JP2007274791A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電源の構成が簡単な圧電素子を用いた駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置１０は、第１圧電素子１１と第２圧電素子１２と、駆動電源１７と、被駆動体１５を有する。第１，第２圧電素子１１，１２は被駆動体１５の可動方向と直交する方向で被駆動体１５に押し当てられている。第１圧電素子１１は被駆動体１５の送り方向の変位成分と被駆動体１５への押圧方向の変位成分とを有する変位を生じる。第２圧電素子１２は被駆動体１５の送り方向の変位成分が第１圧電素子１１とは逆向きの変位を生じる。駆動電源１７は、第１圧電素子１１を変位させて摩擦力により被駆動体１５を所定の送り方向に送り、第１圧電素子１１と第２圧電素子１２の被駆動体１５に対する姿勢を逆転させ、第２圧電素子１２を変位させて摩擦力により被駆動体１５を同じ送り方向にさらに送るように、第１，第２圧電素子１１，１２にそれぞれ独立した駆動電圧を印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リニアモータやＸ−Ｙステージ等に好適な、圧電素子を利用した駆動装置に関する。

近時、Ｘ−Ｙステージやリニアモータ、回転ステージ等の駆動源に圧電素子を利用する提案がなされている（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。

非特許文献１に開示された駆動装置は、２カ所の伸縮部が並列に設けられた圧電素子を被駆動体の移動方向に４個並べ、その伸縮方向の一端に被駆動体が押し当てられた構造を有しており、１個の圧電素子が有する２カ所の伸縮部に位相が９０°ずれた駆動電圧を印加することによって圧電素子が被駆動体に接しているところの圧電素子の先端に楕円運動を生じさせ、かつ、４個の圧電素子を２組に分けて各組の圧電素子の楕円運動の位相を１８０°ずらすことで、被駆動体を所定の方向に移動させる。しかしながら、この駆動装置では、４個の圧電素子が有する合計８カ所の伸縮部を２部ずつ４組に分けて各組を９０°ずつ位相がずれた４相の電圧で駆動制御するために、その電源の構成が複雑になる。

また、特許文献１に開示された駆動装置は、圧電素子の剪断変形（１５モード）と伸縮変形（３３モード）とを組み合わせた構造を有している。しかしながら、剪断変形を生じさせる圧電素子では、分極方向と駆動電圧の印加方向とが直交するために、駆動により経時的に脱分極が生じるおそれがある。また、圧電素子の作製工程は、分極処理後にその分極処理に用いた電極を除去し、それに直交する面に新たに電極を設けなければならない等、複雑である。しかも、変位量を大きく得ようとすると駆動電圧が大きくなるという問題もある。
特開２００６−６０２１号公報（図７等） PiezoLEGS drive principle、PiezoMotor、［2006年3月29日検索］インターネット＜URL：http://www.piezomotor.se/pages/animation.html＞

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子を用いた駆動装置であって、その駆動電源の構成が簡単であり、しかも、圧電素子を脱分極を生じさせることなく駆動することが可能な駆動装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、駆動部と、該駆動部を駆動するための制御部と、該駆動部により一定方向に動く被駆動体とを有する駆動装置であって、
前記駆動部は、前記被駆動体の可動方向と直交する方向において該被駆動体と所定の力で押し当てられた一対の圧電素子と、該一対の圧電素子を保持する保持手段とを具備し、
前記一対の圧電素子は、前記被駆動体の送り方向の変位成分と、該被駆動体との押圧方向の変位成分とを有する変位を生じる第１圧電素子と、該被駆動体の送り方向の変位成分については該第１圧電素子とは逆向きの変位を生じる第２圧電素子とを有し、
前記制御部は、前記第１圧電素子を変位させて該第１圧電素子と前記被駆動体との間の摩擦力によって該被駆動体を所定の送り方向に一定距離送り、該第１圧電素子と前記第２圧電素子の該被駆動体に対する姿勢を逆転させ、該第２圧電素子を変位させて該第２圧電素子と該被駆動体との間の摩擦力によって該被駆動体を該所定の送り方向にさらに一定距離送るように、該第１圧電素子と該第２圧電素子にそれぞれ独立した駆動電圧を印加することを特徴とする駆動装置が提供される。

この駆動装置において、制御部としては、第１圧電素子に所定の電圧が印加されて変位している状態から急峻に第１圧電素子が無変位状態となるように第１圧電素子に印加されている電圧を変化させ、同時に、無変位状態にある第２圧電素子に急峻な変位が生じるように電圧を印加することにより、被駆動体に対する第１圧電素子と第２圧電素子の姿勢を逆転させる制御を行うものが好ましい。

また制御部は、第１，第２圧電素子が被駆動体を摩擦力により動かしている間の駆動電圧値を調節することにより、被駆動体を所望位置に到達させる制御を行うものが好ましい。

第１，第２圧電素子としては、所定の電圧が印加されたときに伸縮変位を生じると同時に屈曲変位を生じるようにその一側面側にクランプ部を有している積層型圧電アクチュエータが好適に用いられる。この場合に第１，第２圧電素子は、それぞれのクランプ部が被駆動体の送り方向で反対向きとなるように、つまり被駆動体の送り方向をＸ方向とすると、一方の圧電素子のクランプ部を＋Ｘ側に、他方の圧電素子のクランプ部を−Ｘ側にして、保持手段に保持させる。

第１，第２圧電素子としては、一般的な積層型圧電アクチュエータを用いることもできる。この場合には、保持手段は、第１，第２圧電素子の伸縮方向が第１，第２圧電素子と被駆動体とを押圧する方向と一定角度ずれるように、第１，第２圧電素子の伸縮方向端面がそれぞれ取り付けられる斜面を有する断面二等辺三角形状の凸部を備えた構造とする。

第１，第２圧電素子としては、補強板の片側主面に圧電板が貼り付けられたユニモルフ素子を用いることも好ましい。その場合には、第１，第２圧電素子は、それぞれの圧電板が被駆動体の送り方向で反対向きとなるように、保持手段に保持された構成とする。

本発明の駆動装置は、第１圧電素子と第２圧電素子を独立させた２相制御により駆動させることができるので、電源の構成を簡単にすることができる。また、圧電素子の駆動に１５モードを用いず、圧電素子を構成する圧電体にその分極時の電圧の向きと同じ向きに駆動電圧を印加することにより駆動することができるので、圧電体に脱分極の発生するおそれが無く、これにより長寿命な駆動装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは本発明の駆動装置を、被駆動体を一軸方向に移動させるリニアモータ（スライダ）に適用した場合について説明することとする。

図１に第１の実施形態に係る駆動装置の概略構造を示す。この駆動装置１０は、２個の第１圧電素子１１と、２個の第２圧電素子１２と、これら４個の第１，第２圧電素子１１，１２を固定する基台１４と、第１，第２圧電素子１１，１２と一定の力で押し当てられた被駆動体１５と、被駆動体１５をＸ方向にスライド自在に保持するガイド１６と、第１，第２圧電素子１１，１２を駆動するための制御部である駆動電源１７を備えている。

なお、駆動装置１０の構成および動作を説明するための座標軸であるＸ軸とＺ軸を図１に示す通りに定める。また、第１，第２圧電素子１１，１２と被駆動体１５とを一定の力で当接させるための押圧機構は図示を省略しているが、この押圧機構は、第１，第２圧電素子１１，１２と被駆動体１５とが一定の力で押し付けられるように、Ｚ方向で基台１４とガイド１６の間に力を加えている。

第１，第２圧電素子１１，１２は、所謂、積層型圧電アクチュエータである。第１，第２圧電素子１１，１２は、所定の電圧が印加されることにより、その長さ方向に伸縮する。基台１４は、断面形状が二等辺三角形となる凸部１４ａを備えており、この凸部１４ａの傾斜面にそれぞれ第１，第２圧電素子１１，１２の伸縮方向端が固定されている。

凸部１４ａの底角をθとすると、第１，第２圧電素子１１，１２の伸縮方向はそれぞれＺ軸と角度θだけずれた方向となる。よって、例えば、第１圧電素子１１が変位量Ｍだけ伸張したとすると、そのときの変位成分は＋Ｚ成分（＝＋Ｍｓｉｎθ）と−Ｘ成分（＝−Ｍｃｏｓθ）を有し、第１圧電素子１１が変位量Ｍだけ収縮したとすると、そのときの変位成分は−Ｚ成分（＝−Ｍｓｉｎθ）と＋Ｘ成分（＝＋Ｍｃｏｓθ）を有する。同様に、第２圧電素子１２が変位量Ｍだけ伸張したとすると、そのときの変位成分は＋Ｚ成分（＝＋Ｍｓｉｎθ）と＋Ｘ成分（＝＋Ｍｃｏｓθ）を有し、第２圧電素子１２が変位量Ｍだけ収縮したとすると、そのときの変位成分は−Ｚ成分（＝−Ｍｓｉｎθ）と−Ｘ成分（＝−Ｍｃｏｓθ）を有する。

駆動装置１０では、１カ所の凸部１４ａに固定された１個の第１圧電素子１１と１個の第２圧電素子１２が１組の駆動部となっている。図１には２組の駆動部を備えた構成を示しているが、駆動部は３組以上がＸ方向に並べられた構成であってもよい。また、ガイド１６による被駆動体１５の保持態様に依存するが、１組の駆動部のみを有する構成とすることも可能である。

第１，第２圧電素子１１，１２の構造は、積層型圧電アクチュエータである限りにおいて限定はなく、圧電体と金属板を交互に接着剤を用いて接着してなる接着型のものを用いてもよいし、電極印刷されたセラミックスグリーンシートを用いて圧電セラミックスと電極を同時焼成する一体焼結型を用いてもよい。さらに、一体焼結型の積層型圧電アクチュエータの場合、所謂、積層コンデンサ構造、全面電極型構造、応力緩和型構造のいずれでもよい。

第１，第２圧電素子１１，１２を直接に被駆動体１５に当接させた場合に生じる第１，第２圧電素子１１，１２の摩耗劣化を防止するために、第１，第２圧電素子１１，１２の被駆動体１５側の端面にはそれぞれ、窒化珪素（ＳｉＮ），炭化珪素（ＳｉＣ），アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３），ジルコニア（ＺｒＯ_２）や鋳鉄，特殊ステンレス鋼等の耐摩耗性材料からなる半球状の摺動部材１９が取り付けられている。

図１に示す通りに、第１，第２圧電素子１１，１２は被駆動体１５に対して角度θだけ傾いた状態で当接しているので、摺動部材１９を設けることにより、第１，第２圧電素子１１，１２が被駆動体１５を押圧した際に第１，第２圧電素子１１，１２に反作用として掛かる際の負荷が第１，第２圧電素子１１，１２全体に及ぶようにすることができ、第１，第２圧電素子１１，１２を長寿命化させることができる。

なお、第１，第２圧電素子１１，１２は伸縮変位を生じればよいので、原理的には柱状のモノリシック圧電体を用いることもできる。しかしその場合には、被駆動体１５を一定の速度で移動させるためには極めて高い駆動電圧が必要となることを考慮すれば、現実的とは言えない。

駆動電源１７は、第１圧電素子１１を駆動するための第１電源Ｖ_１と、第２圧電素子１２を駆動するための第２電源Ｖ_２を有する２相駆動電源である。

続いて、駆動装置１０の駆動方法について説明する。図２に第１，第２圧電素子１１，１２にそれぞれ印加する駆動電圧波形を示し、図３に駆動装置１０の駆動態様を模式的に示す。なお、図３では、被駆動体１５の移動態様を解りやすく示すために、第１，第２圧電素子１１，１２の変位量を極端に大きく描いており、それに伴い、被駆動体１５のＺ方向位置が大きく変化するように描かれている。しかし実際には、被駆動体１５のＺ方向位置はこのように変化するものではない。また、図３では駆動電源１７の図示を省略しているが、図１によって図４に示された第１，第２圧電素子１１，１２に図３に示されたどの駆動電圧が印加されるかは明確である。

図３中の（Ａ）状態は初期状態であり、第１，第２圧電素子１１，１２のいずれにも駆動電圧は印加されていない（Ｖ_１＝Ｖ_２＝０）。最初に、第１圧電素子１１に印加する電圧のみを一定の勾配で電圧Ｖａまで上げていくと、第１圧電素子１１が伸張し、第１圧電素子１１に設けられた摺動部材１９と被駆動体１５との間の摩擦力によって、被駆動体１５は第１圧電素子１１の変位量のＸ方向成分長さだけ−Ｘ側に移動する。

図３中の（Ｂ）状態は、Ｖ_１＝Ｖａ，Ｖ_２＝０の状態を示している。このとき第２圧電素子１２の先端に設けられた摺動部材１９は、被駆動体１５と離間しているかまたは被駆動体１５と接触していても摺動部材１９との摩擦力が小さくなっている状態にある。すなわち、図３中の（Ｂ）状態は、実質的に、被駆動体１５は第１圧電素子１１に摺動保持されている状態と言うことができる。

次に、第１圧電素子１１と第２圧電素子１２の被駆動体１５に対する姿勢を逆転させる。すなわち、第１圧電素子１１に印加する電圧Ｖ_１をＶａから０へ急降下させ、一方、第２圧電素子１２に印加する電圧Ｖ_２を０からＶａへ急上昇させる。これにより図３中の（Ｃ）状態に示すように、被駆動体１５が第１圧電素子１１によって摺動保持されている状態から第２圧電素子１２によって摺動保持される状態に瞬時に切り替えることができる。

図３中の（Ｂ）状態から（Ｃ）状態へ遷移する間では、第１，第２圧電素子１１，１２のそれぞれの摺動部材１９を被駆動体１５に対して滑らせることができるので、被駆動体１５を−Ｘ側に実質的に移動させることはない。

続いて、第１圧電素子１１については非駆動状態（Ｖ_１＝０）を維持し、第２圧電素子１２に印加した電圧をＶａから０に向けて一定勾配で下げる。これにより第２圧電素子１２は収縮するが、このときの変位成分は−Ｘ成分と−Ｚ成分を有しているので、第２圧電素子１２に設けられた摺動部材１９と被駆動体１５との間の摩擦力によって、被駆動体１５は第２圧電素子１２の変位量の−Ｘ成分の長さだけ−Ｘ側に移動する。こうして第２圧電素子１２に印加する電圧Ｖ_２が０となったときの状態が図３中の（Ｄ）状態に示されている。

図３中の（Ｄ）状態における第１，第２圧電素子１１，１２の状態は、初期状態と同じである。したがって、上述した１サイクルの駆動電圧を所定回数繰り返して印加することにより、被駆動体１５を−Ｘ側の所望の位置に移動させることができる。

なお、被駆動体１５を移動させることができる長さは、原理的には第１，第２圧電素子１１，１２の変位量のＸ成分の倍数となる。そのため、例えば、１０サイクルの駆動電圧印加では目的位置に到達せず１１サイクルの駆動電圧印加では目的位置をオーバーしてしまう場合には、１０サイクル印加後に、第１圧電素子１１に印加する電圧を０からＶａに上げる途中または第２圧電素子１２に印加された電圧をＶａから０に下げる途中のいずれかで駆動電圧を一定に保持することにより、目的位置で被駆動体１５を保持することができる。

図２に示した駆動電圧波形は被駆動体１５を−Ｘ側に移動させるものであるが、この電源Ｖ_１による駆動電圧を第２圧電素子１２に印加し、電源Ｖ_２による駆動電圧を第１圧電素子１１に印加することにより、被駆動体１５を＋Ｘ側に移動させることができる。

次に、第２の実施形態に係る駆動装置について説明する。図４に第２の実施形態に係る駆動装置３０の概略構造を示す。この駆動装置３０は、２個の第１圧電素子３１と、２個の第２圧電素子３２と、これら４個の第１，第２圧電素子３１，３２を固定する基台３４と、第１，第２圧電素子３１，３２と一定の力で押し当てられた被駆動体１５と、被駆動体１５をＸ方向にスライド自在に保持するガイド１６と、第１，第２圧電素子３１，３２を駆動するための駆動電源１７を備えている。

駆動装置３０の構成および動作を説明するための座標軸であるＸ軸とＺ軸を図１と同様に図４に示す通りに定める。また、第１，第２圧電素子３１，３２と被駆動体１５とを一定の力で当接させるための図示しない押圧機構は、Ｚ方向で基台３４とガイド１６の間に力を加えている。駆動装置３０を構成する被駆動体１５，ガイド１６，駆動電源１７は、駆動装置１０を構成するものと同じである。

基台３４において第１，第２圧電素子３１，３２を固定する面は、基台１４と異なり、平坦となっている。そのため第１，第２圧電素子３１，３２はその長さ方向がＺ軸と平行になるように基台３４に固定されている。

第１，第２圧電素子３１，３２の被駆動体１５側の端面には摺動部材１９（第１，第２圧電素子１１，１２に取り付けられているものと同じ）が取り付けられている。

第１圧電素子３１は積層型圧電アクチュエータであるが、その＋Ｘ側側面に圧電不活性なクランプ部３１ａが設けられた構造を有している。そのため、圧電活性領域に所定の駆動電圧が印加されると、−Ｘ側の変位量が大きく、＋Ｘ側の変位量が小さくなるように、屈曲を伴う伸縮変位が生じる。すなわち、第１圧電素子３１に設けられた摺動部材１９は、圧電素子３１に所定の電圧が印加されると、＋Ｘ成分と＋Ｚ成分とを合わせた向きに移動する。

第１，第２圧電素子３１，３２は、駆動装置３０における配置形態が異なるだけで、構造に変わりはない。したがって、第２圧電素子３２もクランプ部３２ａを有している。先に説明した駆動装置１０と同様に、駆動装置３０においても１個の第１圧電素子３１と１個の第２圧電素子３２が１組の駆動部を構成しており、図４に示されるように、１組の駆動部を構成する第１，第２圧電素子３１、３２はそのクランプ部３１ａ，３２どうしが対面するように配置されている。したがって、第２圧電素子３２のクランプ部３２ａは−Ｘ側に位置しており、第２圧電素子３２に設けられた摺動部材１９は、第２圧電素子３２に所定の電圧が印加されると、−Ｘ成分と＋Ｚ成分とを合わせた向きに移動する。

続いて、駆動装置３０の駆動方法について説明する。第１，第２圧電素子３１，３２にそれぞれ印加する駆動電圧は、先に図２に示したものと同じものを用いることができる。第１圧電素子３１に電源Ｖ_１の駆動電圧を印加し、第２圧電素子３２には電源Ｖ_２の駆動電圧を印加するものとする。図５に駆動装置３０の駆動態様を模式的に、図３と同様に示す。

図５中の（Ａ）状態は初期状態であり、第１，第２圧電素子３１，３２のいずれにも駆動電圧は印加されていない（Ｖ_１＝Ｖ_２＝０）。最初に、第１圧電素子３１に印加する電圧のみを一定の勾配で上げていくと、第１圧電素子３１が屈曲・伸張変位し、第１圧電素子３１に設けられた摺動部材１９と被駆動体１５との間の摩擦力によって、被駆動体１５は第１圧電素子３１の変位量のＸ方向成分長さだけ＋Ｘ側に移動する。

図５中の（Ｂ）状態は、Ｖ_１＝Ｖａ，Ｖ_２＝０の状態を示している。次いで、第１圧電素子３１に印加する電圧Ｖ_１をＶａから０へ急降下させ、一方、第２圧電素子３２に印加する電圧Ｖ_２をＶａへ急上昇させる。これにより図５中の（Ｃ）状態に示すように、被駆動体１５が第１圧電素子３１によって摺動保持されている状態から第２圧電素子３２によって摺動保持される状態に瞬時に切り替えることができる。この図５中の（Ｂ）状態から（Ｃ）状態への遷移は、先に説明した図３中の（Ｂ）状態から（Ｃ）状態へ遷移と同様であり、この間に被駆動体１５を−Ｘ側に実質的に移動させることはない。

続いて、第１圧電素子３１については非駆動状態（Ｖ_１＝０）を維持し、第２圧電素子３２に印加した電圧をＶａから０に向けて一定勾配で下げる。これにより圧電素子３２は収縮するが、このときの変位成分は＋Ｘ成分と−Ｚ成分を有しているので、第２圧電素子３２に設けられた摺動部材１９と被駆動体１５との間の摩擦力によって、被駆動体１５は第２圧電素子３２の変位量の＋Ｘ成分の長さだけ＋Ｘ側に移動する。こうして第２圧電素子３２に印加する電圧Ｖ_２が０となったときの状態が図５中の（Ｄ）状態に示されている。

以降、上述した１サイクルの駆動電圧を所定回数繰り返して印加することにより、被駆動体１５を＋Ｘ側の所望の位置に移動させることができ、あるサイクルの途中で第１圧電素子３１または第２圧電素子３２に印加する駆動電圧を一定値に保持することにより、目的位置で被駆動体１５を保持することができる。

なお、駆動装置３０において１組の駆動部を構成している第１，第２圧電素子３１，３２の配置を、第１，第２圧電素子３１，３２の圧電活性部どうしが対面する（１つの駆動部の第１圧電素子３１のクランプ部３１ａは、その隣の駆動部の第２圧電素子３２のクランプ部３２ａと対面する）配置に変形して、図５に示す駆動電圧によって第１，第２圧電素子３１，３２を駆動させれば、被駆動体１５を−Ｘの向きに移動させることができる。

また、図４に示した駆動装置３０の構成において、電源Ｖ_１による駆動電圧を第２圧電素子３２に印加し、電源Ｖ_２による駆動電圧を第１圧電素子３１に印加することによっても、被駆動体１５を−Ｘ側に移動させることができる。

次に、第３の実施形態に係る駆動装置について説明する。図６に第３の実施形態に係る駆動装置５０の概略構造を示す。この駆動装置５０は、２個の第１圧電素子５１と、２個の第２圧電素子５２と、これら４個の第１，第２圧電素子５１，５２を固定する基台５４と、第１，第２圧電素子５１，５２と一定の力で押し当てられた被駆動体１５と、被駆動体１５をＸ方向にスライド自在に保持するガイド１６と、第１，第２圧電素子５１，５２を駆動するための駆動電源５５を備えている。

駆動装置５０の構成および動作を説明するための座標軸であるＸ軸とＺ軸を図６に示されるように、図１，図４と同様に定める。また、第１，第２圧電素子５１，５２と被駆動体１５とを一定の力で当接させるための図示しない押圧機構は、Ｚ方向で基台５４とガイド１６の間に力を加えている。駆動装置５０を構成する被駆動体１５，ガイド１６は、駆動装置１０，３０を構成するものと同じである。駆動電源５５は、先に図２に示した駆動波形とは異なる波形の駆動電圧を第１，第２圧電素子５１，５２に印加するが、第１圧電素子５１を駆動する第１電源Ｖ_１と、第２圧電素子５２を駆動する第２電源Ｖ_２を有する２相駆動電源である点で、駆動電源１７と変わりはない。

第１，第２圧電素子５１，５２はともに、補強板６１の主面に圧電板６２が貼り付けられたユニモルフ型素子であり、Ｚ方向が長さ方向、Ｘ方向が厚さ方向、幅方向が紙面に垂直な方向となっている。補強板６１の被駆動体１５側端面には半円柱状（長さ方向は紙面に垂直な方向）の摺動部材６３が取り付けられている。圧電板６２はその厚さ方向に分極処理されている。

１個の第１圧電素子５１と１個の第２圧電素子５２が１組の駆動部を構成し、各駆動部においては、第１，第２圧電素子５１，５２はその長さ方向がＺ方向となるように、かつ、圧電板６２どうしが対面するように、基台５４に固定されている。基台５４は補強板６１を保持することにより第１，第２圧電素子５１，５２を固定している。補強板６１としては金属材料が好適に用いられる。

第１，第２圧電素子５１，５２の駆動は、圧電板６２を分極処理したときの電圧の向きと同じ向きに駆動電圧を印加することにより行う。この場合、圧電板６２は電圧の印加によりｄ_３１効果によって長さ方向で収縮するので、第１，第２圧電素子５１，５２は、圧電板６２が内側の弧となり、補強板６１が外側の弧となるように屈曲変位する。

続いて、駆動装置５０の駆動方法について説明する。図７に第１，第２圧電素子５１，５２にそれぞれ印加する駆動電圧波形を示す。また、図８に駆動装置５０の駆動態様を模式的に示す。

図８中の（Ａ）状態は初期状態であり、第１，第２圧電素子５１，５２のいずれにも駆動電圧は印加されていない（Ｖ_１＝Ｖ_２＝０）。駆動装置５０の駆動では最初に、第１，第２圧電素子５１，５２に同時に立ち上がりの鋭い電圧（Ｖ_１＝Ｖ_２＝Ｖａ）を印加してこれらを瞬時に屈曲させ、図８中の（Ｂ）状態とする。このとき、第１，第２圧電素子５１，５２にそれぞれ設けられた摺動部材６３を被駆動体１５に対して滑らせることができ、また第１，第２圧電素子５１，５２の屈曲変位のＸ成分はそれぞれ逆向きであるために、被駆動体１５のＸ方向位置は変化しない。

続いて第２圧電素子５２の状態を保持し、第１圧電素子５１に印加する電圧のみを一定の勾配で下げていくと、第１圧電素子５１の屈曲変位量が小さくなり元の鉛直な姿勢に戻る。この状態が図８中の（Ｃ）状態である（Ｖ_１＝０，Ｖ_２＝Ｖａ）。図８の（Ｂ）状態から（Ｃ）状態への遷移過程においては、第１圧電素子５１に設けられた摺動部材６３が円弧を描くように移動し、その際に摺動部材６３と被駆動体１５との間の摩擦力によって、被駆動体１５は−Ｘ側に、大凡、第１圧電素子５１のＸ方向変位量だけ移動する。

次いで、第１圧電素子５１に印加する電圧Ｖ_１を０からＶａへ急上昇させ、一方、第２圧電素子５２に印加する電圧Ｖ_２をＶａへ急降下させる。これにより図８中の（Ｄ）状態（Ｖ_１＝Ｖａ，Ｖ_２＝０）に示すように、被駆動体１５が第１圧電素子５１によって保持されている状態から第２圧電素子５２によって保持される状態に瞬時に切り替えることができる。図８に示す（Ｃ）状態から（Ｄ）状態への遷移の間に被駆動体１５を−Ｘ側に実質的に移動させることはない。

続いて、第１圧電素子５１については屈曲状態（Ｖ_１＝Ｖａ）を維持し、第２圧電素子５２に印加する電圧Ｖ_２のみを０からＶａへ一定の勾配で上げていくと、これにより圧電素子１２が屈曲する。そのとき第２圧電素子５２に設けられた摺動部材６３が円弧を描くように移動し、その際に摺動部材６３と被駆動体１５との間の摩擦力によって、被駆動体１５は−Ｘ側に、大凡、第２圧電素子５２のＸ方向変位量だけさらに移動する。この状態が図８中の（Ｅ）状態（Ｖ_１＝Ｖ_２＝Ｖａ）である。

図８中の（Ｂ）状態と（Ｅ）状態とでは、被駆動体１５のＸ方向位置が異なるだけで、第１，第２圧電素子５１，５２は同じ状態にあるので、以降、図８（Ｂ）状態〜１０（Ｅ）状態のサイクルを繰り返すことにより、被駆動体１５を−Ｘ側の所望の位置に移動させることができ、あるサイクルの途中で、第１圧電素子５１または第２圧電素子５２に印加する電圧を一定値に保持することにより、目的位置で被駆動体１５を保持することができる。被駆動体１５の目的位置での保持が終了した場合には、第１，第２圧電素子５１，５２に一定の駆動電圧が印加されている場合には、その駆動電圧を０に急降下させることにより、図８の（Ａ）状態に戻すことができる。

なお、駆動装置５０における１組の駆動部を構成する第１，第２圧電素子５１，５２の配置を、補強板６１どうしが対面する配置に変形して、図７に示す駆動電圧によって第１，第２圧電素子５１，５２を駆動させれば、被駆動体１５を＋Ｘの向きに移動させることができる。また、図６に示した駆動装置５０の構成において、図７に示した電源Ｖ_１による駆動電圧を第２圧電素子５２に印加し、電源Ｖ_２による駆動電圧を第１圧電素子５１に印加することによっても、被駆動体１５を＋Ｘ側に移動させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、駆動装置１０において、第１，第２圧電素子１１，１２の被駆動体１５に対する姿勢を逆転させるために、第１圧電素子１１に印加する電圧Ｖ_１をＶａから０へ急降下させ、一方、第２圧電素子１２に印加する電圧Ｖ_２を０からＶａへ急上昇させた駆動方法を示したが、これに限られず、第１圧電素子１１に印加する電圧Ｖ_１をＶａに保持したまま、第２圧電素子１２に印加する電圧Ｖ_２をＶａに上げて、その後に第１圧電素子１１に印加する電圧Ｖ_１を０に戻すように、第１，第２圧電素子１１，１２を駆動してもよい。

また、上記説明においては本発明の駆動装置をリニアモータに適用した場合について説明したが、例えば、第１，第２圧電素子１１，１２を枢軸回りに回転自在に保持された円板の外周側面に当接させ、または円板の主面にその外周近傍において当接させれば、その円板を回転させることも可能である。

また、駆動装置１０，３０，５０においては、被駆動体１５をガイド１６でスライド自在に保持した形態を示したが、例えば、駆動装置１０を構成する第１，第２圧電素子１１，１２のペアを複数、平面的に並べて、これらが一定重量のステージを支持する構成とし、その自重を利用してステージと第１，第２圧電素子１１，１２との間に一定の摩擦力が作用するように構成すれば、ガイドの必要のないステージを構成することもできる。

さらに、第１，第２圧電素子１１，１２と基台１４を一体的にＺ方向で逆向きにすれば、第１，第２圧電素子１１，１２と基台１４とが一体的に動く自走式のスライダを構成することができる。

第１の実施形態に係る駆動装置の概略構造を示す図。 図１に示す駆動装置の圧電素子に印加する駆動電圧波形を示す図。 図１に示す駆動装置の駆動態様を模式的に示す図。 第２の実施形態に係る駆動装置の概略構造を示す図。 図４に示す駆動装置の駆動態様を模式的に示す図。 第３の実施形態に係る駆動装置の概略構造を示す図。 図６に示す駆動装置の圧電素子に印加する駆動電圧波形を示す図。 図６に示す駆動装置の駆動態様を模式的に示す図。

符号の説明

１０・３０・５０…駆動装置、１１・１２・３１・３２・５１・５２…圧電素子、１４・３４・５４…基台、１４ａ…凸部、１５…被駆動体、１６…ガイド、１７・５５…駆動電源、１９・６３…摺動部材、３１ａ・３２ａ…クランプ部、６１…補強板、６２…圧電体。

Claims (6)

1. 駆動部と、該駆動部を駆動するための制御部と、該駆動部により一定方向に動く被駆動体とを有する駆動装置であって、
   前記駆動部は、前記被駆動体の可動方向と直交する方向において該被駆動体と所定の力で押し当てられた一対の圧電素子と、該一対の圧電素子を保持する保持手段とを具備し、
   前記一対の圧電素子は、前記被駆動体の送り方向の変位成分と、該被駆動体との押圧方向の変位成分とを有する変位を生じる第１圧電素子と、該被駆動体の送り方向の変位成分については該第１圧電素子とは逆向きの変位を生じる第２圧電素子とを有し、
   前記制御部は、前記第１圧電素子を変位させて該第１圧電素子と前記被駆動体との間の摩擦力によって該被駆動体を所定の送り方向に一定距離送り、該第１圧電素子と前記第２圧電素子の該被駆動体に対する姿勢を逆転させ、該第２圧電素子を変位させて該第２圧電素子と該被駆動体との間の摩擦力によって該被駆動体を該所定の送り方向にさらに一定距離送るように、該第１圧電素子と該第２圧電素子にそれぞれ独立した駆動電圧を印加することを特徴とする駆動装置。
2. 前記制御部は、前記第１圧電素子に所定の電圧が印加されて変位している状態から急峻に該第１圧電素子が無変位状態となるように該第１圧電素子に印加されている電圧を変化させ、同時に、無変位状態にある前記第２圧電素子に急峻な変位が生じるように電圧を印加することにより、該被駆動体に対する該第１圧電素子と該第２圧電素子の姿勢を逆転させることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記制御部は、前記第１，第２圧電素子のいずれか一方が前記被駆動体を摩擦力により動かしている間の駆動電圧値を調節することにより、該被駆動体を所望位置に到達させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記第１，第２圧電素子は積層型圧電アクチュエータであり、
   前記積層型圧電アクチュエータは所定の電圧が印加されたときに、伸縮変位を生じると同時に屈曲変位を生じるように、その一側面側にクランプ部を有し、
   前記第１，第２圧電素子は、それぞれのクランプ部が前記被駆動体の送り方向で反対向きとなるように、前記保持手段に保持されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 前記第１，第２圧電素子は積層型圧電アクチュエータであり、
   前記保持手段は、前記第１，第２圧電素子の伸縮方向が前記押圧方向と一定角度ずれるように、該第１，第２圧電素子の伸縮方向端面がそれぞれ取り付けられる斜面を有する断面二等辺三角形状の凸部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 前記第１，第２圧電素子は、補強板の片側主面に圧電板が貼り付けられたユニモルフ素子であり、
   前記第１，第２圧電素子は、それぞれの圧電板が前記被駆動体の送り方向で反対向きとなるように、前記保持手段に保持されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の駆動装置。

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