JP4742519B2 - 電気機械変換素子を用いた駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は，圧電素子，電歪素子，磁歪素子等の電気機械変換素子を用いた駆動装置に関する。さらに詳細には，電気機械変換素子に駆動摩擦部材が接着剤で接着されている電気機械変換素子を用いた駆動装置に関するものである。

従来より，圧電素子，電歪素子，磁歪素子等の電気機械変換素子を利用して移動体を移動させる駆動装置が使用されている。このような駆動装置では例えば，電気機械変換素子の一端が固定体に，他端が駆動摩擦部材にそれぞれ固着され，移動体がその駆動摩擦部材に摩擦結合されている。そして，電気機械変換素子を緩やかに変位させた時には，移動体は摩擦力により駆動摩擦部材とともに移動する。一方，電気機械変換素子を急速に変位させたときには，移動体は慣性力によりその位置に留まる。この駆動装置は，これらの移動を適宜組み合わせて，移動体に所定の移動を行わせるものである。

ここで，電気機械変換素子と駆動摩擦部材との固着は，一般に接着剤によって行われている。従来より，この接着部が駆動のための振動や長期間の使用による劣化等によって剥がれやすくなることを防止するために，接着面積をできるだけ大きくするようにされていた。例えば，特許文献１に記載されている駆動装置では，圧電素子と駆動摩擦部材との接合部全体を補強部材で被覆し，一体的に接着固定されている。
特開平８−２８６０９３号公報（第３図）

しかしながら，この特許文献１に記載の駆動装置では，補強部材が駆動摩擦部材上に重ねられるため，その分だけ駆動摩擦部材の実質的に利用できる長さが短くなっているという問題点があった。これに対し，ただ単に補強部材を省いたとすると，図３に示すような駆動装置１００となる。すなわち，この駆動装置１００は，圧電素子１０１の両端に，駆動摩擦部材１０２と固定部材１０３とがそれぞれ接着剤１２０で接着されたものである。また，駆動摩擦部材１０２は，軸受け１０４，１０５によって軸方向に移動可能に保持されている。

このような従来の駆動装置１００では，圧電素子１０１と駆動摩擦部材１０２との間に塗布された接着剤１２０が，その流動性から，駆動摩擦部材１０２の外周に沿って図中左方へと這い上がる。さらに，その這い上がり量は，接着剤１２０の塗布量や塗布位置によって変化するため，最大の這い上がり量を見込んで，軸受け１０５の配置を決定する必要があった。つまり，これらの接合面１２１から軸受け１０５の右端までの距離Ｓは，圧電素子１０１の最大伸張時の端部位置に最大の這い上がり量を加えて決定されているのである。なお，図ではこの這い上がりをかなり大げさに示しているが，ごく薄い厚さの這い上がりであっても，軸受け１０５にとって障害となることにかわりはない。

この結果，実効長Ｑは，図３に示すように，駆動摩擦部材１０２の部材長Ｐから，上記の距離Ｓと両端部の軸受け１０４，１０５の幅を差し引いたものとなる。この実効長Ｑが，移動体を摩擦結合させることのできる範囲であり，移動体の移動可能範囲に相当する。近年，駆動装置１００の全体の特に軸方向長のさらなる小型化の要望があるが，駆動性能上からはこの実効長Ｑを短くすることは好ましくないという問題点があった。

本発明は，前記した従来の駆動装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，移動体の移動可能範囲を小さくすることなく，駆動装置全体の軸方向長を小型化した電気機械変換素子を用いた駆動装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の電気機械変換素子を用いた駆動装置は，固定部材と，固定部材に一端が固定された電気機械変換素子と，電気機械変換素子の他端に一端が接着接合されるとともに，軸受け部に摺動可能に支持された駆動摩擦部材とを有し，駆動摩擦部材に摺動可能に保持された移動体を，電気機械変換素子の急速な変位と緩やかな変位との組合せによる伸縮により移動させる電気機械変換素子を用いた駆動装置であって，電気機械変換素子の駆動摩擦部材に対する接合面が，駆動摩擦部材の電気機械変換素子に対する接合面に包含されており，駆動摩擦部材は，電気機械変換素子との接合面の位置まで移動体を摺動可能な形状であり，駆動摩擦部材は，電気機械変換素子との接合面が，電気機械変換素子の伸長時には，電気機械変換素子の短縮時よりも固定部材から離隔し，かつ軸受け部に入り込んで位置するように配置されているものである。

本発明の電気機械変換素子を用いた駆動装置は，電気機械変換素子の一端に固定部材が，他端に駆動摩擦部材がそれぞれ接合され，駆動摩擦部材に保持された移動体を電気機械変換素子の伸縮により移動させるものである。ここで本発明では，電気機械変換素子の駆動摩擦部材に対する接合面が，駆動摩擦部材の電気機械変換素子に対する接合面に包含されているので，これらの接合面が接着剤で接着された場合においても，接着剤は電気機械変換素子に沿って這い上がる。すなわち，駆動摩擦部材の表面には接着剤が付着しないので，従来の技術のようにその這い上がり量を見込む必要はない。従って，移動体の移動可能範囲を小さくすることなく，駆動装置全体の軸方向長を小型化できる。

さらに本発明では，駆動摩擦部材は，外周の少なくとも一部が円弧である断面形状を有し，電気機械変換素子のうち少なくとも駆動摩擦部材に対する接合面を含む部分が，駆動摩擦部材の断面形状の円弧を外接円とする多角形の断面形状を有することが望ましい。

このようにすれば，駆動摩擦部材の外周の少なくとも一部が円弧であって，電気機械変換素子のうち少なくとも駆動摩擦部材に対する接合面を含む部分が，その円弧を外接円とする多角形である。よって，駆動摩擦部材の接合面が電気機械変換素子の接合面からはみ出ない範囲内で，接合力のモーメントを最大限に稼ぐことができる。従って，より大きい接合強度で接合することができる。

本発明の電気機械変換素子を用いた駆動装置によれば，移動体の移動可能範囲を小さくすることなく，駆動装置全体の軸方向長を小型化することができる。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，圧電素子を利用した駆動装置に本発明を適用したものである。

本形態の駆動装置１は，図１に示すように，圧電素子１１の一端に駆動摩擦部材１２が，他端に固定部材１３が，それぞれ接着接合されたものである。さらに，駆動摩擦部材１２の両端付近には，駆動摩擦部材１２を軸方向への移動を可能にして保持する軸受け１４，１５が設けられている。この駆動装置１は，駆動摩擦部材１２における軸受け１４，１５間に摩擦力によって結合された移動体を，軸方向へ移動させるものである。

この駆動装置１では，駆動摩擦部材１２は円柱形状であり，図１に示したように，その径は圧電素子１１の径と比較してやや太くされている。つまり，圧電素子１１と駆動摩擦部材１２との軸に垂直な断面の配置を重ねて図示すると，例えば，図２（ａ）または（ｂ）に示すようになっている。駆動摩擦部材１２の断面形状は円であり，圧電素子１１の断面形状は円あるいは正方形である。

図２（ａ）に示すように圧電素子１１の断面形状が円の場合には，駆動摩擦部材１２の断面はそれより大径の同心円とする。あるいは，図２（ｂ）に示すように，圧電素子１１の断面形状が正方形の場合には，駆動摩擦部材１２の断面はその正方形の外接円あるいは，さらに大径の円とする。いずれの場合においても，圧電素子１１の断面の全体は，駆動摩擦部材１２の断面の内部に包含されており，はみ出ている部分はない。

ここで，圧電素子１１と駆動摩擦部材１２とを接着する接着剤２０は，これらの接合面２１に塗布された後，貼り合わされることによってその接合面２１から這い上がる。このとき，接着剤２０は，その流動性の性質上，接合面２１から外径の小さい方へ選択的に這い上がるのである。そのため，この駆動装置１では，図１に示すように，圧電素子１１と駆動摩擦部材１２との接合面２１に塗布された接着剤２０は，圧電素子１１の側面に沿って這い上がることになる。また，圧電素子１１と固定部材１３との接合面２２に塗布された接着剤２０は，圧電素子１１の側面に沿って這い上がる。この図においても，這い上がりをかなり大げさに示している。

このことから，接合面２１より駆動摩擦部材１２の側へ接着剤２０が這い上がることははなく，この接合面２１の近傍に駆動摩擦部材１２の断面より太くなっている部分はない。従って，この駆動装置１では，図１に示したように，軸受け１５の軸受け部分の図中右端を，接合面２１の位置にちょうど合わせて配置させている。圧電素子１１が伸張して，接合面２１の位置が図１に示した位置より左方へ移動しても，接合面２１の近傍に駆動摩擦部材１２より太い部分はないので軸受け１５の支障とはならない。また，圧電素子１１の伸張距離はさほど大きくないので，接合面２１が軸受け１５の幅から図中左側へ外れてしまうおそれはない。

このように配置できるので，図３に示した従来の駆動装置１００の距離Ｓが不要となっている。従って，駆動装置１の移動体を係止できる実効長Ｑを，図３に示した従来の駆動装置１００の実効長Ｑと等しくした場合，この駆動装置１の駆動摩擦部材１２の部材長ＰＡは，従来の駆動装置１００の駆動摩擦部材１０２の部材長Ｐより距離Ｓだけ短くできる。これにより，等しい実効長Ｑに対する駆動装置１の軸方向長は，従来の駆動装置１００の軸方向長より，距離Ｓだけ短いものとなっている。

この駆動装置１の駆動方法は従来と同様である。移動体は，駆動摩擦部材１２に摩擦力で係止された状態にある。そして，圧電素子１１にゆっくり上昇・下降する波形の電圧を印加して，駆動摩擦部材１２を緩やかに変位させた時には，移動体は摩擦力により駆動摩擦部材１２とともに移動する。一方，圧電素子１１を急速に変位させたときには，慣性力が摩擦力にうち勝って，移動体はその位置に留まる。駆動装置１は，これらの移動を適宜組み合わせて，移動体に所定の移動を行わせることができる。

さらに，本発明者は，このように形成した駆動装置１の接合面２１の接合強度を実験によって確認した。従来の駆動装置１００では，φ１．２ｍｍの圧電素子１１に対して，φ１ｍｍの駆動摩擦部材１０２を使用していた。これに対し，同じくφ１．２ｍｍの圧電素子１１に対してφ１．３〜１．５ｍｍの駆動摩擦部材１２を従来と同じ接着剤で接合し，通常の強度試験を行った。その結果，このような太い駆動摩擦部材１２を接合した駆動装置１でも，従来の駆動装置１００と同程度の接着強度を有することが分かった。さらに，図２（ｂ）に示した断面正方形状の圧電素子１１の場合には，さらに強力な接着強度が得られた。

以上詳細に説明したように，本形態の駆動装置１によれば，圧電素子１１と駆動摩擦部材１２とが接着剤２０によって接着されており，接合面２１における駆動摩擦部材１２の端面形状が圧電素子１１の端面形状より大きく，圧電素子１１の端面の全体が駆動摩擦部材１２の端面に包含されている配置となっている。これから，接着剤２０は，全て圧電素子１１側に這い上がるので，駆動摩擦部材１２の端面に揃えて軸受け１５を配置できる。従って，距離Ｓが不要なので，従来と等しい実効長Ｑに対して，部材長ＰＡを従来より短いものとすることができる。これにより，移動体の移動可能範囲を小さくしないで，軸方向長を小型化した駆動装置１となっている。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，駆動摩擦部材１２の断面形状は必ずしも円形に限らない。圧電素子１１の端面の全体が駆動摩擦部材１２の端面に接している形状であればよい。例えば，駆動摩擦部材１２の外周の一部が弦状に切り取られた形状等でも良い。また，圧電素子１１の断面形状も円や正方形に限らない。
また例えば，駆動摩擦部材１２は，必ずしも軸方向に均一の形状でなくても良い。例えば，接合面２１の近傍のみが太く，その他の部分は細く形成された駆動摩擦部材１２であっても良い。
また例えば，上記の形態の駆動装置１で，固定部材１３，軸受け１４，１５の形状は１つの例であり，これに限らない。
また例えば，上記の形態では，圧電素子１１を使用した駆動装置１を示しているが，電歪素子，磁歪素子等の他の電気機械変換素子についても同様に適用可能である。

本形態の駆動装置を示す概略外観図である。 駆動摩擦部材と圧電素子との太さを比較する説明図である。 従来の駆動装置を示す概略外観図である。

符号の説明

１ 駆動装置（電気機械変換素子を用いた駆動装置）
１１ 圧電素子（電気機械変換素子）
１２ 駆動摩擦部材
１３ 固定部材

Claims (2)

1. 固定部材と，前記固定部材に一端が固定された電気機械変換素子と，前記電気機械変換素子の他端に一端が接着接合されるとともに，軸受け部に摺動可能に支持された駆動摩擦部材とを有し，前記駆動摩擦部材に摺動可能に保持された移動体を，前記電気機械変換素子の急速な変位と緩やかな変位との組合せによる伸縮により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，
   前記電気機械変換素子の前記駆動摩擦部材に対する接合面が，前記駆動摩擦部材の前記電気機械変換素子に対する接合面に包含されており，
   前記駆動摩擦部材は，前記電気機械変換素子との前記接合面の位置まで移動体が摺動可能な形状であり，
   前記駆動摩擦部材は，前記電気機械変換素子との前記接合面が，前記電気機械変換素子の伸長時には，前記電気機械変換素子の短縮時よりも前記固定部材から離隔し，かつ前記軸受け部に入り込んで位置するように配置されてい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。
2. 請求項１に記載の電気機械変換素子を用いた駆動装置において，
   前記駆動摩擦部材は，外周の少なくとも一部が円弧である断面形状を有し，
   前記電気機械変換素子のうち少なくとも前記駆動摩擦部材に対する接合面を含む部分が，前記駆動摩擦部材の断面形状の円弧を外接円とする多角形の断面形状を有す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。

Images