JP2002136159A - 送り装置および送り機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ３３モード素子のみを用いた簡便で新規な構
造を有する送り装置と送り装置に用いられる送り機構を
提供する。 【解決手段】 送り装置の一実施形態である１方向移動
ステージ１０は、伸縮方向が基台１７の上面１７ａに対
して角度θ１をなすように配設された第１圧電素子１１
と、第１圧電素子１１の伸縮方向と略同一面内において
交差するように配設された第２圧電素子１２と、第１圧
電素子１１と第２圧電素子１２を連結する連結部材１３
から構成される。連結部材１３には所定の荷重が掛かる
ようにステージ１６が当接しており、第１圧電素子１１
を伸長させ、かつ、第２圧電素子１２を縮ませて、連結
部材１３が移動する向きへステージ１６を移動させる第
１動作と、第１圧電素子１１を短縮させ、かつ、第２圧
電素子１２を伸長させる第２動作とを交互に所定回数行
うことにより、ステージ１６を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ−Ｙステージや
リニアモータ、回転モータ等、可動体を固定側に対して
移動させるための送り装置と送り装置に用いられる送り
機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧電体の分極方向と同じ方向
に電界を印加することにより、圧電体に厚み変形（３３
モード変形）が生じ、また、圧電体の分極方向に垂直な
方向に電界を印加することにより圧電体にずり剪断変形
（１５モード変形）が生ずることが知られており、この
ような３３モード変形を使用した圧電素子（３３モード
素子）と１５モード変形を利用した圧電素子（１５モー
ド素子）を利用して、各種の送り装置が提案されてい
る。

【０００３】例えば、特開平４−２２１７９２号公報に
は、１個の３３モード素子と１個の１５モード素子から
なる脚部で可動体を支持するように構成された送り装置
が開示されている。この脚部は３３モード素子が可動体
に固定され、１５モード素子が固定体に接地する構成と
なっている。この脚部を２本（第１脚部と第２脚部とす
る）用いた送り装置の動作は、概略、次の通りである。

【０００４】最初に、第１脚部の１５モード素子はその
接地面が可動体の進行方向にずれるように剪断変形して
おり、３３モード素子を伸長させて第１脚部が接地した
状態にあるとし、このとき、第２脚部は接地面から浮か
せた状態としておく。この状態とすることを第１工程と
する。次に、第１脚部の１５モード素子の剪断変形の方
向を逆転させると、１５モード素子の接地位置は変化し
ないため、第１脚部における１５モード素子と３３モー
ド素子の接合面が１５モード素子の変形量ほど進行方向
に移動する。こうして可動体が１５モード素子の変形量
ほど進行方向に移動することとなる。この間に第２脚部
の１５モード素子をその接地面が進行方向に移動するよ
うに剪断変形させておく。この工程が第２工程である。

【０００５】第３工程では、第２脚部の３３モード素子
を伸長させて第２脚部を接地する一方で、第１脚部の３
３モード素子を縮ませて第１脚部の１５モード素子を接
地面から浮かせた状態とする。こうして第２脚部が接地
して可動体を支持した状態となる。次に、第４工程にお
いては、第２脚部の１５モード素子の剪断変形の方向を
逆転させることにより、前記第２工程と同様に可動体を
進行方向に１５モード素子の変形量ほど移動させ、その
間に第１脚部の１５モード素子をその接地面が進行方向
に移動するように剪断変形を起こさせる。

【０００６】この第４工程終了後に第１脚部を接地さ
せ、また、第２脚部については接地面から浮かせると、
第１工程後の状態と同じとなる。つまり、第４工程以降
に第１脚部と第２脚部について第１工程から第４工程を
繰り返すことにより、所定距離ほど可動体を移動させる
ことが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、１５モ
ード素子は分極方向と駆動電界の印加方向が直交するた
めに、駆動電界によって分極が消滅するおそれがある。
上述の送り装置では、このような特性を有する１５モー
ド素子を用いているために、１５モード素子に脱分極が
起こった際には再分極ができず、送り装置自体が使用不
能となる問題がある。

【０００８】また、１５モード素子の変形量を大きくす
ることで、前記第１工程から第４工程に至る１サイクル
間の進行距離を長くし、可動体のより高速での移動を行
うときには、より大きな電界を１５モード素子に印加す
る必要が生ずるが、この場合には１５モード素子の脱分
極を促進する問題がある。

【０００９】さらに、１５モード素子は、分極後に分極
に用いた電極を除去して新たに駆動用電極を設けなけれ
ばならない等、製造工程が複雑であり、変位量を大きく
取るために素子長を長くすると、より大きな駆動電圧を
印加する必要が生じて、送り装置の使用時の安全性が低
下する問題がある。

【００１０】さらにまた、１５モード素子を積層化する
ことで変位量を大きくすることも可能ではあるが、この
場合には単板形状の１５モード素子を樹脂で接着する必
要がある。この接着作業のハンドリング性を考慮する
と、１５モード素子１枚当たりの厚みを薄くするには限
界があり、また歩留まりも高いものとすることが困難で
あることから、結果的に送り装置は高コストとなる問題
がある。

【００１１】本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、１５モード素子を用いずに３３
モード素子のみを用い、より簡便で新規な構造を有する
送り装置およびこのような送り装置に用いられる送り機
構を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、
基台上に送り機構が配設され、前記送り機構に所定の荷
重が印加されるように可動体が当接してなる送り装置で
あって、前記送り機構は、伸縮方向が前記基台の上面と
第１の所定角度をなすように、前記基台との間に第１の
固定部材を介して配設される第１の圧電素子と、伸縮方
向が前記基台の上面と第２の所定角度をなし、かつ、前
記第１の圧電素子の伸縮方向と略同一面内において交差
するように、前記基台との間に第２の固定部材を介して
配設される第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子と前
記第２の圧電素子を連結し、前記可動体と当接する連結
部材と、を具備し、前記第１の圧電素子を伸長させ、か
つ、前記第２の圧電素子を縮ませて、前記連結部材が移
動する向きへ前記可動体を移動させる第１動作と、前記
可動体の位置を変化させずに、前記第１の圧電素子を短
縮させ、かつ、前記第２の圧電素子を伸長させる第２動
作と、を交互に所定回数行うことによって前記可動体が
移動することを特徴とする送り装置、が提供される。

【００１３】また、本発明によれば、送り機構が配設さ
れた可動体を基台上に配置してなる送り装置であって、
前記送り機構は、伸縮方向が前記可動体の下面と第１の
所定角度をなすように、前記可動体との間に第１の固定
部材を介して配設される第１圧電素子と、伸縮方向が前
記可動体の下面と第２の所定角度をなし、かつ、前記第
１の圧電素子の伸縮方向と略同一面内において交差する
ように、前記可動体との間に第２の固定部材を介して配
設される第２の圧電素子と、前記基台の上面に当接し、
前記第１の圧電素子の一方の伸縮方向端と前記第２の圧
電素子の一方の伸縮方向端とを連結する連結部材と、を
具備し、前記第１の圧電素子を伸長させ、かつ、前記第
２の圧電素子を縮ませて、前記連結部材が移動する向き
へ前記可動体を移動させる第１動作と、前記可動体の位
置を変化させずに前記第１の圧電素子を短縮させ、か
つ、前記第２の圧電素子を伸長させる第２動作と、を交
互に所定回数行うことによって前記可動体が移動するこ
とを特徴とする送り装置、が提供される。

【００１４】さらに、本発明によれば、このような送り
装置に用いられる送り機構、即ち、固定体と可動体との
間に配設され、前記可動体を所定の方向に移動させる送
り機構であって、前記送り機構は、伸縮方向が前記固定
体の上面と第１の所定角度をなすように、前記固定体ま
たは前記可動体との間に第１の固定部材を介して配設さ
れる第１の圧電素子と、伸縮方向が前記基台の上面と第
２の所定角度をなし、かつ、前記第１の圧電素子の伸縮
方向と略同一面内において交差するように、前記固定体
または前記可動体との間に第２の固定部材を介して配設
される第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子と前記第
２の圧電素子を連結し、前記可動体または前記固定体に
当接する連結部材と、を具備し、前記第１の圧電素子を
伸長させ、かつ、前記第２の圧電素子を縮ませて、前記
連結部材が移動する向きへ前記可動体を移動させる第１
動作と、前記可動体の位置を変化させずに、前記第１の
圧電素子を短縮させ、かつ、前記第２の圧電素子を伸長
させる第２動作と、を交互に所定回数行うことによって
前記可動体を移動させることを特徴とする送り機構、が
提供される。

【００１５】このような送り装置および送り機構におい
ては、圧電素子として積層型の３３モード素子が好適に
用いられる。３３モード素子は素子長を長くすることが
容易であり、低電圧で大変位量を得ることができる利点
がある。従って、この利点を活かして第１の圧電素子の
伸縮長つまり変位量を長く設定することで、１回の第１
動作による可動体の移動距離を長くすることが可能とな
る。また、第１の所定角度を小さくすることによって
も、１回の第１動作による可動体の移動距離を長く取る
ことが可能である。このように、１回の第１動作で可動
体の移動距離を長く取ることが容易であることから、従
来よりもより高速な送り装置が実現される。しかも、１
５モード素子を用いていないことから脱分極の心配がな
く、このため装置寿命が長く、送り機構の構造が簡単で
あるので製造コストも抑制される利点がある。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、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。図１は、本発明の送り
装置の一実施形態である１方向移動ステージ１０を示し
た平面図（ａ）、側面図（ｂ）、正面図（ｃ）である。
１方向移動ステージ１０に用いられている送り機構２０
ａ〜２０ｆは全て同じ構造のものを用いることができる
ことから、最初に送り機構２０ａ〜２０ｆについて、送
り機構２０ａを例に説明することとする。

【００１７】図１の側面図（ｂ）に示されるように、送
り機構２０ａは第１圧電素子１１、第２圧電素子１２、
第１圧電素子１１と第２圧電素子１２とを連結する連結
部材１３、第１圧電素子１１を基台１７の上面１７ａに
固定するための第１固定部材１４、第２圧電素子１２を
基台１７の上面１７ａに固定するための第２固定部材１
５から構成されている。連結部材１３の上面は、可動体
である平板状のステージ１６の下面に当接している。

【００１８】第１圧電素子１１と第２圧電素子１２は、
ともに３３モードの伸縮変位を生じさせる圧電素子であ
り、好適には低い駆動電圧で大きな変位を得ることがで
きる積層型圧電素子が好適に用いられる。積層型圧電素
子には、大きく分けて接着剤を用いて圧電板と金属板と
を交互に接着して構成された接着型素子と、圧電セラミ
ックス粉末のグリーンシートに電極を印刷したものを所
定数ほど積み重ねて一体化し、同時焼成して得られる一
体焼成型素子とがある。本発明においてはいずれを用い
ても構わないが、一般的に一体焼成型素子の方が低い駆
動電圧で大きな変位を得ることができるため、本発明に
おいて好適に用いられる。

【００１９】また、１方向移動ステージ１０の駆動原理
を考えると、第１圧電素子１１と第２圧電素子１２とし
て、圧電体単板からなる３３モード素子を用いることも
可能であるが、可動体（移動体）である平板状のステー
ジ１６の移動速度を速くするために大きな変位を得よう
とすると非常に大きな駆動電圧が必要となる等の問題が
生ずることから実用的とは言えない。なお、３３モード
の積層型圧電素子では、積層型圧電素子を構成する圧電
体の積層方向（長さ方向）が伸縮方向に一致することは
いうまでもない。

【００２０】第１圧電素子１１は、その伸縮方向が基台
１７の上面１７ａに対して第１の所定角度（以下、「配
設角度θ１」とする）をなすように傾斜して配設されて
いる。第１圧電素子１１は、通常、伸縮方向端面が平坦
な直方体等の形状を有することから、このような状態
は、基台１７の上面１７ａに対して配設角度θ１の傾斜
面を有する第１固定部材１４を用いることで実現され
る。なお、基台１７は、ステージ１６に対して常に固定
されている物体であれば制限がなく、例えば、定盤や土
台、テーブル等を挙げることができる。

【００２１】配設角度θ１は０°超９０°未満の任意の
角度とすることができるが、後述するように、配設角度
θ１が０°に近い場合には送り機構２０ａの１サイクル
の駆動によるステージ１６の移動距離は長くなるが、送
り機構２０ａ全体がステージ１６に押し潰され易くな
り、一方、配設角度θ１が９０°に近い場合には、送り
機構２０ａの１サイクルの駆動によるステージ１６の移
動距離は小さくなるが機械的強度には優れたものとな
る。このような特徴は、後述する第２圧電素子１２の配
設角度θ２についても同様である。

【００２２】第１固定部材１４の材質としては、第１圧
電素子１１の駆動と変形に耐える高い剛性、機械的強度
を有し、変形が起こり難いものを用いることが好まし
く、例えば、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等のエンジ
ニアリングセラミックスや各種鋼材を挙げることができ
る。また、基台１７と第１固定部材１４との間の接合、
および第１固定部材１４と第１圧電素子１１との接合
は、通常、樹脂接着剤を用いて行われるが、樹脂接着剤
としても第１圧電素子１１の変位を吸収しないような硬
質樹脂からなるものを用いることが好ましく、その接着
層の厚みは必要な接着強度が確保される範囲内で薄くす
ることが好ましい。なお、基台１７と第１固定部材１４
とは一体的に形成されていてもよい。

【００２３】第２圧電素子１２もまた第１圧電素子１１
と同様に、基台１７の上面１７ａに対して第２の所定角
度（以下、「配設角度θ２」とする）をなすように、基
台１７と第２圧電素子１２との間に第２固定部材１５を
介した状態で傾斜して固定され、第１圧電素子１１と第
２圧電素子１２とは連結部材１３により、それぞれ一方
の伸縮方向端が接合されている。第２固定部材１５は第
１固定部材１４と同様の性質を有するものが好適に用い
られ、第２圧電素子１２と第２固定部材１５との接合、
および第２固定部材１５と基台１７との接合は、第１圧
電素子１１を第１固定部材１４を介して基台１７に固定
したときと同様に行われる。

【００２４】連結部材１３はステージ１６と接してお
り、第１圧電素子１１と第２圧電素子１２を駆動したと
き（変位させたとき）にステージ１６との間に生ずる摩
擦力を利用して、ステージ１６を移動させる部材である
ことから、耐摩耗性に優れ、しかも、所定の摩擦力が生
じる表面性状を有していることが必要である。本発明に
おいては、例えば、アルミナ、ジルコニア等が好適に用
いられる。

【００２５】連結部材１３においてステージ１６と接す
る部分は、図１（ｂ）に示されるように、Ｚ−Ｘ断面の
形状が弧状であってＹ方向に延在する形状を取ることが
好ましい。但し、連結部材１３の上面を球面状に形成し
てステージ１６と点接触または微小面積での面接触とし
てもよい。

【００２６】なお、第２圧電素子１２の伸縮方向は第１
圧電素子１１の伸縮方向と略同一面内において所定角度
で交差するように配設することが好ましい。つまり、図
１（ａ）・（ｂ）に示されるＸ方向（一方の向きを正の
向きとして「＋Ｘ」で示し、他方の向きを負の向きとし
て「−Ｘ」で示すこととし、以下、Ｙ方向およびＺ方向
についても同様とする）、Ｙ方向、Ｚ方向という直交座
標系を定めた場合に、第１圧電素子１１の伸縮方向はＺ
−Ｘ面内において、Ｘ方向とは略θ１の角度をなす１方
向であるが、第２圧電素子１２の伸縮方向もまた同じＺ
−Ｘ面内にあって、所定角度（θ１＋θ２）で第１圧電
素子１１の伸縮方向と交わることが好ましい。

【００２７】換言すれば、Ｚ方向から見た場合には、第
１圧電素子１１の伸縮方向と第２圧電素子１２の伸縮方
向は、０°または１８０°で交差している、つまり重な
っている状態が最も理想的である。但し、Ｚ方向から見
た場合に、第１圧電素子１１の伸縮方向と第２圧電素子
１２の伸縮方向が完全に重なっていない場合であって
も、その交差角度が、例えば１０°以下と微小であれ
ば、送り機構２０ａの駆動性能上は問題とはならない。

【００２８】連結部材１３に当接するようにして、送り
機構２０ａ〜２０ｆ上に配設されているステージ１６
は、Ｘ方向に延在して設けられた図示しないガイドによ
ってＹ方向への移動が制限されており、送り機構２０ａ
〜２０ｆを駆動したときにＸ方向にのみ移動する構成と
なっている。また、ステージ１６は自重が送り機構２０
ａ〜２０ｆの連結部材１３に掛かるように配設されてＺ
方向位置が定められているので、ステージ１６のＺ方向
への移動を制限する部材は１方向移動ステージ１０には
設けられていない。

【００２９】なお、ステージ１６の自重は、ステージ１
６の下面と連結部材１３との間に所定の摩擦力が働くよ
うにする役割を担っていることから、ステージ１６が軽
い等の理由によりその自重を利用することが困難な場合
には、所定の圧力でステージ１６を送り機構２０ａ〜２
０ｆに押し付ける必要がある。その際には、ステージ１
６の移動に支障がないように、ステージ１６を押し付け
る機構とステージ１６との間にはベアリング等の減摩材
が配設された構造とすればよい。

【００３０】次に、図２を参照しながら送り機構２０ａ
の駆動形態について説明する。図２は送り機構２０ａの
駆動形態を示した説明図であり、第１圧電素子１１と第
２圧電素子１２は、ともに変位させていない状態におい
ては同等の長さを有し、それぞれの配設角度θ１・θ２
も同角度に設定されているものとする。

【００３１】図２（ａ）には第１圧電素子１１および第
２圧電素子１２を駆動していない状態が示されており、
この状態からステージ１６をＸ方向の正の向き（以下
「＋Ｘの向き」と記し、Ｙ方向についても同様とする）
へ移動させるものとする。図２（ａ）において連結部材
１３の頂点の位置、つまり、連結部材１３とステージ１
６との接点ＰはＸ座標の位置Ｘ１上にあり、接点Ｐにお
いては、連結部材１３が＋Ｘの向きに移動した際に、そ
の移動距離ほどステージ１６をともに移動させるために
十分な摩擦力が作用しているものとする。

【００３２】この図２（ａ）に示した状態から第１圧電
素子１１を伸長させ、同時に第２圧電素子１２を短縮さ
せるように、第１圧電素子１１と第２圧電素子１２を変
位させる。ここで、第１圧電素子１１の変位にのみ着目
し、第２圧電素子１２の変位を無視すると、図２（ｂ）
に示すように、第１圧電素子１１を伸長させたときに
は、連結部材１３とステージ１６との接点Ｐには第１圧
電素子１１が変位する向きに所定の力Ｆ１が加わる。こ
の力Ｆ１をＸ方向成分Ｆ１ｘとＺ方向成分Ｆ１ｚに分解
して考えると明らかなように、力Ｆ１は、Ｚ方向成分Ｆ
１ｚによってステージ１６を上方に持ち上げつつ、Ｘ方
向成分Ｆ１ｘによってステージ１６をＸ方向に送るよう
にステージ１６に作用する。

【００３３】しかし、ここで第１圧電素子１１を伸長さ
せると同時に、図２（ｂ）に示すようにＺ方向成分Ｆ１
ｚを打ち消すようなＺ方向成分Ｆ２ｚが発生するように
第２圧電素子１２を縮ませると、接点Ｐには結果的にＺ
方向の力は作用しないこととなり、ステージ１６はＺ方
向には変位しなくなる。

【００３４】その一方で、第２圧電素子１２を縮めるこ
とによる力Ｆ２のＸ方向成分Ｆ２ｘは、力Ｆ１のＸ方向
成分Ｆ１ｘと同じ＋Ｘの向きを向いていることから、図
２（ｃ）に示すように、第１圧電素子１１の変位量のＸ
方向成分長さと第２圧電素子１２の変位量のＸ方向成分
長さとの合計変位量であるΔＸほど＋Ｘの向きに連結部
材１３が移動する際に、ステージ１６は連結部材１３と
ともにΔＸほど＋Ｘの向きに移動することとなる。な
お、図２（ｃ）に示すように、連結部材１３とステージ
１６との接点Ｐが位置Ｘ１から＋Ｘの向きにΔＸほど移
動したときの接点ＰのＸ座標の位置を位置Ｘ２とする。

【００３５】ところで、第１圧電素子１１を伸長させた
後に第２圧電素子１２を縮めることによっても、ステー
ジ１６をＸ方向に移動させることが可能であるが、この
場合には、ステージ１６の移動はＺ方向における一時的
な上下運動を伴うものとなる。また、このような方法で
は、第１圧電素子１１を伸長させたときに第２圧電素子
１２を短縮させないことから、第１圧電素子１１を伸長
に伴って第２圧電素子１２に機械的負荷（応力）が掛か
ることとなる。しかし、この応力により第２圧電素子１
２が破壊に至らなければ、何ら問題とはならない。

【００３６】さて、所定長さほど第１圧電素子１１が伸
長した状態で、第２圧電素子１２をさらに短縮させる
と、接点Ｐにおける摩擦力が減少し、極端な場合には図
２（ｄ）に示すように連結部材１３はステージ１６から
離隔する。但し、連結部材１３がステージ１６から離隔
する場合には、ステージ１６は別の保持手段によってＺ
方向の位置が制御されている必要がある。

【００３７】こうして、接点Ｐにおける摩擦力が減少し
て、そのときの摩擦力では連結部材１３をＸ方向の負の
向き（−Ｘの向き）へ移動させても、連結部材１３とス
テージ１６との間が滑ってステージ１６が移動できない
状態か、または連結部材１３がステージ１６と離隔した
状態において、図２（ｅ）に示すように、第１圧電素子
１１を縮めるとともに第２圧電素子１２を伸長させる。
こうして、ステージ１６を−Ｘの向きに移動させること
なく、連結部材１３をＸ座標の位置Ｘ３へ移動させるこ
とができる。この位置Ｘ３は、例えば、位置Ｘ１から距
離ΔＸほど−Ｘの向きにある位置とすることができる。

【００３８】なお、図２（ｄ）の状態から図２（ｅ）の
状態に移動する上記動作の途中で、図２（ａ）に示した
状態に戻すことが可能である。つまり、図２（ｅ’）に
示すように、連結部材１３がＸ座標の位置Ｘ１上に到達
した時点で、第１圧電素子１１と第２圧電素子１２の駆
動電圧をオフの状態とすると、その後に連結部材１３は
Ｚ方向に上昇するように移動して、図２（ａ）に示した
状態となる。従って、前述した図２（ａ）から図２
（ｅ’）に至る送り機構２０ａの駆動形態を反復して行
うことで、所定距離ほどステージ１６を＋Ｘの向きに移
動させることが可能となり、また、送り機構２０ａの駆
動を停止してステージ１６を停止させることも可能とな
る。

【００３９】さて、図２（ｆ）に示すように、連結部材
１３をＸ座標の位置Ｘ３に移動させた後に、連結部材１
３とステージ１６との間に再びステージ１６を移動させ
ることが可能な摩擦力が働くように、第１圧電素子１１
を伸長させる（矢印ｆ１）とともに第２圧電素子１２を
縮ませる（矢印ｆ２）と、図２（ｇ）に示すように、送
り機構２０ａの状態は先に図２（ｃ）に示した状態と同
じ状態となり、また、ステージ１６を図２（ｅ）に示し
た状態からさらに２ΔＸほど＋Ｘの向きに移動させた状
態とすることができる。

【００４０】従って、図２（ｇ）の状態よりもさらにス
テージ１６を＋Ｘの向きに移動させたい場合には、送り
機構２０ａについて図２（ｃ）から図２（ｄ）を経て図
２（ｅ）に示した状態へ移行したときの動作を繰り返せ
ばよく、所定距離の移動が終了した時点で、図２
（ｅ’）の状態として、送り機構２０ａの動作を停止さ
せればよい。なお、上述した送り機構２０ａの駆動形態
において、第１圧電素子１１と第２圧電素子１２の動作
を逆とすれば、ステージ１６を−Ｘの向きへ移動させる
ことができることはいうまでもない。

【００４１】上述した送り機構２０ａの駆動形態を考慮
すると、送り機構２０ａを第１圧電素子１１を伸長させ
たときに変位量のＸ方向成分が大きくなるような構造と
すると、第１圧電素子１１の伸長させて第２圧電素子１
２を縮ませ、続いて第１圧電素子１１を縮ませて第２圧
電素子１２を伸長させるという送り機構２０ａの１サイ
クルの駆動におけるステージ１６の移動量が大きくな
り、より高速な移動が可能となる。

【００４２】ステージ１６の高速移動を可能とする具体
的方法としては、第１圧電素子１１として変位量の大き
い積層型圧電素子を用いる方法、または第１圧電素子１
１の配設角度θ１を小さく取る方法が挙げられる。積層
型圧電素子の変位量を大きくするには、駆動電圧を大き
くするか、または、積層型圧電素子における圧電体の積
層数を増加させたものを用いればよい。また、配設角度
θ１は、第１固定部材１４において第１圧電素子１１と
接着される斜面の角度を変化させることで任意の角度に
調節することが可能である。

【００４３】しかしながら、第１圧電素子１１および第
２圧電素子１２には、常に連結部材１３を介してステー
ジ１６からの荷重が曲げ応力として掛かっている。この
ような状態を考慮すると、第１圧電素子１１および／ま
たは第２圧電素子１２の素子長は、第１圧電素子１１お
よび／または第２圧電素子１２の機械的強度、特に曲げ
強度を考慮して決定されるべきである。

【００４４】また、配設角度θ１および／または配設角
度θ２を小さくした場合には、配設角度θ１および／ま
たは配設角度θ２が大きい場合よりも、より大きな曲げ
応力が第１圧電素子１１および／または第２圧電素子１
２に掛かるようになるため、第１圧電素子１１および／
または第２圧電素子１２が破壊し易くなって送り機構２
０ａ全体がステージ１６に押し潰され易くなると考えら
れる。従って、配設角度θ１および／または配設角度θ
２は、適宜、ステージ１６の荷重やステージ１６上に載
置される物体等の重量を考慮して、適切な角度に設定す
ることが好ましい。

【００４５】逆に言えば、一般的に積層型圧電素子にお
いては積層方向に垂直な断面の断面積が一定の場合には
素子長が長い場合に曲げ強度が小さくなることから、第
１圧電素子１１および／または第２圧電素子１２の素子
長が短く、また、配設角度θ１およびまたは配設角度θ
２が９０°に近い場合には、送り機構２０ａは、１サイ
クルの駆動におけるステージ１６の移動距離は短いもの
となるが、機械的強度に優れ、使用寿命の長いものとな
る。

【００４６】なお、上記説明では、送り機構２０ａに用
いる第１圧電素子１１と第２圧電素子１２の素子長を同
等として、かつ、非駆動時の配設角度θ１・θ２を同等
としたが、第１圧電素子１１と第２圧電素子１２の配設
形態は、このような形態に限定されるものではない。例
えば、第２圧電素子１２として素子長および変位量が第
１圧電素子１１よりも短いものを用いることができ、こ
の場合には、一般的に配設角度θ２は配設角度θ１より
も大きくなるように配設される。

【００４７】次に、１方向移動ステージ１０の駆動方法
について、上述した送り機構２０ａの駆動形態を用い
て、図１（ａ）においてステージ１６を＋Ｘの向きへ移
動させる場合を例に説明する。例えば、先ず、６個の送
り機構２０ａ〜２０ｆを、送り機構２０ａ・２０ｃ・２
０ｅの第１グループと送り機構２０ｂ・２０ｄ・２０ｆ
の第２グループに分ける。送り機構２０ａ・２０ｃ・２
０ｅはＸ−Ｙ面上において三角形を形成する頂点の位置
に配設されていることから、送り機構２０ａ・２０ｃ・
２０ｅはステージ１６を３点で保持してステージ１６の
高さ位置を定めることができる。このことは送り機構２
０ｂ・２０ｄ・２０ｆについても同様である。

【００４８】第１グループの送り機構２０ａ・２０ｃ・
２０ｅについて、同期して第１圧電素子１１を伸長させ
るとともに第２圧電素子１２を短縮させ、所定距離ほど
ステージ１６を移動させる。このときにステージ１６が
第２グループの送り機構２０ｂ・２０ｄ・２０ｆ上を容
易に滑ることができるように、送り機構２０ｂ・２０ｄ
・２０ｆにおける第１圧電素子１１と第２圧電素子１２
の素子長を制御することによって、送り機構２０ｂ・２
０ｄ・２０ｆの連結部材１３の高さを調整することが好
ましい。こうして、第１グループの送り機構２０ａ・２
０ｃ・２０ｅによるステージ１６の移動が行われている
際には、駆動している送り機構２０ａ・２０ｃ・２０ｅ
によってステージ１６が保持されている状態とする。

【００４９】次に、第１グループの送り機構２０ａ・２
０ｃ・２０ｅについて、連結部材１３をステージ１６の
下面から離隔するか、または連結部材１３とステージ１
６の下面との摩擦が小さくなるようにして連結部材１３
をステージ１６の移動方向と反対の方向に移動させる
が、このとき、第２グループの送り機構２０ｂ・２０ｄ
・２０ｆによってステージ１６を移動させるように、送
り機構２０ｂ・２０ｄ・２０ｆの第１圧電素子１１を伸
長させつつ第２圧電素子１２を短縮すれば、ステージ１
６を第２グループの送り機構２０ｂ・２０ｄ・２０ｆで
保持しつつ、＋Ｘの向きへ移動させることが可能とな
る。

【００５０】即ち、第１グループの送り機構２０ａ・２
０ｃ・２０ｅによるステージ１６の移動と、第２グルー
プの送り機構２０ｂ・２０ｄ・２０ｆによるステージ１
６の移動とを連続的に交互に行うことにより、ステージ
１６を常に一定の高さに保持しながら、＋Ｘの向きに所
定距離ほど移動させることができる。

【００５１】なお、第１グループまたは第２グループの
いずれか一方、例えば、送り機構２０ｂ・２０ｄ・２０
ｆの配設位置には、送り機構ではなくステージ１６を支
持するだけの柱状治具を配設することも可能である。但
し、この場合はステージ１６の移動速度は、２つのグル
ープの送り機構２０ａ〜２０ｆを用いた場合よりも遅い
ものとなる。

【００５２】また、図１に示した１方向移動ステージ１
０では、Ｘ方向の移動距離はステージ１６が送り機構２
０ａ〜２０ｆに当接している範囲に限定されることとな
る。そこで、例えば、図３の平面図に示すように、Ｙ方
向に直線的に配設された３個の送り機構２０（送り機構
２０ａ〜２０ｆと同じ）を１列として複数列（第１列か
ら第ｎ列）をＸ方向に配設し、ステージ１６をＸ方向に
移動させた際に、常にステージ１６が少なくとも２列の
送り機構２０に接するように、ステージ１６のＸ方向長
さと送り機構２０の列間距離を調整しておく。

【００５３】すると、逐次、ステージ１６に接すること
となる２列６個の送り機構２０について、先に図１
（ａ）を参照しながら説明したように、三角形の頂点を
形成する３個ずつのグループに分けることが可能となる
ので、一方のグループの送り機構２０によるステージ１
６の移動の後に、他方のグループの送り機構２０による
ステージ１６の移動を行うようにすることで、常にステ
ージ１６を所定の高さに保持しつつステージ１６のＸ方
向の移動距離を任意に設定することが可能となる。

【００５４】ここで、送り機構２０の連結部材１３の上
面は、前述したように曲面状に形成されていることか
ら、ステージ１６が移動方向の前方に位置する送り機構
２０へ乗り上げることは容易であり、また、その際に第
１圧電素子１１および第２圧電素子１２を縮ませて連結
部材１３の高さを低く設定しておけば、より容易にステ
ージ１６の送り機構２０への乗り上げが容易となる。

【００５５】次に、本発明の送り装置の別の実施の形態
について説明する。図４の平面図（ａ）、側面図
（ｂ）、正面図（ｃ）に示した移動ステージ３０は１方
向移動ステージ１０を自走式ステージに変形したもので
あり、ステージ１６に送り機構２０ａ〜２０ｆが固定さ
れた形態を有している。

【００５６】即ち、移動ステージ３０は、ステージ１６
の下面と所定の配設角度θ１をなすように第１圧電素子
１１が第１固定部材１４を介してステージ１６の下面に
固定され、第２圧電素子１２が第２固定部材１５を介し
てステージ１６の下面と所定の配設角度θ２をなすよう
に固定され、さらに、第１圧電素子１１と第２圧電素子
１２は連結部材１３により連結されており、連結部材１
３の先端が基台１７の上面１７ａに接した構造となって
いる。なお、移動ステージ３０における第１圧電素子１
１の配設角度θ１は、第１圧電素子１１が基台１７の上
面１７ａとなす角度でもある。

【００５７】送り機構２０ａ〜２０ｆの駆動方法は、先
に１方向移動ステージ１０について説明した方法と同じ
である。つまり、３個の送り機構２０ａ・２０ｃ・２０
ｅからなる第１グループと３個の送り機構２０ｂ・２０
ｄ・２０ｆからなる第２グループに分けることで、第１
グループの送り機構２０ａ・２０ｃ・２０ｅと第２グル
ープの送り機構２０ｂ・２０ｄ・２０ｆが交互に基台１
７の上面１７ａに接しながら、ステージ１６および送り
機構２０ａ〜２０ｆが一体的にＸ方向に移動するように
駆動される。

【００５８】図５の平面図（ａ）、側面図（ｂ）には、
本発明の送り装置のさらに別の実施の形態である移動ス
テージ４０を示す。移動ステージ４０は、１２個の送り
機構２０ａ〜２０ｌを格子状に配設した形態を有してお
り、送り機構２０ａ〜２０ｌは前述した１方向移動ステ
ージ１０と同様に基台１７の上面１７ａに固定されてい
る。なお、送り機構２０ｇ〜２０ｌは当然に送り機構２
０ａと同様の構造を有する。

【００５９】移動ステージ４０では、連結部材１３の移
動方向がＸ方向である３個の送り機構２０ａ・２０ｇ・
２０ｋからなる第１グループと、同じく連結部材１３の
移動方向がＸ方向である３個の送り機構２０ｂ・２０ｆ
・２０ｌからなる第２グループとを用いて、前述した１
方向移動ステージ１０の駆動方法を適用することによ
り、ステージ４１をＸ方向にその向きを問わずに任意に
移動させることが可能である。

【００６０】また、連結部材１３の移動方向がＹ方向で
ある３個の送り機構２０ｃ・２０ｉ・２０ｅからなる第
３グループと、同じく連結部材１３の移動方向がＹ方向
である３個の送り機構２０ｈ・２０ｄ・２０ｊからなる
第４グループとを用いて、前述した１方向移動ステージ
１０の駆動方法を適用することにより、ステージ４１を
Ｙ方向へ移動させることが可能である。

【００６１】さらに、移動ステージ４０において、例え
ば、送り機構２０ａ・２０ｂをステージ４１が＋Ｘの向
きに移動するように駆動すると同時に、送り機構２０ｋ
・２０ｌをステージ４１が−Ｘの向きに移動するように
駆動すると、ステージ４１には、送り機構２０ａ・２０
ｂ・２０ｋ・２０ｌの配設位置の中心である点Ｏを中心
として、矢印Ｓで示されるような時計回りの回転運動が
生ずる。同様に、送り機構２０ｅ・２０ｊをステージ４
１が−Ｙの向きに、送り機構２０ｃ・２０ｈをステージ
４１が＋Ｙの向きにそれぞれ移動するように駆動するこ
とによっても、ステージ４１は点Ｏを中心として時計回
りの回転運動が生ずることとなる。

【００６２】このように、移動ステージ４０において
は、ステージ４１をＸ方向またはＹ方向に移動すること
ができるのみならず、時計回りまたは反時計回りに回転
させることができる。

【００６３】より具体的には、第５グループを送り機構
２０ａ・２０ｂ・２０ｋ・２０ｌから構成し、第６グル
ープを送り機構２０ｃ・２０ｈ・２０ｅ・２０ｊから構
成して、先ず、第５グループの送り機構２０ａ・２０ｂ
をステージ４１が＋Ｘの向きに移動するように駆動する
と同時に、送り機構２０ｋ・２０ｌをステージ４１が−
Ｘの向きに移動するようにして、ステージ４１を送り機
構２０ａ・２０ｂ・２０ｋ・２０ｌの４点で支持しなが
ら、図５に示す矢印Ｓの向きに時計回りに回転駆動す
る。

【００６４】次に、第５グループの送り機構２０ａ・２
０ｂ・２０ｋ・２０ｌにおける連結部材１３の高さ位置
を下げる際には、ステージ４１の高さが変化しないよう
に、第６グループの送り機構２０ｃ・２０ｈ・２０ｅ・
２０ｊによりステージ４１が４点支持される状態に移行
しながら、送り機構２０ｃ・２０ｈについてはステージ
４１が＋Ｙの向きへ移動するように、また送り機構２０
ｅ・２０ｊはステージ４１が−Ｙの向きへ移動するよう
にそれぞれ駆動し、以下、このような動作を繰り返し行
うことで、所定角度ほどステージ４１を矢印Ｓの向きに
回転することができる。

【００６５】なお、第５グループを送り機構２０ａ・２
０ｅ・２０ｈ・２０ｌから構成し、第６グループを送り
機構２０ｂ・２０ｃ・２０ｊ・２０ｋから構成してもよ
い。この場合、ステージ４１を矢印Ｓとは反対の向きで
ある反時計回りに回転させる場合には、送り機構２０ａ
を−Ｘの向きへ、送り機構２０ｌを＋Ｘの向きへ、送り
機構２０ｅを＋Ｙの向きへ、送り機構２０ｈを−Ｙの向
きへそれぞれ駆動する動作と、送り機構２０ｂを−Ｘの
向きへ、送り機構２０ｋを＋Ｘの向きへ、送り機構２０
ｊを＋Ｙの向きへ、送り機構２０ｃを−Ｙの向きへそれ
ぞれ駆動する動作とを交互に行えばよい。

【００６６】なお、ステージ４１をＸ方向へ移動させる
際には、Ｙ方向の駆動に用いる第３・第４グループの送
り機構２０ｃ〜２０ｅ・２０ｈ〜２０ｊについては連結
部材１３の高さ位置を下げてステージ４１の移動に支障
が生じないようにすることが好ましく、同様に、ステー
ジ４１をＹ方向へ移動させる際には、Ｘ方向の駆動に用
いる第１・第２グループの送り機構２０ａ・２０ｂ・２
０ｆ・２０ｇ・２０ｋ・２０ｌについて連結部材１３の
高さ位置を下げて、ステージ４１の移動に支障が生じな
いようにすることが好ましい。さらに、ステージ４１を
Ｘ−Ｙ面内で回転させる場合には、使用しない送り機構
２０ｄ・２０ｆ・２０ｇ・２０ｉについては連結部材１
３の高さ位置を常に下げた状態とし、ステージ４１の移
動が円滑に行えるようにすることが好ましい。

【００６７】以上、本発明の送り装置について種々の実
施の形態を示しながら説明してきたが、本発明は上記実
施の形態に限定されるものではない。例えば、１方向移
動ステージ１０においては６個の送り機構２０ａ〜２０
ｆを必ずしも必要とするものではなく、ステージ１６を
Ｘ方向に導くガイドがあれば、Ｘ方向に並べられた少な
くとも２個の送り機構、例えば、送り機構２０ａ・２０
ｄを交互に駆動することで、ステージ１６のＸ方向に移
動させることが可能となり、さらに、このようなガイド
がステージ１６の高さを保持する機能を有する場合に
は、１個の送り機構２０ａのみでもステージ１６をＸ方
向に移動させることができる。

【００６８】また、１方向移動ステージ１０について用
いられる送り機構２０ａ〜２０ｆの固定の形態を変化さ
せることによって自走式の移動ステージ３０とすること
ができたように、移動ステージ４０についても、送り機
構２０ａ〜２０ｌをそれぞれの第１固定部材１４と第２
固定部材１５をステージ４１側に固定した構造とするこ
とによって自走式ステージとすることが可能である。

【００６９】さらに、移動ステージ４０におけるＸ−Ｙ
面内でのステージ４１の回転駆動の形態から明らかなよ
うに、１方向移動ステージ１０や移動ステージ３０にお
いても、ステージ１６のＹ方向への移動を制限するガイ
ドが設けられていない場合には、ステージ１６の回転駆
動が可能であることは明らかである。例えば、送り機構
２０ａをステージ１６を＋Ｘの向きへ移動するように駆
動し、一方、送り機構２０ｆをステージ１６が−Ｘの向
きへ移動するように駆動することで、ステージ１６に回
転運動を生じさせることができる。

【００７０】なお、上記実施の形態では、可動体として
ステージ１６・４１を示し、ステージ１６・４１を移動
させる送り装置について説明したが、可動体はこのよう
なステージに限定されるものではなく、箱体やレール等
であってもよい。

【００７１】

【発明の効果】上述の通り、本発明の送り装置および送
り機構は、送り機構に３３モード素子のみが用いられ１
５モード素子を用いていないことから、圧電素子が脱分
極により使用不能となることがなく、長寿命で信頼性に
優れる送り装置が実現されるという顕著な効果を奏す
る。また、送り機構は、製造が容易で製造コストが安い
３３モード素子のみを用い、しかも簡単な構造を有する
ので、送り装置自体も安価に製造することが可能であ
り、しかも駆動制御が容易であるという利点を有する。
さらに、送り機構に用いる圧電素子の伸縮長や配設角度
を調節することで、可動体の移動速度を任意に制御する
ことが可能である特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の送り装置の一実施形態である１方向移
動ステージを示す平面図、側面図および正面図。

【図２】図１記載の１方向移動ステージに用いられる送
り機構の駆動形態を示す説明図。

【図３】本発明の送り装置の一実施形態である１方向移
動ステージにおける送り機構の配設形態の例を示す説明
図。

【図４】本発明の送り装置の別の実施形態である移動ス
テージを示す平面図および側面図。

【図５】本発明の送り装置のさらに別の実施形態である
移動ステージを示す平面図および側面図。

【符号の説明】

１０；１方向移動ステージ １１；第１圧電素子 １２；第２圧電素子 １３；連結部材 １４；第１固定部材 １５；第２固定部材 １６；ステージ １７；基台 ２０ａ〜２０ｌ；送り機構 ３０；移動ステージ ４０；移動ステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邉 雅幸 千葉県佐倉市大作二丁目４番２号 太平洋 セメント株式会社内 (72)発明者 福永 了一 千葉県佐倉市大作二丁目４番２号 太平洋 セメント株式会社内 (72)発明者 関 順子 千葉県佐倉市大作二丁目４番２号 太平洋 セメント株式会社内 Ｆターム(参考） 5H680 AA04 AA08 BB01 BB07 BB13 BB16 BB20 BC10 CC02 DD01 DD23 DD27 DD37 DD53 DD55 DD59 DD72 DD95 EE10 FF08 GG20 GG25

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台上に送り機構が配設され、前記送り
   機構に所定の荷重が印加されるように可動体が当接して
   なる送り装置であって、 前記送り機構は、 伸縮方向が前記基台の上面と第１の所定角度をなすよう
   に、前記基台との間に第１の固定部材を介して配設され
   る第１の圧電素子と、 伸縮方向が前記基台の上面と第２の所定角度をなし、か
   つ、前記第１の圧電素子の伸縮方向と略同一面内におい
   て交差するように、前記基台との間に第２の固定部材を
   介して配設される第２の圧電素子と、 前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子を連結し、前
   記可動体と当接する連結部材と、 を具備し、 前記第１の圧電素子を伸長させ、かつ、前記第２の圧電
   素子を縮ませて、前記連結部材が移動する向きへ前記可
   動体を移動させる第１動作と、 前記可動体の位置を変化させずに、前記第１の圧電素子
   を短縮させ、かつ、前記第２の圧電素子を伸長させる第
   ２動作と、 を交互に所定回数行うことによって前記可動体が移動す
   ることを特徴とする送り装置。
2. 【請求項２】 送り機構が配設された可動体を基台上に
   配置してなる送り装置であって、 前記送り機構は、 伸縮方向が前記可動体の下面と第１の所定角度をなすよ
   うに、前記可動体との間に第１の固定部材を介して配設
   される第１圧電素子と、 伸縮方向が前記可動体の下面と第２の所定角度をなし、
   かつ、前記第１の圧電素子の伸縮方向と略同一面内にお
   いて交差するように、前記可動体との間に第２の固定部
   材を介して配設される第２の圧電素子と、 前記基台の上面に当接し、前記第１の圧電素子の一方の
   伸縮方向端と前記第２の圧電素子の一方の伸縮方向端と
   を連結する連結部材と、 を具備し、 前記第１の圧電素子を伸長させ、かつ、前記第２の圧電
   素子を縮ませて、前記連結部材が移動する向きへ前記可
   動体を移動させる第１動作と、 前記可動体の位置を変化させずに前記第１の圧電素子を
   短縮させ、かつ、前記第２の圧電素子を伸長させる第２
   動作と、 を交互に所定回数行うことによって前記可動体が移動す
   ることを特徴とする送り装置。
3. 【請求項３】 前記第１の圧電素子の伸縮長を長くする
   ことにより、前記第１動作における前記可動体の移動距
   離を長くすることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の送り装置。
4. 【請求項４】 前記第１の所定角度を小さくすることに
   より、１回の前記第１動作による前記可動体の移動距離
   を長くしたことを特徴とする請求項１から請求項３のい
   ずれか１項に記載の送り装置。
5. 【請求項５】 固定体と可動体との間に配設され、前記
   可動体を所定の方向に移動させる送り機構であって、 前記送り機構は、 伸縮方向が前記固定体の上面と第１の所定角度をなすよ
   うに、前記固定体または前記可動体との間に第１の固定
   部材を介して配設される第１の圧電素子と、 伸縮方向が前記基台の上面と第２の所定角度をなし、か
   つ、前記第１の圧電素子の伸縮方向と略同一面内におい
   て交差するように、前記固定体または前記可動体との間
   に第２の固定部材を介して配設される第２の圧電素子
   と、 前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子を連結し、前
   記可動体または前記固定体に当接する連結部材と、 を具備し、 前記第１の圧電素子を伸長させ、かつ、前記第２の圧電
   素子を縮ませて、前記連結部材が移動する向きへ前記可
   動体を移動させる第１動作と、 前記可動体の位置を変化させずに、前記第１の圧電素子
   を短縮させ、かつ、前記第２の圧電素子を伸長させる第
   ２動作と、 を交互に所定回数行うことによって前記可動体を移動さ
   せることを特徴とする送り機構。