ１に対する市場の要求は、図中に線で示すように、平均が約１２ｍｍ／ｓの場合、標準偏差が約０．５ｍｍ／ｓ以下であることを求めている。
【００３１】
そこで、上述のように、レーザ変位計９によってアクチュエータ１の駆動速度を計測しながら、計測された駆動速度が１２ｍｍ／ｓ以下になるまで、エキシマレーザ１０によってレーザ光線を走査照射する。このとき、１枚の層電極６が外部電極８から分離されるたびに、１つの圧電層７が無効となり、移動体５の移動速度は、０．１ｍｍ／ｓから０．５ｍｍ／ｓだけ低下する。
【００３２】
すると、図６に示すように、アクチュエータ１の駆動速度は、１２ｍｍ／ｓ以下の範囲にのみ分布するようになる。尚、これによって得られたアクチュエータ１全体の駆動速度は、平均が約１１ｍｍ／ｓであった。
【００３３】
また、さらに、駆動速度が９ｍｍ／ｓ以下になるまで、エキシマレーザ１０によるレーザ光線の走査照射を行った場合は、図７に示すように、アクチュエータ１の駆動速度の分布範囲がより小さくなった。
【００３４】
そして、さらに、駆動速度が５ｍｍ／ｓ以下になるまで、エキシマレーザ１０によるレーザ光線を走査照射を行った場合は、図８に示すように、極めてバラツキの小さいアクチュエータ１を得ることができた。
【００３５】
図９に、本発明の第２実施形態の圧電アクチュエータの調整前の圧電素子３ａの形状を示す。以降の説明において、他の構成は第１実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。また、図において、第１実施形態と同じ符号は同じ構成要素を示している。本実施形態では、外部電極８ａが部分的に、圧電素子３ａの幅より細く形成されており、この部分の層電極６は、外部電極８ａの幅でのみ、外部電極８ａと接続されている。
【００３６】
本実施形態では、この細長い外部電極８ａを除去できる範囲でのみ、レーザ光線を走査照射すれば、図１０に示すように、端部から順番に層電極６を分離してゆくことができ、駆動速度の調整を迅速に行える。
【００３７】
図１１に、本発明の第３実施形態の圧電アクチュエータの調整後の圧電素子３ｂの形状を示す。図示するように、本実施形態の外部電極８ｂは、レーザ光線によって、長手方向に２つに分断されている。これによっても、分断された（駆動回路に接続されていない方の）外部電極８ｂに接続された層電極６には駆動電圧が印加されず、圧電アクチュエータの駆動速度が低減されている。
【００３８】
本実施形態では、調整前の圧電アクチュエータの駆動速度に基づいて、何枚の層電極６を分離、つまり、何層の圧電層７を無効にするかを決定する。この場合、最終的な圧電アクチュエータの駆動速度のバラツキは、先述の実施形態に比べて大きくなるが、調整に要する時間が短いという長所がある。
【００３９】
尚、圧電アクチュエータの駆動軸の振動は、両端に質量を有するばねの運動として解析できるのが、圧電素子の分極が消失した部分は、駆動電圧によって伸縮しないので、単なる錘とみなすことができる。ここで、振動のロバスト性を考慮すると、圧電素子の錘に近い部分（錘を有していない圧電アクチュエータでは、圧電素子の駆動軸に近い部分）を加熱して分極率を低下させる方がよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態の圧電アクチュエータの調整の様子を示す概略図。
【図２】図１の圧電素子の外部電極の除去の手順を示す圧電素子の平面図。
【図３】図１の圧電素子の調整前の斜視図。
【図４】図１の圧電素子の調整後の斜視図。
【図５】図１の圧電アクチュエータの調整前の駆動速度分布を示す度数分布図。
【図６】図１の圧電アクチュエータの調整後の駆動速度分布を示す度数分布図。
【図７】図１の圧電アクチュエータの調整設定値を下げた場合の度数分布図。
【図８】図１の圧電アクチュエータの調整設定値をさらに下げた場合の度数分布図。
【図９】本発明の第１実施形態の圧電アクチュエータの圧電素子の調整前の斜視図。
【図１０】図９の圧電アクチュエータの圧電素子の調整後の斜視図。
【図１１】本発明の第３実施形態の圧電アクチュエータの圧電素子の調整後の斜視図。
【符号の説明】
【００４１】
１…圧電アクチュエータ
２…錘
３…圧電素子
４…駆動軸
５…移動部材
６…層電極
７…圧電層
８…外部電極
９…エキシマレーザ
１０…レーザ変位計
【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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【図９】
2009254182.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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