(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】圧電素子３と、圧電素子３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とを含む圧電アクチュエータ１の圧電素子３にレーザ光線Ｌを照射することによって、圧電素子３を部分的に、好ましくはキュリー温度以上に加熱し、圧電アクチュエータ１の駆動速度が所望の速度になるまで、圧電素子３の分極率を低下させる。【選択図】図１
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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、部分的に加熱されて、分極率が低下していることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
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駆動速度の調整方法であって、
前記圧電素子を部分的に加熱して、分極率を低下させることによって、前記圧電素子の伸縮量を低下させ、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３】
前記圧電素子の部分的加熱は、前記圧電素子の圧電材料のキュリー温度以上になるまで行うことを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータの調整方法。
【請求項４】
前記圧電素子の部分的加熱は、レーザ光線を照射して行うことを特徴とする請求項２または３に記載の圧電アクチュエータの調整方法。
【請求項５】
レーザ光線の照射は、前記移動部材の移動速度に応じて、前記レーザ光線の照射時間を変更することを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータの調整方法。
【請求項６】
レーザ光線の照射は、所定の出力で所定時間の照射を場所を変えて行い、前記移動部材の移動速度に応じて、前記レーザ光線の照射の回数を変更することを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータの調整方法。
【請求項７】
レーザ光線の照射は、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移動速度を計測しながら、前記移動部材の移動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４または５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、小型化と共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、部分的に加熱されて、分極率が低下しているものとする。
【０００７】
この構成によれば、圧電素子を部分的に加熱して、部分的に圧電特性を緩和することによって、圧電アクチュエータの駆動速度が所望の速度に低下するまで、圧電素子の伸縮量を低下させ、駆動速度のバラツキを小さくした、高精度の圧電アクチュエータを提供できる。
【０００８】
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、前記圧電素子を部分的に加熱して、分極率を低下させることによって、前記圧電素子の伸縮量を低下させ、前記移動部材の移動速度を低下させる方法とする。
【０００９】
この方法によれば、圧電素子を部分的に加熱して、圧電特性を部分的に緩和することによって、圧電アクチュエータの駆動速度が所望の速度に低下するまで、圧電素子の伸縮量を低下させられる。これによって、駆動速度のバラツキが小さい高精度の圧電アクチュエータを提供できる。
【００１０】
また、本発明の圧電アクチュエータの調整方法において、前記圧電素子の部分的加熱は、前記圧電素子の圧電材料のキュリー温度以上になるまで行ってもよい。
【００１１】
この方法によれば、キュリー温度以上に加熱された部分は、分極が消失し、圧電特性が失われる。このため、圧電アクチュエータの駆動速度を十分に低下させることができる。
【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、前記圧電素子の部分的加熱は、レーザ光線を照射して行ってもよい。
【００１３】
この方法によれば、レーザ光線のスポット径を小さくすることで、圧電特性を緩和する範囲を精度よくコントロールすることができる。これによって、圧電アクチュエータの駆動速度を所望の速度に調整することができる。
【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、レーザ光線の照射は、前記移動部材の移動速度に応じて、前記レーザ光線の照射時間を変更してもよい。
【００１５】
この方法によれば、圧電素子内の熱伝導によって、時間と共にレーザ光線が直接照射されている部分から周囲へと分極率が低下する範囲が徐々に拡がってゆくので、時間を調節することで、圧電特性を喪失する範囲を制御できる。これによって、圧電アクチュエータの駆動速度を所望の速度に調整することができる。
【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、レーザ光線の照射は、前記移動部材の移動速度に応じて、場所を変えて行う前記レーザ光線の所定の出力で所定時間の照射の回数を変更してもよい。
【００１７】
この方法によれば、圧電素子の圧電特性の低下は、レーザ光線の照射回数に比例する。このため、圧電素子の伸縮力の低下度合いを制御するのが容易であり、圧電アクチュエータの精密な調整ができる。
【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、レーザ光線の照射は、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移動速度を計測しながら、前記移動部材の移動速度が所定の値以下になるまで行ってもよい。
【００１９】
この方法によれば、実際の駆動速度を計測するので、圧電アクチュエータの駆動速度を精密に調整できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、圧電アクチュエータの圧電素子を部分的に加熱して圧電特性を消失させ、圧電素子の伸縮力を低減させることによって圧電アクチュエータの駆動速度を所望の速度まで低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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、本発明にかかる圧電アクチュエータ１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と共に移動し、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。
【００２２】
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６によって計測される。また、例えば、赤外線レーザ装置７は、圧電素子３の圧電材料の表面に、例えばスポット径が１００μｍのレーザ光線Ｌを照射することができる。レーザ光線Ｌの出力は、圧電素子３の圧電材料や電極などが蒸発したりして形状を破壊されない程度に調整されている。
【００２３】
図２に、レーザ光線Ｌが照射されている圧電素子３を示す。レーザ光線Ｌは、圧電素子３の表面を加熱するが、その熱は圧電素子の内部およびその周囲に熱伝導によって拡散する。これにより、例えば１秒間レーザ光線Ｌを照射した場合、図中にハッチングした部分の圧電材料は、キュリー温度（例えば３２０℃）を超えて分極が失われ、この部分の圧電特性が喪失する。また、レーザ光線Ｌを照射する時間を長くすると、圧電特性が喪失する範囲は拡大してゆく（図には、２秒から５秒の場合の圧電特性の喪失範囲を二点鎖線で示す）。尚、圧電材料は、キュリー温度を超えなくても、キュリー温度に近付くと分極率が低下するので、実際には、分極している範囲と分極していない範囲とを図示するように明確に区分することはできない。
【００２４】
このようにして、部分的に分極が解消され、全体として分極率が低下した圧電素子３は、一定の駆動電圧に対する全体の伸縮率が低下し、これによって駆動される圧電アクチュエータ１の駆動速度（移動部材５の移動速度）もこれに略比例して低下する。
【００２５】
本実施形態では、圧電素子に所定波形の駆動電圧を印加して移動部材５を移動させ、レーザ変位計６によって移動部材５の移動速度を計測しながら、赤外線レーザ装置７によって圧電素子３にレーザ光線Ｌを照射して、圧電素子３の分極率を低下させる。そして、移動部材５の移動速度が所望の速度まで低下した時点で、レーザ光線Ｌの照射を終了する。これによって、圧電アクチュエータ１の駆動速度を、所望の速度に調整する（低下させる）ことができ、駆動速度のバラツキを小さくできる。
【００２６】
例えば、□０．９ｍｍ×Ｌ１．６ｍｍの圧電素子３を有する平均駆動速度１２ｍｍ／ｓの圧電アクチュエータ１において、圧電素子３の半径０．１５ｍｍの範囲がキュリー温度に到達した場合、圧電アクチュエータ１は、駆動速度が０．１〜０．２ｍｍ／ｓ程度低下する。また、圧電素子３の半径０．４５ｍｍの範囲がキュリー温度に到達した場合、圧電アクチュエータ１は、駆動速度が３〜４ｍｍ／ｓ程度低下する。
【００２７】
尚、圧電アクチュエータの駆動軸４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が、圧電素子３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３の錘２に近い部分（錘２を有していない圧電アクチュエータでは、圧電素子３の駆動軸４に近い部分）を加熱して分極率を低下させる方がよい。
【００２８】
また、レーザ光線Ｌを１箇所に照射するだけでは、いくら照射時間を長くしても、所望の速度まで圧電アクチュエータ１の駆動速度を低下させられない場合が有り得る。そのような場合は、レーザ光線Ｌを照射する場所を（例えば圧電素子３の反対側の面や側面に）移動して、さらに、圧電素子３の分極率を低下させてもよい。
【００２９】
また、圧電素子３の伸縮に歪みが発生しないように、圧電素子３の中心軸について略対称になるよう複数箇所に同時にレーザ光線を照射、例えば、図３に示すように、圧電素子３の上面および下面の中央にそれぞれレーザ光線Ｌ，Ｌ’を照射するようにしてもよい。
【００３０】
また、本発明によれば、図４に示すように、圧電素子３にレーザ光線Ｌを一定時間（例えば１秒）だけ照射し、移動部材５の移動速度が所望の速度に低下するまで、場所を変えながら一定時間のレーザ光線Ｌの照射を繰り返してもよい。また、このとき、図示するように、レーザ光線Ｌの照射位置を、圧電素子３の一端から走査するように、縦横に所定ピッチで移動させてもよい。
【００３１】
このように、レーザ光線Ｌの照射の照射時間を一定にすれば、圧電素子３の圧電特性の低下の度合いが、レーザ光線Ｌの照射回数に略比例する。このため、場所を変えて一定時間のレーザ光線Ｌの照射を行う場合、アチュエータ１の調整量（駆動速度の低下量）の予測が容易である。よって、初期状態のアチュエータ１の駆動速度を測定して、目標速度との差に比例してレーザ光線Ｌの照射回数を決定するようにしてもよい。
【００３２】
また、レーザ光線Ｌの照射は、図５に示すように、圧電素子３の全周にわたって移動させて行ってもよく、また、図６に示すように、圧電素子３の中心軸Ｃについて略対称になるように、例えば、上面と底面の対称位置に、交互に、レーザ光線Ｌを照射するなどしてもよい。
【００３３】
以上の実施形態では、赤外線レーザ装置７によって圧電素子３を部分的に加熱したが、他のエネルギ線を使用してもよく、微細な加熱体を接触させるなど、他の加熱手段を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の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の調整による圧電アクチュエータの圧電素子の分極率の低下を示す部分切断斜視図。
【図３】図２の代案の調整による圧電アクチュエータの圧電素子の分極率の低下を示す部分切断斜視図。
【図４】図２の異なる代案の調整による圧電アクチュエータの圧電素子の分極率の低下を示す部分切断斜視図。
【図５】図２のさらに異なる代案の調整による圧電アクチュエータの圧電素子の分極率の低下を示す部分切断斜視図。
【図６】図２のまたさらに異なる代案の調整による圧電アクチュエータの圧電素子の分極率の低下を示す部分切断斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
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…レーザ変位計
７…赤外線レーザ装置
Ｌ…レーザ光線
【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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