JP2002247868A

JP2002247868A - 電気機械変換素子を使用した駆動装置

Info

Publication number: JP2002247868A
Application number: JP2001046706A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Nakano; 治行中野; Satoshi Araya; 聡新家
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2002-08-30

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単に駆動速度の制御ができ、装置の使用者
に不快感を与える可聴周波数のノイズの発生がない、駆
動効率のよい電気機械変換素子を使用した駆動装置を提
供する。【解決手段】電気機械変換素子を使用した駆動装置に
は可聴周波数以上（２０ｋＨｚ以上）の基準周波数の駆
動パルスが供給される。駆動パルス供給期間ＰＤと、駆
動パルスの出力停止期間ＰＲとの比率を選択すること
で、被駆動部材の駆動速度を希望の速度に設定すること
ができる。駆動パルスが供給されている間は被駆動部材
は移動し、駆動パルスの出力停止期間ＰＤでは被駆動部
材は移動しない。被駆動部材の駆動速度は、被駆動部材
の移動距離を被駆動部材の移動期間と停止期間との合計
時間で除算した平均値となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電気機械変換素
子を使用した駆動装置に関し、特にカメラなどの光学装
置における光学要素の駆動や精密ステージ等の駆動に適
した小型軽量な電気機械変換素子を使用したインパクト
型の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から電気機械変換素子、例えば圧電
変換素子を使用した駆動装置は多数提案されていたが、
圧電変換素子に伸びと縮みの速度が異なる伸縮変位を発
生させて移動体を移動させるインパクト型の駆動装置で
は、圧電変換素子に印加する駆動電圧として鋸歯状波駆
動パルスが使用されてきた。

【０００３】例えば、図９は上記した構成の駆動装置
で、圧電変換素子固定型と呼ばれる構成の駆動装置の駆
動原理を説明する図である。

【０００４】固定部材１０１に圧電変換素子１０２の一
方の端部が接着固定され、圧電変換素子１０２の他方の
端部には駆動軸１０３が接着固定されている。そして、
駆動軸１０３に移動体１０４を適当な摩擦結合力で摩擦
結合させてある。

【０００５】次に、その動作を説明する。まず、駆動装
置は図９の（ａ）に示す初期状態にあるものとする。圧
電変換素子１０２に図１１に示すような鋸歯状波パルス
を印加すると、鋸歯状波駆動パルスの緩やかな立上り部
では、図９の（ｂ）に示すように、圧電変換素子１０２
に矢印ａ方向の緩やかな伸び変位が発生し、圧電変換素
子１０２に接着固定された駆動軸１０３も矢印ａ方向に
緩やかに移動する。駆動軸１０３に摩擦結合した移動体
１０４は、駆動軸１０３との間の摩擦結合力により駆動
軸１０３と共に移動する。

【０００６】鋸歯状波駆動パルスの急速な立下り部で
は、図９の（ｃ）に示すように、圧電変換素子１０２に
矢印ａと反対方向の急速な縮み変位が発生し、駆動軸１
０３も矢印ａと反対方向に急速に移動する。このとき、
移動体１０４は、その慣性力が駆動軸１０３との間の摩
擦結合力に打ち勝つてその位置に留まり移動しない。

【０００７】圧電変換素子１０２に鋸歯状波駆動パルス
を印加し続けて連続的に速度の異なる伸縮変位を発生さ
せることで、移動体１０４を矢印ａ方向に移動させるこ
とができる。

【０００８】また、図１０も上記した圧電変換素子に伸
びと縮みの速度が異なる伸縮変位を発生させて移動体を
移動させる構成の駆動装置で、自走型と呼ばれる構成の
駆動装置の駆動原理を説明する図である。

【０００９】移動体２０１に圧電変換素子２０２の一方
の端部が接着固定され、圧電変換素子２０２の他方の端
部には駆動摩擦部材２０３が接着固定されている。そし
て、駆動摩擦部材２０３は固定部材（台板）２０４に適
当な摩擦結合力で摩擦結合させてある。移動体２０１は
固定部材上を容易に移動できるように、固定部材に対向
する面にローラ２０５が設けられている。

【００１０】次に、その動作を説明する。まず、駆動装
置は図１０の（ａ）に示す初期状態にあるものとする。
圧電変換素子２０２に、図１１に示すような鋸歯状波駆
動パルスを印加すると、鋸歯状波駆動パルスの緩やかな
立上り部では、図１０の（ｂ）に示すように、圧電変換
素子２０２に緩やかな伸び変位が発生するが、駆動摩擦
部材２０３は固定部材（台板）２０４との摩擦結合力に
より摩擦結合して移動しないので、移動体２０１は固定
部材上を矢印ａ方向に移動する。

【００１１】鋸歯状波駆動パルスの急速な立下り部で
は、図１０の（ｃ）に示すように、圧電変換素子２０２
に急速な縮み変位が発生するが、移動体２０１はその慣
性力により移動せず、一方、駆動摩擦部材２０３は固定
部材（台板）２０４との摩擦結合力が慣性力より小さい
ため、移動体２０１側に引き寄せられる。

【００１２】圧電変換素子２０２に鋸歯状波駆動パルス
を印加し続けて連続的に速度の異なる伸縮変位を発生さ
せることで、移動体２０１及び駆動摩擦部材２０３を矢
印ａ方向に移動させることができる。

【００１３】このような構成の電気機械変換素子を使用
した駆動装置において、駆動速度の制御は鋸歯状波駆動
パルスの電圧を調整して行つていたが、例えば、図１２
に示すように、鋸歯状波駆動パルスのピーク電圧を順次
高め、或いは下げるなどして変化させる方法がある。

【００１４】また、矩形波駆動パルスを使用する場合
は、電気機械変換素子への印加電圧を一定にし、電気機
械変換素子への充放電電流を、緩やかな充電電流と急速
な放電電流になるように制御することで、或いはこれと
逆に、急速な充電電流と緩やかな放電電流になるように
制御することで、電気機械変換素子に緩やかな伸び（縮
み）変位と急速な縮み（伸び）変位を発生させることが
できる。

【００１５】この場合、駆動速度の制御を行うために、
図１３に示すように、電気機械変換素子へ印加する矩形
波駆動パルスのピーク電圧をＶ1 、Ｖ2 、Ｖ3 など段階
的に切換調整する方法などがある。

【００１６】しかしながら、駆動パルスのピーク電圧が
或る電圧以下になると、駆動速度の制御ができない不感
帯Ｑが発生する。図１４は、駆動速度Ｖと駆動電圧Ｅの
関係を説明する図で、駆動電圧Ｅと駆動速度Ｖとの関係
を示す線Ｐから明らかなように、駆動電圧Ｓ以下では不
感帯Ｑのために駆動速度の制御ができないことを示して
いる。

【００１７】そこで、従来は、駆動速度を低下させるた
めに、駆動パルスを間引き、単位時間に供給する駆動パ
ルスの数を減少させて駆動していた。

【００１８】図１５は、駆動速度Ｖと駆動電圧Ｅとの関
係、及び駆動速度Ｖと駆動パルスの間引き量Ｔの関係を
説明する図で、線Ｐは駆動速度が比較的高速の場合に駆
動パルスの電圧の調整により駆動速度を制御できる範囲
を示しており、線Ｑは駆動電圧Ｓ以下の不感帯付近以下
の低速度において、駆動パルスの間引きにより駆動速度
を制御する範囲を示すことを示している。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】駆動パルス発生回路
は、動作状態においては微小な振動音が発生してカメラ
など電気機械変換素子を使用した駆動装置が組み込まれ
た装置の使用者に不快感を与えるので、駆動パルスの周
波数（以下、基準周波数という）を可聴周波数以上に設
定し、駆動パルス発生回路から発生するノイズを人間の
耳に聞こえないようにしている。

【００２０】しかし、駆動パルスを間引く場合は、駆動
パルスを間引くことにより駆動パルスの周波数が可聴周
波数の範囲になつてしまうという不都合がある。

【００２１】また、駆動パルスの電圧を調整する場合
は、駆動パルス発生回路を構成する充放電回路の充電時
間の調整では駆動パルス電圧の調整ができず、充放電回
路の充電電圧を調整する必要があり、複雑な回路構成の
駆動パルス発生回路を必要とする等の不都合があつた。
この発明は上記課題を解決することを目的とするもので
ある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するもので、請求項１の発明は、電気機械変換素子
と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材
と、前記駆動部材に摩擦結合された移動部材と、前記電
気機械変換素子に駆動パルスを印加する駆動回路とから
構成され、前記電気機械変換素子に伸びと縮みの速度が
異なる伸縮変位を発生させることで前記駆動部材とこれ
に摩擦結合した移動部材とを相対移動させる電気機械変
換素子を使用した駆動装置において、前記駆動回路は、
所定周波数の駆動パルスの供給及び停止を繰り返す駆動
回路であつて、駆動パルスの供給期間と供給停止期間と
の比率を調整することにより駆動速度を制御することを
特徴とする電気機械変換素子を使用した駆動装置であ
る。

【００２３】請求項２の発明は、電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の一方の端部が固定された固定部
材と、前記電気機械変換素子の他方の端部が固定された
駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合された移動部材
と、前記電気機械変換素子に駆動パルスを印加する駆動
回路とから構成され、前記電気機械変換素子に伸びと縮
みの速度が異なる伸縮変位を発生させることで前記駆動
部材に摩擦結合した移動部材を移動させる電気機械変換
素子を使用した駆動装置において、前記駆動回路は、所
定周波数の駆動パルスの供給及び停止を繰り返す駆動回
路であつて、駆動パルスの供給期間と供給停止期間との
比率を調整することにより駆動速度を制御することを特
徴とする電気機械変換素子を使用した駆動装置である。

【００２４】請求項３の発明は、電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の一方の端部が固定された第１部
材と、前記電気機械変換素子の他方の端部が固定され、
前記第１部材に対して相対移動可能に配置された第２部
材と、前記第２部材が摩擦結合する固定部材と、前記電
気機械変換素子に駆動パルスを印加する駆動回路とから
構成され、前記電気機械変換素子に伸びと縮みの速度が
異なる伸縮変位を発生させることで、前記第１部材に対
して前記第２部材を相対的に駆動して第１部材及び第２
部材を所定方向に移動させる電気機械変換素子を使用し
た駆動装置において、前記駆動回路は、所定周波数の駆
動パルスの供給及び停止を繰り返す駆動回路であつて、
駆動パルスの供給期間と供給停止期間との比率を調整す
ることにより駆動速度を制御することを特徴とする電気
機械変換素子を使用した駆動装置である。

【００２５】そして、前記駆動パルスは可聴周波数以上
の所定周波数の駆動パルスを使用するとよく、前記所定
の周波数は２０ｋＨｚ以上とするとよい。

【００２６】また、前記駆動パルスは矩形波とすること
ができる。

【００２７】そして、前記電気機械変換素子と駆動部材
との接合、前記電気機械変換素子と固定部材との接合、
前記電気機械変換素子と前記第１部材及び第２部材との
接合は、フィラーを添加した接着剤を使用して押圧接着
し、接合面に形成された接着剤の薄層により接合すると
よい。

【００２８】そして、前記フィラーは、セラミック、ガ
ラス等の絶縁性材料から構成されたものを使用すること
ができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］図１はこの
発明の第１の実施の形態の電気機械変換素子を使用した
駆動装置の構成を説明する斜視図で、図２はその分解説
明図である。第１の実施の形態の駆動装置は、駆動装置
を構成する固定部材に対して摩擦結合部材が移動し、摩
擦結合部材に結合された被駆動部材を移動させる圧電変
換素子固定型と呼ばれる構成のもので、先に従来技術と
して図９を参照して説明した駆動装置と駆動原理が同一
のものである。

【００３０】第１の実施の形態の駆動装置１０は固定部
材１１の上に組み立てられており、固定部材１１に接着
固定された電気機械変換素子の１つである圧電変換素子
１２、圧電変換素子１２の一方の端部に接着固定された
駆動部材である駆動軸１３、駆動軸１３に摩擦結合する
移動部材である摩擦結合部材１４から構成される。

【００３１】圧電変換素子１２は、電圧を印加すると厚
み方向に変位する単位の圧電素子を複数枚積層した構造
のものを使用する。積層された圧電変換素子１２の一方
の端部が固定部材１１の支持ブロツク１１ａに接着固定
され、圧電変換素子１２の他方の端部には駆動軸１３が
接着固定される。接着剤及び接着固定の方法については
後で説明する。

【００３２】駆動軸１３は、固定部材１１の支持ブロツ
ク１１ｂ及び１１ｃにより軸方向に移動可能に支持され
ており、駆動軸１３の一方の端部は圧電変換素子１２の
端部に接着固定されており、圧電変換素子１２に厚み方
向の伸縮変位が発生すると、駆動軸１３は軸方向（矢印
ａ方向）に移動する。

【００３３】摩擦結合部材１４は、駆動軸１３が貫通し
駆動軸１３に下側から摩擦結合するスライダー１４ａ
と、スライダー１４ａの上側に形成された切欠部１４ｃ
に嵌挿され、駆動軸１３に上側から摩擦結合するパツド
１４ｂ、駆動軸１３とスライダー１４ａ及びパツド１４
ｂとの摩擦結合力を調整する板ばね１５から構成され
る。パツド１４ｂの上に形成された突起１４ｅが板ばね
１５に当接しており、板ばね１５をスライダー１４ａに
固定するねじ１５ｓの締め加減を調整することで、摩擦
結合力を調整することができる。このほか、摩擦結合部
の構成や摩擦結合力の調整手段としては公知の手段を適
用することができる。

【００３４】次に、上記した駆動装置１０の駆動動作を
説明する。図示しない駆動回路から圧電変換素子１２に
鋸歯状波駆動パルスを印加して伸びと縮みの速度が異な
る伸縮変位を発生させると、圧電変換素子１２に接着固
定された駆動軸１３には、軸方向に速度の異なる往復振
動が発生する。

【００３５】駆動軸１３に摩擦結合した摩擦結合部材１
４は、駆動軸１３の矢印ａ方向の緩やかな伸び変位では
駆動軸１３との間の摩擦結合力により駆動軸１３と共に
移動するが、駆動軸１３の矢印ａと反対方向に急速な縮
み変位では、摩擦結合部材１４はその慣性力が駆動軸１
３との間の摩擦結合力に打ち勝つてその位置に留まり移
動しない。圧電変換素子１２に駆動パルスを印加し続け
て連続的に速度の異なる伸縮変位を発生させることで、
摩擦結合部材１４を矢印ａ方向に移動させることができ
る。

【００３６】固定部材１１は、高周波振動する圧電変換
素子１２を安定して固定することができるように、高剛
性で且つ質量が大きい材料、例えば金属材料が適当であ
り、このような材料を選択することで、圧電変換素子１
２に発生する変位を有効に駆動軸１３に伝達して取り出
すことができる。

【００３７】圧電変換素子１２には、上記した電圧を印
加すると厚み方向に変位する単位の圧電素子を複数枚積
層した構造のものの他、例えば本出願人が先に出願した
特開２００１−４４５２５号公報に記載されているよう
な、表面及び裏面に電極が形成された１枚の圧電素子の
薄板を積層して円筒体に構成した圧電変換素子を使用す
ることもできる。

【００３８】この表面及び裏面に電極が形成された薄板
状の圧電素子を積層して円筒状に構成した圧電変換素子
では円筒体の端面に正負の電極が露出するから、金属材
料で構成された固定部材１１や駆動軸１３に接着固定す
ると、正負の電極が短絡するおそれがある。これは、上
記した円筒体に構成した圧電変換素子に限られるもので
はなく、固定部材１１や駆動軸１３に接着固定する面に
電極が露出する構成の圧電変換素子に共通する問題であ
る。

【００３９】この電極の短絡を防止するためには、圧電
変換素子と固定部材１１の支持ブロツク１１ａや駆動軸
１３との接着面に絶縁層を設けることで解決することが
できる。

【００４０】圧電変換素子１２と支持ブロツク１１ａと
の接合、圧電変換素子１２と駆動軸１３との接合には、
接合面にフィラーを添加した電気絶縁性接着剤を塗布し
て押圧接着し、接合面に形成された接着剤の薄層により
接合するものとする。

【００４１】絶縁性接着剤に添加するフィラーについて
説明する。フィラーは、セラミック、ガラス等の電気絶
縁性の材料で構成された、直径１〜５０μｍの略球形の
材料で、その縦弾性４係数は、４×１０³Ｍｐａ以上の
ものとする。

【００４２】また、絶縁性接着剤へのフィラーの添加量
は、基剤である絶縁性接着剤の１０〜６０重量パーセン
トとする。なお、絶縁性接着剤は公知の絶縁性接着剤、
例えばエポキシ系の接着剤を使用することができる。

【００４３】接着剤にフィラーを添加することで接着剤
の弾性係数を高めることができるから、圧電変換素子１
２に発生する変位が接着剤層の弾性変形により吸収され
ることなく、発生変位を有効に駆動軸１３に伝達して取
り出すことができると共に、圧電変換素子１２の接着固
定面に露出した電極を絶縁することができる。

【００４４】［第２の実施の形態］図３はこの発明の第
２の実施の形態の電気機械変換素子を使用した駆動装置
を適用した移動ステージの構成を分解して説明する斜視
図、図４は移動ステージ内部に配置された自走型駆動装
置の構成を示す斜視図、図５は移動ステージ内部に配置
された自走型駆動装置の構成を説明する分解説明図、図
６は移動ステージの側面図であつて、自走型駆動装置の
移動方向からみた側面図である。この自走型駆動装置
は、先に従来技術として図１０を参照して説明した駆動
装置と駆動原理が同一のものである。

【００４５】移動ステージ２０は、固定台上にＸ軸方向
に沿つてリニアボールベアリング２２ａ、２２ｂが配置
された固定台２１と、このリニアボールベアリング２２
ａ、２２ｂによりＸ軸方向に移動可能に支持された移動
台２３から構成される。

【００４６】固定台２１にはＸ軸方向に沿つて、一定の
間隔を隔てて配置された接触部材２４ａ及び２４ｂが、
ばね部材２４ｃ及び２４ｄにより固定されており、接触
部材２４ａと２４ｂとの間には後述する自走型駆動装置
３０が配置される。自走型駆動装置３０の作用部材３５
の側面と接触部材２４ａと２４ｂとは、ばね部材２４ｃ
及び２４ｄの作用により適当な摩擦力で摩擦接触してい
る。

【００４７】また、自走型駆動装置３０と移動台２３と
は、固定ねじ２３ａ及び２３ｂにより固定されており、
自走型駆動装置３０のＸ軸方向の移動により、移動台２
３はＸ軸方向に移動する。

【００４８】自走型駆動装置３０を説明する。自走型駆
動装置３０は、支持ブロック３１ａと支持ブロック３１
ｂから構成される第１ブロック３１と、第１ブロック３
１から延長された延長部３１ｃの端部に固定された第２
ブロック３２、電気機械変換素子の１つである圧電変換
素子３３、作用部材３５から構成される。

【００４９】第１ブロック３１には移動台２３を取り付
ける固定ねじ２３ａのねじ孔３１ｆが、第２ブロック３
２には移動台２３を取り付ける固定ねじ２３ｂのねじ孔
３２ｆが設けられている。

【００５０】圧電変換素子３３は、電圧を印加すると厚
み方向に変位する単位の圧電素子を複数枚積層した構造
のものを使用する。積層された圧電変換素子３３の一方
の端部は支持ブロック３１ａに接着固定され、圧電変換
素子３３の他方の端部は後述する作用部材３５の軸３５
ａに接着固定される。接着剤及び接着固定の方法につい
ては後で説明する。

【００５１】作用部材３５は、その前後に軸３５ａ及び
軸３５ｂが形成されている。軸３５ａは支持ブロック３
１ｂに形成された孔３１ｄに挿入され、軸３５ｂは第２
ブロック３２に形成された孔３２ｄに挿入されて、作用
部材３５は軸３５ａ及び軸３５ｂにより軸方向に移動自
在に支持されている。

【００５２】また、作用部材３５は、軸３５ａ及び３５
ｂとは直交する方向の両側面に摩擦接触面３５ｃ及び３
５ｄが形成されており、摩擦接触面３５ｃは前記した接
触部材２４ａに摩擦接触しており、摩擦接触面３５ｄは
前記した接触部材２４ｂに摩擦接触している。

【００５３】次に、自走型駆動装置３０による移動ステ
ージ２０の駆動動作を説明する。図示しない駆動回路か
ら圧電変換素子３３に鋸歯状波駆動パルスを印加する
と、駆動パルスの緩やかな立上がり部では、圧電変換素
子３３に緩やかな伸び変位が発生するが、作用部材３５
の摩擦接触面３５ｃは接触部材２４ａに、摩擦接触面３
５ｄは接触部材２４ｂに摩擦接触しているので作用部材
３５は移動せず、第１ブロック３１と第２ブロック３２
が固定台２１に対して矢印ａ方向に移動する。

【００５４】駆動パルスの急速な立下がり部では、圧電
変換素子３３に急速な縮み変位が発生するが、第１ブロ
ック３１と第２ブロック３２とはその慣性力により移動
せず、一方、作用部材３５の摩擦接触面３５ｃと接触部
材２４ａとの間の摩擦結合力、摩擦接触面３５ｄと接触
部材２４ｂとの間の摩擦結合力が第１ブロック３１と第
２ブロック３２の慣性力より小さいため、作用部材３５
は第１ブロック３１側に引き寄せられる。

【００５５】圧電変換素子３３に駆動パルスを印加し続
けて連続的に速度の異なる伸縮変位を発生させること
で、自走型駆動装置３０を矢印ａ方向に移動させること
ができ、第１ブロック３１及び第２ブロック３２に固定
されている移動台２３をＸ軸方向に移動させることがで
きる。

【００５６】第１ブロック３１は、高周波振動する圧電
変換素子３３を安定して固定することができるように、
高剛性で且つ質量が大きい材料、例えば金属材料が適当
であり、このような材料を選択することで、圧電変換素
子３３に発生する変位を有効に取り出すことができる。

【００５７】圧電変換素子３３には、上記した単位の圧
電素子を複数枚積層した構造のものの他、第１の実施の
形態で説明したものと同様に、表面及び裏面に電極が形
成された薄板状の圧電素子を積層して円筒体に構成した
圧電変換素子を使用することもできる。

【００５８】この場合も、第１の実施の形態での説明と
同様に、円筒状に構成した圧電変換素子では円筒体に端
面に正負の電極が露出するから、金属材料で構成された
第１ブロック３１や軸３５ａに接着固定すると、正負の
電極が短絡するおそれがある。

【００５９】このため、第１の実施の形態の場合と同じ
く、同様電極の短絡を防止するために、圧電変換素子と
支持ブロツク、或いは駆動軸との接着面に絶縁性接着剤
を使用して絶縁層を設けることで解決することができ
る。絶縁性接着剤や接着方法は第１の実施の形態のもの
と変わらないので、ここでは説明を省略する。

【００６０】次に、圧電変換素子の駆動速度の制御につ
いて説明する。以下説明する駆動速度の制御は、上記し
た第１の実施の形態、第２の実施の形態に共通して適用
することができるものである。

【００６１】上記した第１及び第２の実施の形態では、
圧電変換素子に印加する駆動パルスとして鋸歯状波駆動
パルスを使用するものとして説明したが、これは、圧電
変換素子に速度の異なる往復振動を発生させるために適
した波形の１つであるからであるが、矩形波駆動パルス
を使用することもできる。

【００６２】即ち、矩形波駆動パルスの場合は、圧電変
換素子に印加する電圧を一定にし、圧電変換素子への充
電電流を緩やかな充電電流と急速な放電電流になるよう
に、或いはこれと逆に、急速な充電電流と緩やかな放電
電流になるように制御することで、圧電変換素子に速度
の異なる往復振動を発生させることができる。

【００６３】以下説明する駆動速度の制御は、駆動パル
スの波形には関係なく、鋸歯状波駆動パルスでも矩形波
駆動パルスにも適用することができるものである。

【００６４】先に説明したとおり、従来は、駆動速度を
低下させるには駆動パルスを間引き、単位時間に供給す
る駆動パルスの数を減少させることで達成していた。し
かしながら、これでは駆動パルスを間引くことで駆動パ
ルスの周波数が低下して可聴周波数の範囲内に入つてし
まうという不都合がある。そこで、この実施の形態で
は、駆動パルスの基準周波数は変えず、複数個の駆動パ
ルスを出力した後、所定の時間だけ駆動パルスの出力を
停止させることにより、或る時間の範囲内で駆動パルス
の個数を減少させる間引きを行うようにした。

【００６５】図７は、上記した駆動パルスの基準周波数
は変えず、複数個の駆動パルスを出力した後、所定の時
間だけ駆動パルスの出力を停止させるようにした駆動回
路の構成を説明する図である。

【００６６】駆動回路５０は、発振周波数ｆ1 とデュー
テイ比ｄ1 をそれぞれ可変抵抗Ｒ11、Ｒ12で調整可能な
タイマＩＣ（例えばＴＬＣ５５５ＣＰ）で構成された駆
動パルス発生回路５１と、発振周波数ｆ2 とデューテイ
比ｄ2 をそれぞれ可変抵抗Ｒ21、Ｒ22で調整可能なタイ
マＩＣ（例えばＴＬＣ５５５ＣＰ）で構成された間引き
パルス発生回路５２、ロジック回路Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、
Ｌ4 、前記した実施の形態で摩擦結合部材１４或いは自
走型駆動装置３０の繰り出し方向及び戻り方向を決定す
る繰出ボタン及び戻りボタンを備えたスイッチＤＳ、速
度切替スイッチＳＳ、圧電変換素子５４を駆動する倍圧
回路５３から構成される。

【００６７】駆動パルス発生回路５１からは、例えば発
振周波数ｆ1 として１５０ｋＨｚ、デューテイ比ｄ1 が
３０％の駆動パルスを発生するものとする。また、間引
きパルス発生回路５２からは、例えば発振周波数ｆ2 と
して２０ｋＨｚ、デューテイ比ｄ2 が５０％の間引きパ
ルスを発生するものとする。駆動パルス発生回路５１の
発振周波数をｆ1 ＝１５０ｋＨｚ、間引きパルス発生回
路５２の発振周波数をｆ2 ＝２０ｋＨｚとすることで、
装置の使用者に不快感を与える可聴周波数のノイズの発
生することがない。

【００６８】ロジック回路Ｌ1 はＥＸＣＬＵＳＩＶＥ−
ＯＲ回路であり、デューテイ比ｄ1＝３０％の駆動パル
スから、その反転パルスであるデューテイ比ｄ1 ＝７０
％の駆動パルスを出力する。ロジック回路Ｌ1 から出力
されるデューテイ比ｄ1 ＝７０％の駆動パルス（反転パ
ルス）は繰り出し方向の駆動用のパルスとして使用さ
れ、駆動パルス発生回路５１から出力されるデューテイ
比ｄ1 ＝３０％の駆動パルスは、戻り方向の駆動用のパ
ルスとして使用される。

【００６９】駆動方向を決定するスイッチＤＳの端子ａ
にはロジック回路Ｌ1 から出力されたデューテイ比ｄ1
＝７０％の駆動パルス（反転パルス）が入力され、端子
ｂには駆動パルス発生回路５１から出力されたデューテ
イ比ｄ1 ＝３０％の駆動パルスが入力される。スイッチ
ＤＳの繰出ボタンを押し下げて繰り出し側に設定すると
デューテイ比ｄ1 ＝７０％の駆動パルスが出力され、ス
イッチＤＳの戻りボタンを押し下げて戻り側に設定する
とデューテイ比ｄ1 ＝３０％の駆動パルスが出力され
る。

【００７０】ロジック回路Ｌ2 はＡＮＤ回路で、スイッ
チＤＳの出力と速度切替スイッチＳＳの出力が入力され
る。速度切替スイッチＳＳが高速側に切替えられると、
ロジック回路Ｌ2 の速度切替スイッチ側の端子はＨの状
態に設定されるので、ロジック回路Ｌ2 からはスイッチ
ＤＳから出力された駆動パルスがそのまま出力され、高
速駆動を行うことができる。

【００７１】速度切替スイッチＳＳが低速側に切替えら
れると、ロジック回路Ｌ2 の速度切替スイッチＳＳ側の
端子は、間引きパルス発生回路５２から出力される間引
きパルスがオンの期間だけＨの状態になるから、ロジッ
ク回路Ｌ2 からは間引きパルスがオンの期間だけ駆動パ
ルスが出力される。オフの期間は駆動パルスが出力され
ないから駆動パルスの間引きが行なわれ、低速駆動を行
うことができる。

【００７２】ロジック回路Ｌ3 、Ｌ4 はロジック回路Ｌ
2 から出力される駆動パルスを平行して同時に反転させ
るＥＸＣＬＵＳＩＶＥ−ＯＲ回路である。また、倍圧回
路５３は電界効果トランジスタＦ1 、Ｆ2 、Ｆ3 、Ｆ4
から構成される。

【００７３】電界効果トランジスタＦ1 、Ｆ2 はロジッ
ク回路Ｌ3 から出力された駆動パルスで駆動され、また
電界効果トランジスタＦ3 、Ｆ4 はロジック回路Ｌ4 か
ら出力された駆動パルスで駆動されるから、圧電変換素
子に印加される駆動パルス電圧を２倍にすることができ
る。例えばロジック回路Ｌ2 から０〜３Ｖの駆動パルス
が出力されるとすれば、圧電変換素子５４には−３Ｖ〜
３Ｖの駆動パルスが印加される。

【００７４】図８は、駆動回路から出力される駆動パル
スの波形と、被駆動部材（第１の実施の形態では摩擦結
合部材、第２の実施の形態では移動台又は自走型駆動装
置）の移動速度を説明する図である。

【００７５】図８の（ａ）は、駆動回路から出力される
駆動パルスの波形を示すもので、符号ＰＤは、可聴周波
数以上、例えば２０ｋＨｚ以上の基準周波数の駆動パル
スが供給される期間を示し、符号ＰＲは駆動パルスの出
力停止期間を示している。

【００７６】図８の（ｂ）は、上記駆動パルスにより駆
動される被駆動部材の位置と経過時間の関係を示すもの
で、符号ＶＤで示す線は駆動パルス供給期間ＰＤでは被
駆動部材が移動し、駆動パルスの出力停止期間ＰＲでは
被駆動部材が移動していないことを示している。

【００７７】また、符号ＶＭで示す線は、駆動パルスの
供給期間ＰＤと出力停止期間ＰＲとの間を平均したとき
の被駆動部材の平均移動位置を示しており、駆動パルス
の供給期間ＰＤと出力停止期間ＰＲとの比率を選択する
ことで、被駆動部材の駆動速度を希望の速度に設定する
ことができる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明によれ
ば、電気機械変換素子を使用した駆動装置の速度制御を
行うために、駆動回路は、所定周波数の駆動パルスの供
給及び停止を繰り返す駆動回路とし、駆動パルスの供給
期間と供給停止期間との比率を調整することにより駆動
速度を制御するようにしたものである。

【００７９】これにより、従来のもののように駆動パル
スを間引くことにより駆動パルス周波数が可聴周波数の
範囲になつてしまうことがなく、電気機械変換素子を使
用した駆動装置が組み込まれた装置の使用者に不快感を
与えるおそれがない。

【００８０】そして、駆動パルス発生回路は、駆動速度
の制御のために駆動パルスの電圧調整を行う必要がな
く、所定の周波数の駆動パルスを発生させるだけでよい
ので、駆動パルス発生回路の構成を簡単にすることがで
きる。

【００８１】また電気機械変換素子と駆動軸との接合を
接着により固定するとき、接着剤にセラミック、ガラス
等の電気絶縁性のフイラーを混入することで接着面の接
着剤が弾性変形を極力少なくすることができ、駆動効率
のよい電気機械変換素子を使用した駆動装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の電気機械変換素子を使用し
た駆動装置の構成を説明する斜視図。

【図２】図１に示す電気機械変換素子を使用した駆動装
置の分解説明図。

【図３】第２の実施の形態の電気機械変換素子を使用し
た駆動装置を適用した移動ステージの構成を分解して説
明する斜視図。

【図４】移動ステージ内部に配置された自走型駆動装置
の構成を示す斜視図。

【図５】図４に示す自走型駆動装置の構成を説明する分
解説明図。

【図６】図３に示す移動ステージを自走型駆動装置の移
動方向からみた側面図。

【図７】駆動回路の構成を説明する図。

【図８】駆動回路から出力される駆動パルスの波形と被
駆動部材の移動速度を説明する図。

【図９】圧電変換素子を使用した駆動装置の駆動原理を
説明する図（その１）。

【図１０】圧電変換素子を使用した駆動装置の駆動原理
を説明する図（その２）。

【図１１】圧電変換素子に印加する駆動パルスの波形を
説明する図。

【図１２】駆動速度制御のための駆動パルス波形の一例
を説明する図（その１）。

【図１３】駆動速度制御のための駆動パルス波形の一例
を説明する図（その２）。

【図１４】不感帯が発生する駆動速度と駆動電圧の関係
を説明する図。

【図１５】駆動速度と駆動電圧との関係、及び駆動速度
と駆動パルスの間引き量の関係を説明する図。

【符号の説明】

１０電気機械変換素子を使用した駆動装置１１固定部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ支持ブロツク１２圧電変換素子１３駆動軸１４摩擦結合部材１４ａスライダー１４ｂパツド１５板ばね２０移動ステージ２１固定台２２ａ、２２ｂリニアボールベアリング２３移動台２４ａ、２４ｂ接触部材２４ｃ、２４ｄばね部材３０自走型駆動装置３１第１ブロック３２第２ブロック３３圧電変換素子３５作用部材３５ａ、３５ｂ軸３５ｃ、３５ｄ摩擦接触面５０駆動回路５１駆動パルス発生回路５２間引きパルス発生回路５３倍圧回路５４圧電変換素子ＤＳスイッチＤＳＳＳ速度切替スイッチ

フロントページの続きＦターム(参考） 2H044 DB04 DC10 5H680 AA18 BB13 BC01 BC10 DD02 DD23 DD53 DD73 DD83 DD95 EE10 FF08 FF23 FF25 FF38 GG11 GG16 GG20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合された移動部材と、前記電気機械変換素子に駆動パルスを印加する駆動回路
とから構成され、前記電気機械変換素子に伸びと縮みの速度が異なる伸縮
変位を発生させることで前記駆動部材とこれに摩擦結合
した移動部材とを相対移動させる電気機械変換素子を使
用した駆動装置において、前記駆動回路は、所定周波数の駆動パルスの供給及び停
止を繰り返す駆動回路であつて、駆動パルスの供給期間
と供給停止期間との比率を調整することにより駆動速度
を制御することを特徴とする電気機械変換素子を使用し
た駆動装置。
【請求項２】電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一方の端部が固定された固定部
材と、前記電気機械変換素子の他方の端部が固定された駆動部
材と、前記駆動部材に摩擦結合された移動部材と、前記電気機械変換素子に駆動パルスを印加する駆動回路
とから構成され、前記電気機械変換素子に伸びと縮みの速度が異なる伸縮
変位を発生させることで前記駆動部材に摩擦結合した移
動部材を移動させる電気機械変換素子を使用した駆動装
置において、前記駆動回路は、所定周波数の駆動パルスの供給及び停
止を繰り返す駆動回路であつて、駆動パルスの供給期間
と供給停止期間との比率を調整することにより駆動速度
を制御することを特徴とする電気機械変換素子を使用し
た駆動装置。
【請求項３】電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一方の端部が固定された第１部
材と、前記電気機械変換素子の他方の端部が固定され、
前記第１部材に対して相対移動可能に配置された第２部
材と、前記第２部材が摩擦結合する固定部材と、前記電気機械変換素子に駆動パルスを印加する駆動回路
とから構成され、前記電気機械変換素子に伸びと縮みの速度が異なる伸縮
変位を発生させることで、前記第１部材に対して前記第
２部材を相対的に駆動して第１部材及び第２部材を所定
方向に移動させる電気機械変換素子を使用した駆動装置
において、前記駆動回路は、所定周波数の駆動パルスの供給及び停
止を繰り返す駆動回路であつて、駆動パルスの供給期間
と供給停止期間との比率を調整することにより駆動速度
を制御することを特徴とする電気機械変換素子を使用し
た駆動装置。
【請求項４】前記駆動パルスは可聴周波数以上の所定
周波数の駆動パルスであることを特徴とする請求項１乃
至請求項３のいずれかに記載の電気機械変換素子を使用
した駆動装置。
【請求項５】前記駆動パルスの所定の周波数は２０ｋ
Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項４に記載の電気
機械変換素子を使用した駆動装置。
【請求項６】前記駆動パルスは矩形波であることを特
徴とする請求項１乃至３記載のいずれかに記載の電気機
械変換素子を使用した駆動装置。
【請求項７】前記電気機械変換素子と駆動部材との接
合、前記電気機械変換素子と固定部材との接合、前記電
気機械変換素子と前記第１部材及び第２部材との接合
は、フィラーを添加した接着剤を使用して押圧接着し、
接合面に形成された接着剤の薄層により接合されること
を特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかに記載の電
気機械変換素子を使用した駆動装置。
【請求項８】前記フィラーは、セラミック、ガラス等
の絶縁性材料から構成されたものであることを特徴とす
る請求項７記載の電気機械変換素子を使用した駆動装
置。