JP2002300789A - 電気・機械変換素子を用いた駆動装置 - Google Patents
電気・機械変換素子を用いた駆動装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 最適な駆動特性が得られ、製造も容易な電気
・機械変換素子を用いた駆動装置を提供する。 【解決手段】 被駆動部材２６が摩擦係合され、一端に
電気・機械変換素子２４が結合される駆動部材２２の他
端側は、ベース部材２に直接圧接するように、機械的に
固定、あるいは溶接等の手段により固定する。
・機械変換素子を用いた駆動装置を提供する。 【解決手段】 被駆動部材２６が摩擦係合され、一端に
電気・機械変換素子２４が結合される駆動部材２２の他
端側は、ベース部材２に直接圧接するように、機械的に
固定、あるいは溶接等の手段により固定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気・機械変換素
子を用いた駆動装置に関する。
子を用いた駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気・機械変換素子を振動子とし
て用いた種々のタイプの駆動装置が提案されているが、
いずれも、電気・機械変換素子の伸縮方向両端に駆動部
材や固定部材が結合されるようになっている。
て用いた種々のタイプの駆動装置が提案されているが、
いずれも、電気・機械変換素子の伸縮方向両端に駆動部
材や固定部材が結合されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電気・機械
変換素子や駆動部材等の固定には、一般に接着剤が用い
られる。しかし、接着剤はその厚さにより弾性が変化す
るなど特性が不安定であり、剛性も低い。そのため、駆
動特性のばらつきが生じやすく、駆動特性の向上も困難
である。また、接着剤の乾燥を待つ必要があるので、作
業時間もかかる。
変換素子や駆動部材等の固定には、一般に接着剤が用い
られる。しかし、接着剤はその厚さにより弾性が変化す
るなど特性が不安定であり、剛性も低い。そのため、駆
動特性のばらつきが生じやすく、駆動特性の向上も困難
である。また、接着剤の乾燥を待つ必要があるので、作
業時間もかかる。
【０００４】特に、本願出願人が開発中の新規な電気・
機械変換素子を用いた駆動装置において、接着剤の弾性
は無視することができない。
機械変換素子を用いた駆動装置において、接着剤の弾性
は無視することができない。
【０００５】また、電気・機械変換素子を用いた駆動装
置は、例えば培養操作などに用いるマイクロマニピュレ
ータに応用した場合、シャーレの上で、湿気のある環境
下で用いることになる。
置は、例えば培養操作などに用いるマイクロマニピュレ
ータに応用した場合、シャーレの上で、湿気のある環境
下で用いることになる。
【０００６】しかし、電気・機械変換素子は、一般に
は、湿気や油等の付着を避け、また、衝撃が与えられな
いように注意して使用する必要である。
は、湿気や油等の付着を避け、また、衝撃が与えられな
いように注意して使用する必要である。
【０００７】したがって、本発明が解決しようとする第
１の技術的課題は、最適な駆動特性が得られ、製造も容
易な電気・機械変換素子を用いた駆動装置を提供するこ
とである。また、本発明が解決しようとする第２の技術
的課題は、電気・機械変換素子を使用環境から保護する
ことができる電気・機械変換素子を用いた駆動装置を提
供することである。
１の技術的課題は、最適な駆動特性が得られ、製造も容
易な電気・機械変換素子を用いた駆動装置を提供するこ
とである。また、本発明が解決しようとする第２の技術
的課題は、電気・機械変換素子を使用環境から保護する
ことができる電気・機械変換素子を用いた駆動装置を提
供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明
は、上記第１の技術的課題を解決するために、以下の構
成の電気・機械変換素子を用いた駆動装置を提供する。
は、上記第１の技術的課題を解決するために、以下の構
成の電気・機械変換素子を用いた駆動装置を提供する。
【０００９】電気・機械変換素子を用いた駆動装置は、
一端に電気・機械変換素子が結合され、他端側がベース
部材に固定される駆動部材と、該駆動部材に摩擦係合す
る被駆動部材とを備え、上記電気・機械変換素子の振動
により上記駆動部材に振動を起こし、上記被駆動部材を
上記駆動部材に沿って移動させるタイプのものである。
上記駆動部材の上記他端側は、上記ベース部材に直接圧
接するように機械的に固定されたり、あるいは駆動部材
やベース部材の材料が溶融後に固着することにより固定
される。
一端に電気・機械変換素子が結合され、他端側がベース
部材に固定される駆動部材と、該駆動部材に摩擦係合す
る被駆動部材とを備え、上記電気・機械変換素子の振動
により上記駆動部材に振動を起こし、上記被駆動部材を
上記駆動部材に沿って移動させるタイプのものである。
上記駆動部材の上記他端側は、上記ベース部材に直接圧
接するように機械的に固定されたり、あるいは駆動部材
やベース部材の材料が溶融後に固着することにより固定
される。
【００１０】上記構成において、電気エネルギーを機械
エネルギーに変換する圧電素子、磁歪素子、電歪素子、
静電アクチュエータなどの電気・機械変換素子は、電気
エネルギーを与えて振動させることができる。電気・機
械変換素子の振動は、電気・機械変換素子が結合された
駆動部材に伝わる。駆動部材は、その他端がベース部材
に固定されているので巨視的には移動しないが、電気・
機械変換素子からの振動で振動する。駆動部材に適宜な
振動が生じるように電気・機械変換素子に電気エネルギ
ーを与えると、駆動部材に摩擦力によって係合する被駆
動部材が駆動部材に沿って移動するようにすることがで
きる。
エネルギーに変換する圧電素子、磁歪素子、電歪素子、
静電アクチュエータなどの電気・機械変換素子は、電気
エネルギーを与えて振動させることができる。電気・機
械変換素子の振動は、電気・機械変換素子が結合された
駆動部材に伝わる。駆動部材は、その他端がベース部材
に固定されているので巨視的には移動しないが、電気・
機械変換素子からの振動で振動する。駆動部材に適宜な
振動が生じるように電気・機械変換素子に電気エネルギ
ーを与えると、駆動部材に摩擦力によって係合する被駆
動部材が駆動部材に沿って移動するようにすることがで
きる。
【００１１】上記構成において、駆動部材の他端側は、
接着剤を用いずに、ねじ、ピン、くさび、圧入、かし
め、溶接などの方法でベース部材に固定される。駆動部
材の他端側はベース部材に直接接触し、接触面間に圧力
が作用する状態、あるいは接触面で材料が溶融後に固着
した状態で固定される。
接着剤を用いずに、ねじ、ピン、くさび、圧入、かし
め、溶接などの方法でベース部材に固定される。駆動部
材の他端側はベース部材に直接接触し、接触面間に圧力
が作用する状態、あるいは接触面で材料が溶融後に固着
した状態で固定される。
【００１２】上記構成によれば、駆動部材の他端側とベ
ース部材との間には、厚さなどにより弾性特性が変化す
る接着剤が介在しないので、装置毎の駆動特性のばらつ
きを防ぐことができる。また、接着剤の厚さの管理が不
要になり、接着剤が乾燥するまで待つ必要もないので、
駆動部材の他端側をベース部材に固定する作業が容易に
なる。
ース部材との間には、厚さなどにより弾性特性が変化す
る接着剤が介在しないので、装置毎の駆動特性のばらつ
きを防ぐことができる。また、接着剤の厚さの管理が不
要になり、接着剤が乾燥するまで待つ必要もないので、
駆動部材の他端側をベース部材に固定する作業が容易に
なる。
【００１３】したがって、最適な駆動特性が得られ、製
造も容易である。
造も容易である。
【００１４】また、本発明は、上記第１の技術的課題を
解決するために、以下の構成の電気・機械変換素子を用
いた駆動装置を提供する。
解決するために、以下の構成の電気・機械変換素子を用
いた駆動装置を提供する。
【００１５】電気・機械変換素子を用いた駆動装置は、
一端に電気・機械変換素子が結合され、他端側がベース
部材に固定される駆動部材と、該駆動部材に摩擦係合す
る被駆動部材とを備え、上記電気・機械変換素子の振動
により上記駆動部材に振動を起こし、上記被駆動部材を
上記駆動部材に沿って移動させるタイプのものである。
上記電気・機械変換素子は、上記駆動部材の上記一端に
インサート成形により結合される。
一端に電気・機械変換素子が結合され、他端側がベース
部材に固定される駆動部材と、該駆動部材に摩擦係合す
る被駆動部材とを備え、上記電気・機械変換素子の振動
により上記駆動部材に振動を起こし、上記被駆動部材を
上記駆動部材に沿って移動させるタイプのものである。
上記電気・機械変換素子は、上記駆動部材の上記一端に
インサート成形により結合される。
【００１６】上記構成において、電気エネルギーを機械
エネルギーに変換する圧電素子、磁歪素子、電歪素子、
静電アクチュエータなどの電気・機械変換素子は、電気
エネルギーを与えて振動させることができる。電気・機
械変換素子の振動は、電気・機械変換素子が結合された
駆動部材に伝わる。駆動部材は、その他端がベース部材
に固定されているので巨視的には移動しないが、電気・
機械変換素子からの振動で振動する。駆動部材に適宜な
振動が生じるように電気・機械変換素子に電気エネルギ
ーを与えると、駆動部材に摩擦力によって係合する被駆
動部材が駆動部材に沿って移動するようにすることがで
きる。
エネルギーに変換する圧電素子、磁歪素子、電歪素子、
静電アクチュエータなどの電気・機械変換素子は、電気
エネルギーを与えて振動させることができる。電気・機
械変換素子の振動は、電気・機械変換素子が結合された
駆動部材に伝わる。駆動部材は、その他端がベース部材
に固定されているので巨視的には移動しないが、電気・
機械変換素子からの振動で振動する。駆動部材に適宜な
振動が生じるように電気・機械変換素子に電気エネルギ
ーを与えると、駆動部材に摩擦力によって係合する被駆
動部材が駆動部材に沿って移動するようにすることがで
きる。
【００１７】上記構成において、駆動部材の一端が電気
・機械変換素子に直接接触し、接触面間に圧力が作用す
る状態で固定される。
・機械変換素子に直接接触し、接触面間に圧力が作用す
る状態で固定される。
【００１８】上記構成によれば、駆動部材の一端と電気
・機械変換素子との間には、厚さなどにより弾性特性が
変化する接着剤が介在しないので、装置毎の駆動特性の
ばらつきを防ぐことができる。また、接着剤の厚さの管
理が不要になり、接着剤が乾燥するまで待つ必要もない
ので、駆動部材の他端側をベース部材に固定する作業が
容易になる。
・機械変換素子との間には、厚さなどにより弾性特性が
変化する接着剤が介在しないので、装置毎の駆動特性の
ばらつきを防ぐことができる。また、接着剤の厚さの管
理が不要になり、接着剤が乾燥するまで待つ必要もない
ので、駆動部材の他端側をベース部材に固定する作業が
容易になる。
【００１９】したがって、最適な駆動特性が得られ、製
造も容易である。
造も容易である。
【００２０】また、本発明は、上記第２の技術的課題を
解決するために、以下の構成の電気・機械変換素子を用
いた駆動装置を提供する。
解決するために、以下の構成の電気・機械変換素子を用
いた駆動装置を提供する。
【００２１】電気・機械変換素子を用いた駆動装置は、
一端に電気・機械変換素子が結合され、他端側がベース
部材に固定される駆動部材と、該駆動部材に摩擦係合す
る被駆動部材とを備え、上記電気・機械変換素子の振動
により上記駆動部材に振動を起こし、上記被駆動部材を
上記駆動部材に沿って移動させるタイプのものである。
電気・機械変換素子を用いた駆動装置は、上記電気・機
械変換素子を覆う保護部材を備える。
一端に電気・機械変換素子が結合され、他端側がベース
部材に固定される駆動部材と、該駆動部材に摩擦係合す
る被駆動部材とを備え、上記電気・機械変換素子の振動
により上記駆動部材に振動を起こし、上記被駆動部材を
上記駆動部材に沿って移動させるタイプのものである。
電気・機械変換素子を用いた駆動装置は、上記電気・機
械変換素子を覆う保護部材を備える。
【００２２】上記構成において、電気エネルギーを機械
エネルギーに変換する圧電素子、磁歪素子、電歪素子、
静電アクチュエータなどの電気・機械変換素子は、電気
エネルギーを与えて振動させることができる。電気・機
械変換素子の振動は、電気・機械変換素子が結合された
駆動部材に伝わる。駆動部材は、その他端がベース部材
に固定されているので巨視的には移動しないが、電気・
機械変換素子からの振動で振動する。駆動部材に適宜な
振動が生じるように電気・機械変換素子に電気エネルギ
ーを与えると、駆動部材に摩擦力によって係合する被駆
動部材が駆動部材に沿って移動するようにすることがで
きる。
エネルギーに変換する圧電素子、磁歪素子、電歪素子、
静電アクチュエータなどの電気・機械変換素子は、電気
エネルギーを与えて振動させることができる。電気・機
械変換素子の振動は、電気・機械変換素子が結合された
駆動部材に伝わる。駆動部材は、その他端がベース部材
に固定されているので巨視的には移動しないが、電気・
機械変換素子からの振動で振動する。駆動部材に適宜な
振動が生じるように電気・機械変換素子に電気エネルギ
ーを与えると、駆動部材に摩擦力によって係合する被駆
動部材が駆動部材に沿って移動するようにすることがで
きる。
【００２３】上記構成において、電気・機械変換素子
は、保護部材に覆われるので、湿気、油分、衝撃などか
ら保護される。
は、保護部材に覆われるので、湿気、油分、衝撃などか
ら保護される。
【００２４】したがって、電気・機械変換素子を使用環
境から保護することができる。
境から保護することができる。
【００２５】なお、保護部材は、一定の形状を有する１
又は２以上の部品により構成されるものとは限らない。
例えば、一定の形状を有しないペースト状の材料を、電
気・機械変換素子の周囲に塗布するようにしてもよい。
又は２以上の部品により構成されるものとは限らない。
例えば、一定の形状を有しないペースト状の材料を、電
気・機械変換素子の周囲に塗布するようにしてもよい。
【００２６】好ましくは、上記電気・機械変換素子が、
上記電気・機械変換素子と上記駆動部材とを結ぶ方向に
振動し、該振動により上記駆動部材に縦振動を起こすこ
とができる。
上記電気・機械変換素子と上記駆動部材とを結ぶ方向に
振動し、該振動により上記駆動部材に縦振動を起こすこ
とができる。
【００２７】上記構成によれば、駆動部材に生じた縦振
動により、被駆動部材を良好に駆動することができる。
動により、被駆動部材を良好に駆動することができる。
【００２８】具体的には、以下のように、種々の態様で
構成することができる。
構成することができる。
【００２９】上記電気・機械変換素子は、圧電素子であ
る。上記保護部材は、上記圧電素子を覆う被覆部と、上
記被覆部から外部に露出し、上記圧電素子に供給する電
気エネルギーが入力される入力部と、上記被覆部の内部
に配置され、上記入力部と上記圧電素子の電極とを電気
的に接続する伝達部とを有する。該伝達部が上記圧電素
子に接触し、上記圧電素子を保持する保持作用、又は上
記圧電素子で発生した熱を外部に放射する放熱作用を有
する。
る。上記保護部材は、上記圧電素子を覆う被覆部と、上
記被覆部から外部に露出し、上記圧電素子に供給する電
気エネルギーが入力される入力部と、上記被覆部の内部
に配置され、上記入力部と上記圧電素子の電極とを電気
的に接続する伝達部とを有する。該伝達部が上記圧電素
子に接触し、上記圧電素子を保持する保持作用、又は上
記圧電素子で発生した熱を外部に放射する放熱作用を有
する。
【００３０】上記構成によれば、伝達部は、圧電素子に
電気エネルギーを供給するだけでなく、圧電素子を保持
し、圧電素子を衝撃から保護する。あるいは、圧電素子
で発生した熱を外部に逃がし、圧電素子の過熱を防止す
る。したがって、駆動装置が安定して駆動するようにす
ることができる。
電気エネルギーを供給するだけでなく、圧電素子を保持
し、圧電素子を衝撃から保護する。あるいは、圧電素子
で発生した熱を外部に逃がし、圧電素子の過熱を防止す
る。したがって、駆動装置が安定して駆動するようにす
ることができる。
【００３１】好ましくは、上記電気・機械変換素子は磁
歪素子である。上記保護部材は、上記磁歪素子を覆う被
覆部と、上記被覆部から外部に露出し、上記磁歪素子に
供給する電気エネルギーが入力される入力部と、上記被
覆部の内部に配置され、上記磁歪素子に与える磁界を生
じるコイル部とを有する。上記コイル部は、上記被覆部
の内面に接する。
歪素子である。上記保護部材は、上記磁歪素子を覆う被
覆部と、上記被覆部から外部に露出し、上記磁歪素子に
供給する電気エネルギーが入力される入力部と、上記被
覆部の内部に配置され、上記磁歪素子に与える磁界を生
じるコイル部とを有する。上記コイル部は、上記被覆部
の内面に接する。
【００３２】上記構成によれば、コイル部で発生した熱
を、被覆部を介して外部に逃がすことができる。これに
より、磁歪素子の過熱を防止して、駆動装置が安定して
駆動するようにすることができる。
を、被覆部を介して外部に逃がすことができる。これに
より、磁歪素子の過熱を防止して、駆動装置が安定して
駆動するようにすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態に係る
電気・機械変換素子を用いた駆動装置について、図１〜
図１４を参照しながら説明する。
電気・機械変換素子を用いた駆動装置について、図１〜
図１４を参照しながら説明する。
【００３４】まず、駆動装置の基本的な構成と動作原理
について、図１を参照しながら説明する。
について、図１を参照しながら説明する。
【００３５】駆動装置１０は、駆動軸１２の一端がベー
ス部材２に固定された駆動軸１２に沿って、スライダー
１６が摺動するようになっている。スライダー１６には
ねじ１７で板ばね１８が固定され、駆動軸１２が板ばね
１８とスライダー１６との間に適宜な摩擦力で挟持され
るようになっている。駆動軸１２の他端には、振動素子
１４が固定される。振動素子１４を、矢印１９ａで示す
ように駆動軸１２の長手方向に適宜に振動させると、そ
の振動が駆動軸１２に伝わり、スライダー１６を駆動軸
１２に沿って移動させることができる。
ス部材２に固定された駆動軸１２に沿って、スライダー
１６が摺動するようになっている。スライダー１６には
ねじ１７で板ばね１８が固定され、駆動軸１２が板ばね
１８とスライダー１６との間に適宜な摩擦力で挟持され
るようになっている。駆動軸１２の他端には、振動素子
１４が固定される。振動素子１４を、矢印１９ａで示す
ように駆動軸１２の長手方向に適宜に振動させると、そ
の振動が駆動軸１２に伝わり、スライダー１６を駆動軸
１２に沿って移動させることができる。
【００３６】例えば、振動素子１４が圧電素子の場合、
図１（ｂ）に示した矩形波形の電圧６ａ，６ｂや、図１
（ｃ）に示した鋸歯状波形の電圧７ａ，７ｂを印加する
と、１μｍ以下の分解能とすることができる。この場
合、６ａ，６ｂのようにデューティを反転したり、７
ａ，７ｂのように逆向き波形とすることにより、スライ
ダー１６を往復動させることができる。
図１（ｂ）に示した矩形波形の電圧６ａ，６ｂや、図１
（ｃ）に示した鋸歯状波形の電圧７ａ，７ｂを印加する
と、１μｍ以下の分解能とすることができる。この場
合、６ａ，６ｂのようにデューティを反転したり、７
ａ，７ｂのように逆向き波形とすることにより、スライ
ダー１６を往復動させることができる。
【００３７】また、図１（ｄ）に示したように、適宜な
間隔を設けて少数の矩形パルス電圧８ａ，８ｂを印加す
ると、２０ｎｍ以下の分解能とすることができる。この
場合、８ａ，８ｂのように矩形パルスのデューティを反
転して、スライダー１６を往復動させることができる。
間隔を設けて少数の矩形パルス電圧８ａ，８ｂを印加す
ると、２０ｎｍ以下の分解能とすることができる。この
場合、８ａ，８ｂのように矩形パルスのデューティを反
転して、スライダー１６を往復動させることができる。
【００３８】次に、本発明の実施形態に係る駆動装置２
０について、図２〜図４を参照しながら説明する。
０について、図２〜図４を参照しながら説明する。
【００３９】駆動装置２０は、図２の全体構成図に示す
ように、駆動軸２２の一端がベース部材２に固定され、
他端には圧電素子２４が結合され、駆動軸２２には、図
１のスライダー１６および板ばね１８と同様に構成され
たスライダー２６および板ばね２８が摩擦力で係合し、
駆動軸２２に沿って移動できるようになっている。
ように、駆動軸２２の一端がベース部材２に固定され、
他端には圧電素子２４が結合され、駆動軸２２には、図
１のスライダー１６および板ばね１８と同様に構成され
たスライダー２６および板ばね２８が摩擦力で係合し、
駆動軸２２に沿って移動できるようになっている。
【００４０】駆動軸２２は、炭素繊維強化樹脂で作ら
れ、固定端には、めねじ部材２３がインサートされ、ベ
ース部材２の貫通穴３に挿通される駆動軸固定ねじ２１
で固定されている。駆動軸２２を、金属などタップを立
てられる材料で作る場合は、駆動軸２２に、直接、めね
じを切ってもよい。
れ、固定端には、めねじ部材２３がインサートされ、ベ
ース部材２の貫通穴３に挿通される駆動軸固定ねじ２１
で固定されている。駆動軸２２を、金属などタップを立
てられる材料で作る場合は、駆動軸２２に、直接、めね
じを切ってもよい。
【００４１】従来の電気・機械変換素子を振動子として
用いた駆動装置では、振動子をベース部材に固定するた
めに、接着剤が使用さている。これに対し、駆動装置２
０では、駆動軸２２をベース部材２に固定するので、駆
動軸２２の固定端をねじで固定している。このような機
械的な結合方法により、容易に強度の高い固定ができ
る。また、固定端での境界条件を安定させて、駆動装置
の動作を安定させることもできる。接着剤の剛性の低さ
による駆動軸２２の先端振れも防ぐことができる。
用いた駆動装置では、振動子をベース部材に固定するた
めに、接着剤が使用さている。これに対し、駆動装置２
０では、駆動軸２２をベース部材２に固定するので、駆
動軸２２の固定端をねじで固定している。このような機
械的な結合方法により、容易に強度の高い固定ができ
る。また、固定端での境界条件を安定させて、駆動装置
の動作を安定させることもできる。接着剤の剛性の低さ
による駆動軸２２の先端振れも防ぐことができる。
【００４２】駆動軸２２の他端には、圧電素子２４が接
着される。圧電素子２４の対向する側面には、給電用の
電極が設けられている。
着される。圧電素子２４の対向する側面には、給電用の
電極が設けられている。
【００４３】駆動軸２２の他端には、圧電素子２４を保
護するためのケース３０が嵌め込まれている。
護するためのケース３０が嵌め込まれている。
【００４４】ケース３０は、プラスチック又はアルミ、
チタン等の軽量な材料で作るのが望ましい。ケース３０
には、ケース３０の壁を貫通するように、ばね性を有す
る薄板で作られた２つの給電コネクター３２，３４が取
り付けられる。ケース３０が金属である場合は、給電コ
ネクター３２，３４同士がショートしないように、ケー
ス３０を貫通する部分は電気的に絶縁しておく。給電コ
ネクター３２，３４のケース３０の外部に出ている端部
には、給電用のリード線３６，３８が取り付けられる。
給電コネクター３２，３４は、圧電素子２４の側面の電
極と接触して圧電素子２４に電力を供給するとともに、
圧電素子２４から発生する熱をケース３０の外に伝達す
る働きをする。
チタン等の軽量な材料で作るのが望ましい。ケース３０
には、ケース３０の壁を貫通するように、ばね性を有す
る薄板で作られた２つの給電コネクター３２，３４が取
り付けられる。ケース３０が金属である場合は、給電コ
ネクター３２，３４同士がショートしないように、ケー
ス３０を貫通する部分は電気的に絶縁しておく。給電コ
ネクター３２，３４のケース３０の外部に出ている端部
には、給電用のリード線３６，３８が取り付けられる。
給電コネクター３２，３４は、圧電素子２４の側面の電
極と接触して圧電素子２４に電力を供給するとともに、
圧電素子２４から発生する熱をケース３０の外に伝達す
る働きをする。
【００４５】図３は、駆動軸２２にケース３０を嵌め込
む途中の状態を示す。給電コネクター３２，３４のケー
ス３０の内部にある部分は、矢印９０で示すように、圧
電素子２４がケース３０内部に入ってくると、圧電素子
２４によってケース３０の壁の方向に変位させられ、圧
電素子２４の側面の電極に所定の接触圧で接触するよう
になる。ケース３０は、駆動軸２２と嵌合するように作
られ、給電コネクター３２，３４の先端部が、駆動軸２
２の圧電素子取り付け面２２ｘに当たると、嵌め込みが
完了する。
む途中の状態を示す。給電コネクター３２，３４のケー
ス３０の内部にある部分は、矢印９０で示すように、圧
電素子２４がケース３０内部に入ってくると、圧電素子
２４によってケース３０の壁の方向に変位させられ、圧
電素子２４の側面の電極に所定の接触圧で接触するよう
になる。ケース３０は、駆動軸２２と嵌合するように作
られ、給電コネクター３２，３４の先端部が、駆動軸２
２の圧電素子取り付け面２２ｘに当たると、嵌め込みが
完了する。
【００４６】図４は、嵌め込みが完了した状態を示す。
給電コネクター３２，３４は、圧電素子２４の側面の電
極に所定の接触圧で接触している。必要に応じてケース
３０と駆動軸２２の間に接着剤や封止材を付けてもよ
い。
給電コネクター３２，３４は、圧電素子２４の側面の電
極に所定の接触圧で接触している。必要に応じてケース
３０と駆動軸２２の間に接着剤や封止材を付けてもよ
い。
【００４７】従来電気・機械変換素子を振動子として用
いた駆動装置、例えば振動子（圧電素子）の伸縮方向一
端にベース部材が固定され、他端に駆動軸が結合された
駆動装置では、振動子をケースで覆おうとすると、駆動
軸の往復運動を妨げないように駆動軸とケースの間に弾
性的なシール部材を設けるなどの工夫が必要であり、さ
らに、ベース部材とケースの間も封止する必要がある。
これに対し、駆動装置２０では、ケース３０を駆動軸２
２の先端に嵌め込むだけで、圧電素子２４を簡単に覆
い、保護することができる。
いた駆動装置、例えば振動子（圧電素子）の伸縮方向一
端にベース部材が固定され、他端に駆動軸が結合された
駆動装置では、振動子をケースで覆おうとすると、駆動
軸の往復運動を妨げないように駆動軸とケースの間に弾
性的なシール部材を設けるなどの工夫が必要であり、さ
らに、ベース部材とケースの間も封止する必要がある。
これに対し、駆動装置２０では、ケース３０を駆動軸２
２の先端に嵌め込むだけで、圧電素子２４を簡単に覆
い、保護することができる。
【００４８】次に、ケースの変形例について、図５およ
び図６を参照しながら説明する。
び図６を参照しながら説明する。
【００４９】図５は、圧電素子２４の代わりに磁歪素子
２５を使用する場合の例である。駆動軸２２には、磁歪
素子２５が接着されている。ケース４０内には、磁歪素
子２５の周囲を配置され、ケース４０の内面に接触する
ように、磁界発生コイル４１が収納されている。ケース
４０には、２つの給電コネクター４２，４４が設けら
れ、ケース４０内部に配置される磁界発生コイル４１の
両端にそれぞれ接続される。磁界発生コイル４１に所定
の振動波形の電流を流すことにより磁界を発生させ、そ
の磁界により磁歪素子２５に縦振動を発生させ、駆動軸
２２に、スライダー２６を駆動する縦振動を発生させ
る。磁界発生コイル４１の最外部はケース４０の内面に
接触させて、磁界発生コイル４１で発生する熱をケース
４０に逃がすようになっている。
２５を使用する場合の例である。駆動軸２２には、磁歪
素子２５が接着されている。ケース４０内には、磁歪素
子２５の周囲を配置され、ケース４０の内面に接触する
ように、磁界発生コイル４１が収納されている。ケース
４０には、２つの給電コネクター４２，４４が設けら
れ、ケース４０内部に配置される磁界発生コイル４１の
両端にそれぞれ接続される。磁界発生コイル４１に所定
の振動波形の電流を流すことにより磁界を発生させ、そ
の磁界により磁歪素子２５に縦振動を発生させ、駆動軸
２２に、スライダー２６を駆動する縦振動を発生させ
る。磁界発生コイル４１の最外部はケース４０の内面に
接触させて、磁界発生コイル４１で発生する熱をケース
４０に逃がすようになっている。
【００５０】図６は、圧電素子２４を使用した場合の別
の例である。圧電素子２４の振動振幅が１００〜２００
ｎｍ程度であれば、カバー５０が圧電素子２４に多少接
触していても、駆動軸２２に振動を伝達することができ
る。ケース５０は、圧電素子２４の縦振動を妨げない範
囲で、圧電素子２４に近接する形状にし、圧電素子２４
で発生する熱をケース５０に逃がすようにする。給電
は、圧電素子２４の電極から引き出したリード線５６，
５８を、ケース５０の穴５２，５４から外部に出して行
う。リード線５６，５８を出す穴５２，５４には、封止
材５３，５５をつける。圧電素子２４とケース５０の間
に、熱伝達のよいペーストなどを入れてもよい。
の例である。圧電素子２４の振動振幅が１００〜２００
ｎｍ程度であれば、カバー５０が圧電素子２４に多少接
触していても、駆動軸２２に振動を伝達することができ
る。ケース５０は、圧電素子２４の縦振動を妨げない範
囲で、圧電素子２４に近接する形状にし、圧電素子２４
で発生する熱をケース５０に逃がすようにする。給電
は、圧電素子２４の電極から引き出したリード線５６，
５８を、ケース５０の穴５２，５４から外部に出して行
う。リード線５６，５８を出す穴５２，５４には、封止
材５３，５５をつける。圧電素子２４とケース５０の間
に、熱伝達のよいペーストなどを入れてもよい。
【００５１】次に、駆動軸をベース部材に固定する構成
の変形例について、図７〜図１０、および図１６を参照
しながら説明する。
の変形例について、図７〜図１０、および図１６を参照
しながら説明する。
【００５２】図７は、駆動軸２２ａの固定端に、駆動軸
ねじ２３ａを突出させて、ベース部材２ａのめねじ３ａ
と結合させた例である。駆動軸ねじ２３ａは、駆動軸２
２ａと一体的に作っても、駆動軸２２ａとは別に作って
インサートなどで駆動軸２２ａに結合してもよい。
ねじ２３ａを突出させて、ベース部材２ａのめねじ３ａ
と結合させた例である。駆動軸ねじ２３ａは、駆動軸２
２ａと一体的に作っても、駆動軸２２ａとは別に作って
インサートなどで駆動軸２２ａに結合してもよい。
【００５３】図８は、駆動軸２２ｂの固定端に駆動軸ピ
ン２３ｂを突出させて、ベース部材２ｂの穴３ｂに圧入
した例である。駆動軸ピン２３ｂは、駆動軸２２ｂと一
体的に作っても、駆動軸２２ｂとは別に作ってインサー
トなどで駆動軸２２ｂに結合してもよい。
ン２３ｂを突出させて、ベース部材２ｂの穴３ｂに圧入
した例である。駆動軸ピン２３ｂは、駆動軸２２ｂと一
体的に作っても、駆動軸２２ｂとは別に作ってインサー
トなどで駆動軸２２ｂに結合してもよい。
【００５４】図９は、駆動軸ねじ２３ｃをベース部材２
ｃの穴３ｃに通し、反対側で取り付けナット２１ｃによ
り取り付けた例である。
ｃの穴３ｃに通し、反対側で取り付けナット２１ｃによ
り取り付けた例である。
【００５５】図１０は、駆動軸２２ｄの固定端に設けた
駆動軸ピン２３ｄをベース部材２ｄの穴３ｄに通し、反
対側で、駆動軸ピン２３ｄの小径部２３ｘに圧入板２１
ｄを嵌め込んで固定した例である。圧入板２１ｄは、略
Ｕ状の溝２１ｘが形成された板状の部品であり、圧入を
容易にするため、溝２１ｘの開口側にテーパ部２１ｙが
形成されている。圧入板２１ｄを、駆動軸ピン２３ｄの
先端側の大径部とベース部材２ｄとの間に圧入すること
により、駆動軸２２ｄをベース部材２ｄに引きつけ、こ
れにより、駆動軸２２ｄをベース部材２ｄに固定する。
駆動軸ピン２３ｄをベース部材２ｄの穴３ｄに通し、反
対側で、駆動軸ピン２３ｄの小径部２３ｘに圧入板２１
ｄを嵌め込んで固定した例である。圧入板２１ｄは、略
Ｕ状の溝２１ｘが形成された板状の部品であり、圧入を
容易にするため、溝２１ｘの開口側にテーパ部２１ｙが
形成されている。圧入板２１ｄを、駆動軸ピン２３ｄの
先端側の大径部とベース部材２ｄとの間に圧入すること
により、駆動軸２２ｄをベース部材２ｄに引きつけ、こ
れにより、駆動軸２２ｄをベース部材２ｄに固定する。
【００５６】図１６は、駆動軸２２ｇを溶接または溶着
により、ベース部材２ｇに固定した例である。図中、２
２ｈは、溶接または溶着による固着部である。
により、ベース部材２ｇに固定した例である。図中、２
２ｈは、溶接または溶着による固着部である。
【００５７】次に、駆動軸に圧電素子や磁歪素子を取り
付ける構成の変形例について、図１１および図１２を参
照しながら説明する。
付ける構成の変形例について、図１１および図１２を参
照しながら説明する。
【００５８】図１１は、圧電素子２４を、駆動軸２２ｅ
にインサート成形により取り付けた例である。駆動軸２
２ｅには、圧電素子２４の耐熱温度を超えずにインサー
ト成形可能な材料、例えばプラスチック材料を用いる。
にインサート成形により取り付けた例である。駆動軸２
２ｅには、圧電素子２４の耐熱温度を超えずにインサー
ト成形可能な材料、例えばプラスチック材料を用いる。
【００５９】図１２は、磁歪素子２５を駆動軸２２ｆに
インサート成形により取り付けた例である。駆動軸２２
ｆには、磁歪素子２５の耐熱温度を超えずにインサート
成形可能な材料、例えばプラスチック材料を用いる。
インサート成形により取り付けた例である。駆動軸２２
ｆには、磁歪素子２５の耐熱温度を超えずにインサート
成形可能な材料、例えばプラスチック材料を用いる。
【００６０】次に、ケースの代わりに被覆部材を用いた
変形例について、図１３および図１４を参照しながら説
明する。
変形例について、図１３および図１４を参照しながら説
明する。
【００６１】図１３は、磁歪素子２５と磁界発生コイル
４１とを被覆部材６０で覆った例である。被覆部材６０
には、磁歪素子２５の縦振動を妨げないように、弾力性
のある高分子材料を使用できる。磁歪素子２５や磁界発
生コイル４１からの発熱が大きいときには、熱伝導率の
よい高分子材料を使用する。被覆部材６０は、成形で作
成しても、駆動軸２２の端部と磁歪素子２５、磁界発生
コイル４１の周りに塗布して形成してもよい。例えば、
被覆部材６０として、シリコンゴムペーストを塗布す
る。
４１とを被覆部材６０で覆った例である。被覆部材６０
には、磁歪素子２５の縦振動を妨げないように、弾力性
のある高分子材料を使用できる。磁歪素子２５や磁界発
生コイル４１からの発熱が大きいときには、熱伝導率の
よい高分子材料を使用する。被覆部材６０は、成形で作
成しても、駆動軸２２の端部と磁歪素子２５、磁界発生
コイル４１の周りに塗布して形成してもよい。例えば、
被覆部材６０として、シリコンゴムペーストを塗布す
る。
【００６２】図１４は、予め成型した被覆部材６２を、
駆動軸２２の圧電素子２４側の端部に嵌め込むことによ
って、圧電素子２４を覆った例である。リード線５６，
５８は、被覆部材６２の内部に突出するように予め取り
付けおき、被覆部材６２を駆動軸２２に嵌め込むと、リ
ード線５６，５８の突出部分が、被覆部材６２と圧電素
子２４の電極との間に挟まれるようにする。
駆動軸２２の圧電素子２４側の端部に嵌め込むことによ
って、圧電素子２４を覆った例である。リード線５６，
５８は、被覆部材６２の内部に突出するように予め取り
付けおき、被覆部材６２を駆動軸２２に嵌め込むと、リ
ード線５６，５８の突出部分が、被覆部材６２と圧電素
子２４の電極との間に挟まれるようにする。
【００６３】以上説明したように、ケースや被覆部材を
駆動軸の先端に嵌め込んだり塗布するだけで、圧電素
子、磁歪素子や駆動軸の動きを妨げることなく、圧電素
子や磁歪素子を保護することができる。
駆動軸の先端に嵌め込んだり塗布するだけで、圧電素
子、磁歪素子や駆動軸の動きを妨げることなく、圧電素
子や磁歪素子を保護することができる。
【００６４】また、ねじや圧入などの機械的な結合方法
により、駆動軸をベース部材に容易に固定することがで
き、強度の高い固定とすることができる。これにより、
駆動軸の端面がベース部材に圧着し、固定端での境界条
件を安定させ、駆動装置ーの動作を安定させることもで
きる。
により、駆動軸をベース部材に容易に固定することがで
き、強度の高い固定とすることができる。これにより、
駆動軸の端面がベース部材に圧着し、固定端での境界条
件を安定させ、駆動装置ーの動作を安定させることもで
きる。
【００６５】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００６６】
【実施例】具体的な構成、駆動条件の例を、以下に示
す。
す。
【００６７】図１５に示した構成において、圧電素子２
４には、太平洋セメント社製の積層ピエゾアクチュエー
ター（型名：ＰＡＣ−１３３１）を用いる。断面寸法は
３×３ｍｍであり、伸縮方向の長さは５ｍｍである。
４には、太平洋セメント社製の積層ピエゾアクチュエー
ター（型名：ＰＡＣ−１３３１）を用いる。断面寸法は
３×３ｍｍであり、伸縮方向の長さは５ｍｍである。
【００６８】駆動軸２２には、三菱化学製の炭素繊維強
化プラスチック（ＣＦＲＰ）ロッド（型名：リードライ
ン ＬＥＡＤＬＩＮＥ）を用いる。これは、高強度炭素
繊維を、エポキシ樹脂をマトリックスとして引き抜き成
形でロッド状に加工した緊張材・鉄筋代替材である。リ
ードラインは、炭素繊維がスパイラル状ではなく直線状
に配向しているため、炭素繊維の有する強度を無駄なく
発現しており、ＰＣ鋼線を上回る引張強度を実現してい
る。リードラインの標準物性は、次の通りである。
化プラスチック（ＣＦＲＰ）ロッド（型名：リードライ
ン ＬＥＡＤＬＩＮＥ）を用いる。これは、高強度炭素
繊維を、エポキシ樹脂をマトリックスとして引き抜き成
形でロッド状に加工した緊張材・鉄筋代替材である。リ
ードラインは、炭素繊維がスパイラル状ではなく直線状
に配向しているため、炭素繊維の有する強度を無駄なく
発現しており、ＰＣ鋼線を上回る引張強度を実現してい
る。リードラインの標準物性は、次の通りである。
【００６９】使用マトリックス：熱硬化型エポキシ樹脂 繊維含有率：６５％ 引張強度：２６００ＭＰａ（２６５ｋｇｆ／ｍｍ２） 引張弾性係数：１５０ＧＰａ（１５×１０３ｋｇｆ／ｍ
ｍ２） 破断時伸び：１．６％ 熱膨張係数：０．６８×１０−６（／°Ｃ） 比重：１．６
ｍ２） 破断時伸び：１．６％ 熱膨張係数：０．６８×１０−６（／°Ｃ） 比重：１．６
【００７０】駆動軸２２の断面寸法は、３．５×３．５
ｍｍであり、一つの角２２ｒについては、半径Ｒが１〜
３ｍｍで丸くなっている。軸長Ｌは、１２ｍｍ、２０ｍ
ｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍのものを用いた。
ｍｍであり、一つの角２２ｒについては、半径Ｒが１〜
３ｍｍで丸くなっている。軸長Ｌは、１２ｍｍ、２０ｍ
ｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍのものを用いた。
【００７１】圧電素子２４には、パルス電圧を印加す
る。矩形波でデューティ比が２０％〜３５％で往動さ
せ、その反転波形である８０％〜６５％の波形で復動さ
せる。
る。矩形波でデューティ比が２０％〜３５％で往動さ
せ、その反転波形である８０％〜６５％の波形で復動さ
せる。
【００７２】各軸長Ｌについて、スライダー２６を動か
すことができる周波数の例を以下に示す。この他にも、
スライダー２６を動かすことができる周波数はある。
すことができる周波数の例を以下に示す。この他にも、
スライダー２６を動かすことができる周波数はある。
【００７３】 軸長Ｌ＝１２ｍｍ：７５ｋＨｚ、２４０ｋＨｚ 軸長Ｌ＝２０ｍｍ：１６０ｋＨｚ 軸長Ｌ＝２５ｍｍ：１３０ｋＨｚ 軸長Ｌ＝３０ｍｍ：１１０ｋＨｚ
【００７４】なお、軸長Ｌが２０ｍｍ以上では、駆動軸
２２の途中でスライダー２６が動かない駆動不能領域が
できる。原因として、駆動軸２２の縦振動波形の非対称
性が駆動軸２２の途中で少なくなり、スライダー２６が
動けなくなると考えられる。この他に、駆動軸２２の途
中に振動の節が来る場合も、スライダー２６は駆動軸２
２の途中で動けなくなると考えられる。
２２の途中でスライダー２６が動かない駆動不能領域が
できる。原因として、駆動軸２２の縦振動波形の非対称
性が駆動軸２２の途中で少なくなり、スライダー２６が
動けなくなると考えられる。この他に、駆動軸２２の途
中に振動の節が来る場合も、スライダー２６は駆動軸２
２の途中で動けなくなると考えられる。
【図１】 本発明の駆動装置の動作原理説明図である。
【図２】 本発明の駆動装置の全体構成図である。
【図３】 図２の駆動装置のケースの取り付け説明図で
ある。
ある。
【図４】 図２の駆動装置のケースの取り付け説明図で
ある。
ある。
【図５】 変形例の要部構成図である。
【図６】 変形例の要部構成図である。
【図７】 変形例の要部構成図である。
【図８】 変形例の要部構成図である。
【図９】 変形例の要部構成図である。
【図１０】 変形例の要部構成図である。
【図１１】 変形例の要部構成図である。
【図１２】 変形例の要部構成図である。
【図１３】 変形例の要部構成図である。
【図１４】 変形例の要部構成図である。
【図１５】 実施例の説明図である。
【図１６】 変形例の要部構成図である。
２ ベース部材 ２２ 駆動軸（駆動部材） ２４ 圧電素子（電気・機械変換素子） ２５ 磁歪素子（電気・機械変換素子） ２６ スライダー（被駆動部材） ３０ カバー（保護部材、被覆部） ３２，３４ 給電コネクター（保護部材、入力部、伝達
部） ４０ カバー（保護部材、被覆部） ４１ 磁界発生コイル（保護部材、コイル部） ４２，４４ 給電コネクター（保護部材、入力部） ５０ カバー（保護部材） ６０，６２ 被覆部材（保護部材）
部） ４０ カバー（保護部材、被覆部） ４１ 磁界発生コイル（保護部材、コイル部） ４２，４４ 給電コネクター（保護部材、入力部） ５０ カバー（保護部材） ６０，６２ 被覆部材（保護部材）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H680 AA08 AA12 BB02 BB13 DD01 DD23 DD30 DD40 DD53 DD73 DD83 EE07 FF03 FF04 FF08 FF38 GG11 GG19 GG25
Claims (6)
- 【請求項１】 一端に電気・機械変換素子が結合され、
他端側がベース部材に固定される駆動部材と、該駆動部
材に摩擦係合する被駆動部材とを備え、上記電気・機械
変換素子の振動により上記駆動部材に振動を起こし、上
記被駆動部材を上記駆動部材に沿って移動させる、電気
・機械変換素子を用いた駆動装置において、 上記駆動部材の上記他端側は、上記ベース部材に直接圧
接するように機械的に固定されることを特徴とする、電
気・機械変換素子を用いた駆動装置。 - 【請求項２】 一端に電気・機械変換素子が結合され、
他端側がベース部材に固定される駆動部材と、該駆動部
材に摩擦係合する被駆動部材とを備え、上記電気・機械
変換素子の振動により上記駆動部材に振動を起こし、上
記被駆動部材を上記駆動部材に沿って移動させる、電気
・機械変換素子を用いた駆動装置において、 上記電気・機械変換素子を覆う保護部材を備えたことを
特徴とする、電気・機械変換素子を用いた駆動装置。 - 【請求項３】 一端に電気・機械変換素子が結合され、
他端側がベース部材に固定される駆動部材と、該駆動部
材に摩擦係合する被駆動部材とを備え、上記電気・機械
変換素子の振動により上記駆動部材に振動を起こし、上
記被駆動部材を上記駆動部材に沿って移動させる、電気
・機械変換素子を用いた駆動装置において、 上記駆動部材の上記他端側と上記ベース部材の少なくと
も一方が溶融後に固着して固定されることを特徴とす
る、電気・機械変換素子を用いた駆動装置。 - 【請求項４】 上記電気・機械変換素子が、上記電気・
機械変換素子と上記駆動部材とを結ぶ方向に振動し、該
振動により上記駆動部材に縦振動を起こすことができる
ことを特徴とする、請求項１、２又は３記載の電気・機
械変換素子を用いた駆動装置。 - 【請求項５】 上記電気・機械変換素子は、圧電素子で
あり、 上記保護部材は、 上記圧電素子を覆う被覆部と、 上記被覆部から外部に露出し、上記圧電素子に供給する
電気エネルギーが入力される入力部と、 上記被覆部の内部に配置され、上記入力部と上記圧電素
子の電極とを電気的に接続する伝達部とを有し、 該伝達部が上記圧電素子に接触し、上記圧電素子を保持
する保持作用、又は上記圧電素子で発生した熱を外部に
放射する放熱作用を有することを特徴とする、請求項１
乃至４のいずれか一つに記載の電気・機械変換素子を用
いた駆動装置。 - 【請求項６】 上記電気・機械変換素子は磁歪素子であ
り、 上記保護部材は、 上記磁歪素子を覆う被覆部と、 上記被覆部から外部に露出し、上記磁歪素子に供給する
電気エネルギーが入力される入力部と、 上記被覆部の内部に配置され、上記磁歪素子に与える磁
界を生じるコイル部とを有し、 上記コイル部は、上記被覆部の内面に接することを特徴
とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の電気・
機械変換素子を用いた駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001098984A JP4120176B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 電気・機械変換素子を用いた駆動装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2001098984A JP4120176B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 電気・機械変換素子を用いた駆動装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002300789A true JP2002300789A (ja) | 2002-10-11 |
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|---|---|---|---|
| JP2001098984A Expired - Fee Related JP4120176B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 電気・機械変換素子を用いた駆動装置 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| JP2009189077A (ja) * | 2008-02-01 | 2009-08-20 | Sony Corp | 駆動装置及びその制御方法 |
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-
2001
- 2001-03-30 JP JP2001098984A patent/JP4120176B2/ja not_active Expired - Fee Related
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