JPH10225149A - 駆動装置 - Google Patents

駆動装置

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JPH10225149A
JPH10225149A JP9026425A JP2642597A JPH10225149A JP H10225149 A JPH10225149 A JP H10225149A JP 9026425 A JP9026425 A JP 9026425A JP 2642597 A JP2642597 A JP 2642597A JP H10225149 A JPH10225149 A JP H10225149A
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drive unit
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Ryuichi Yoshida
龍一 吉田
Yasuhiro Okamoto
泰弘 岡本
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Minolta Co Ltd
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ストロークが長く、かつ、高速駆動が可能な
駆動装置を提供する。 【解決手段】 ベース12に、固定案内摩擦部材14を
固定し、固定案内摩擦部材14と平行に移動摩擦部材1
6を支持ばね18を介して支持する。質量の大きい移動
体24に圧電素子22と質量の小さい駆動軸28とが直
列に結合された駆動ユニット20を、固定および移動案
内摩擦部材14,16の間に配置し、駆動軸28を固定
および移動案内摩擦部材14、16の間に挟持して摩擦
結合する。パルス電圧の印加により、圧電素子22がゆ
っくり伸びるときには、駆動軸28が静止したまま移動
体24が移動し、圧電素子22が急に縮むときには、移
動体24が静止したまま駆動軸28が固定および移動案
内部材14,16に対して滑り、駆動ユニット20が固
定案内摩擦部材14に沿って駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、駆動装置に関し、
詳しくは、圧電素子等の電気機械変換素子を用いた駆動
装置に関し、例えば、XY駆動テーブル、カメラの撮影
レンズや走査型トンネル電子顕微鏡のプローブの精密駆
動に好適な駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ステッピングモータの代わりに圧
電リニアアクチュエータを用いて、サブμmオーダの高
分解能を達成した駆動装置が提案されている。
【0003】たとえば、図1(I)の分解斜視図および
(II)の組立斜視図に要部を示した駆動装置110は、
不図示のベースに固定する固定部材124と、圧電素子
122と、固定部材124に摺動可能に支持された駆動
軸126と、不図示の被駆動部材、たとえば部品を載置
するステージ等に結合される駆動ユニット128とを備
える。圧電素子122は、電気機械変換素子の一種であ
って、電圧の印加によって長さが変化する。圧電素子1
22は、その伸縮方向の一方の端面122aが固定部材
124に固着結合され、その伸縮方向の他方の端面12
2bには駆動軸126の一方の軸端面126aが固着結
合されている。駆動軸126には、駆動ユニット128
が摩擦係合するようになっている。この駆動装置110
は、圧電素子122に、たとえばノコギリ波状の周期的
なパルス電圧を加え、駆動軸126を軸方向に往復振動
させ、駆動ユニット128を駆動軸126に沿って所定
方向に動かすことができるようになっている。
【0004】ところで、このような駆動装置110で
は、被駆動部材の移動範囲、すなわち駆動ユニット12
8のストロークを長くしようと思えば、駆動軸126を
長くする必要がある。しかし、駆動軸126を長くする
と駆動軸126の質量が増し、圧電素子122の応答性
が落ち、高周波での駆動ができなくなり、結果として被
駆動部材の移動速度の低下を招くことになる。したがっ
て、この駆動装置110は、被駆動部材の速度を維持し
たままストロークを長くすることは困難であった。
【0005】また、圧電素子の変位そのものを使ったス
テージも提案されている。しかし、このようなステージ
は、変位量があまりとれなかった。
【0006】一方、駆動装置として自走式圧電リニアア
クチュエータ、すなわち図2の模式図に示したインパク
ト式アクチュエータを用いて、非常に高分解能でストロ
ークの長い駆動装置100が提案されている。
【0007】すなわち、この駆動装置100は、図2
(A)〜(C)に示したように、不図示の被駆動部材、
たとえばステージ等が結合された移動体106の一方の
端面106aに、圧電素子102の伸縮方向の一方の端
面102aが固着結合され、圧電素子102の伸縮方向
の他方の端面102bには、慣性体104が固着結合さ
れいる。そして、動かそうとする主体である移動体10
6は、支持面108上に載置され、移動体106の底面
106aが支持面108に摩擦接触して、摩擦力が発生
するようになっている。この駆動装置100は、たとえ
ば図2(D)に示したノコギリ波状の周期的なパルス電
圧80を圧電素子102に加え、圧電素子102が緩や
かに伸びて、図2(A)の状態から図2(B)の状態に慣
性体104が動き、次に圧電素子102が急速に縮み、
慣性体104の衝撃で、図2(B)の状態から図2
(C)の状態に移動体106が動くようにして、移動体
106に結合した被駆動部材を移動する。この駆動装置
100は、移動体106が支持面108上を移動するの
で、支持面108を長くすれば、原理上は、ストローク
をいくらでも長くすることができる。
【0008】しかし、この駆動装置100は、衝撃を大
きくして速度を上げるために慣性体104を重くする
と、圧電素子102の応答性が悪くなり、却って速度が
低下する。一方、慣性体104を軽くして圧電素子10
2の応答性を上げようとすると、衝撃が小さくなり、却
って速度が低下する。このように、慣性体104の質量
の決定は難しい問題であった。そのため、インパクト式
アクチュエータを用いた駆動装置100は、高速化に限
界があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決しようとする技術的課題は、ストロークが長く、か
つ、高速駆動が可能な駆動装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明は、以下の駆動装置を提供する。
【0011】駆動装置は、ベースと、駆動ユニットと、
案内摩擦部材とを備える。上記駆動ユニットは、駆動パ
ルス発生手段に接続されて伸縮する電気機械変換素子
と、上記電気機械変換素子の伸縮方向一端に固着結合さ
れた移動体と、上記電気機械変換素子の伸縮方向他端に
固着結合され、上記移動体より質量の軽い駆動摩擦部材
とを有する。上記案内摩擦部材は、上記ベースに設けら
れ、上記駆動ユニットの上記駆動摩擦部材に摩擦結合
し、上記駆動摩擦部材を上記電気機械変換素子の伸縮移
動方向に案内する。
【0012】上記構成において、駆動ユニットは、電気
機械変換素子、たとえば圧電素子の伸縮方向の両端に移
動体と駆動摩擦部材とが固着結合されてなる。案内摩擦
部材には駆動摩擦部材が摩擦結合し、移動体には摩擦力
が発生しないようになっている。移動体には、適宜、被
駆動部材が結合される。駆動パルス発生手段によって電
気機械変換素子が所定のパターンで伸縮すると、駆動摩
擦部材と案内摩擦部材との間の摩擦力と、移動体および
被駆動部材との慣性力と大小関係によって、駆動摩擦部
材は案内摩擦部材に沿って滑りながら移動し、それによ
って移動体および被駆動部材が移動する。
【0013】すなわち、図3の模式図を参照しながら、
この駆動装置の駆動原理を説明すると、パルス発生手段
が、たとえば図3(D)に示したノコギリ波状の波形8
0のパルス電圧を電気機械変換素子72に与えた場合、
符号80aで示すようにパルス電圧が緩やかに立ち上が
るときには、電気機械変換素子72はゆっくり伸び、図
3(A)に示した状態から図3(B)に示した状態にな
る。このとき、電気機械変換素子72はゆっくり伸び、
加速度は小さい。そのため、駆動摩擦部材76と案内摩
擦部材78との接触面76s,78t間の摩擦力は、移
動体74による慣性力よりも大きい。したがって、駆動
摩擦部材76は、案内摩擦部材78に対して滑ることな
く静止した状態を保つ。一方、移動体74は、電気機械
変換素子72の伸びによって、矢印90で示すように、
駆動摩擦部材76から遠ざかる方向に移動される。
【0014】次に、符号80bで示すように、パルス電
圧が急激に立ち下がるときには、電気機械変換素子72
は急激に縮み、図3(B)に示した状態から図3(C)
に示した状態になる。このとき、電気機械変換素子72
が急激に縮み、加速度が大きい。したがって、移動体7
4による慣性力は、駆動摩擦部材76と案内摩擦部材7
8との間の摩擦力よりも大きくなり、また、移動体74
の質量が駆動摩擦部材76の質量より大きいため、移動
体74は実質的に移動しない。一方、駆動係合部材76
は、案内摩擦部材78に対して滑り、矢印92で示すよ
うに、移動体74側へ移動する。
【0015】このように、駆動摩擦部材は案内摩擦部材
に沿って移動するので、案内摩擦部材を長くすれば、ス
トロークを長くすることができる。案内摩擦部材を長く
しても、駆動ユニットの駆動速度が低下することはな
い。また、駆動摩擦部材は移動体より質量が軽いので、
高速に駆動することが可能である。
【0016】図11は、駆動周波数と駆動速度との関係
を調べた実験結果を示すもので、ここでは図3の様に摩
擦結合部の質量が十分に軽い場合を(a)で示し、図2
の様に摩擦結合部の質量が重い場合を(b)で示す。こ
の実験結果によれば、摩擦結合部の質量が軽い場合
(a)は駆動周波数の高いところに駆動速度のピーク値
があり、駆動速度も高くなる。また、摩擦結合部の質量
が重い場合(b)は、駆動周波数の低いところに駆動速
度のピーク値があり、駆動速度も低くなる。即ち、摩擦
結合部の質量が軽い程駆動周波数を高く設定でき、駆動
速度も高くできることがわかる。
【0017】したがって、ストロークが長く、かつ、高
速駆動が可能な駆動装置を提供することができる。
【0018】好ましくは、上記案内摩擦部材は、少なく
とも2部材からなり、この2部材の間に上記駆動ユニッ
トが配置される。上記2部材は、上記駆動摩擦部材を挟
持して、上記駆動摩擦部材との間に摩擦力を発生させ
る。
【0019】上記構成によれば、駆動摩擦部材には、案
内摩擦部材の挟持によって摩擦力が生じるので、駆動摩
擦部材の質量を小さくしても、所望の摩擦力を得ること
ができる。したがって、駆動摩擦部材を軽量化して、駆
動効率を高め、高速に駆動することができる。また、駆
動ユニットは、案内摩擦部材の間に配置されるので、ス
ペース効率がよく、駆動装置を小型化することが容易で
ある。
【0020】好ましくは、上記案内摩擦部材は、上記ベ
ースに固定された固定案内摩擦部材と、この固定案内摩
擦部材に沿って配置され、上記固定案内摩擦部材に対し
て移動可能に上記ベースに支持された移動案内摩擦部材
との2部材からなる。上記移動案内摩擦部材を上記固定
案内摩擦部材に付勢する付勢手段をさらに備える。
【0021】上記構成において、付勢手段は、移動案内
摩擦部材を付勢することによって、固定案内摩擦部材と
移動案内摩擦部材との間に挟持力を与え、駆動摩擦部材
に摩擦力を発生させ、駆動ユニットが駆動されるように
する。駆動摩擦部材は、ベースに固定された固定摩擦部
材に沿って一定方向に移動するので、駆動ユニットの駆
動方向の振れが防止される。
【0022】上記付勢手段は、種々の態様で構成でき
る。
【0023】好ましくは、上記固定案内摩擦部材と上記
移動案内摩擦部材との間の間隔を規制する間隔規制部材
をさらに備える。
【0024】上記構成によれば、駆動摩擦部材を挟持す
る固定案内摩擦部材と移動案内摩擦部材と間の間隔は、
間隔規制部材によって略一定に保たれ、駆動摩擦部材に
作用する圧接力が略一定となり、駆動摩擦部材に作用す
る摩擦力も略一定となる。したがって、駆動ユニットの
位置による駆動速度の変動を小さくすることができる。
【0025】好ましくは、上記移動案内摩擦部材は、上
記固定案内摩擦部材に対して平行移動可能に支持され
る。上記固定案内摩擦部材および上記移動案内摩擦部材
は、互いに吸引し合う磁性を有する。
【0026】上記構成によれば、固定案内摩擦部材に対
して移動案内摩擦部材が磁力によって吸引され、移動案
内摩擦部材は駆動摩擦部材を固定案内摩擦部材に付勢す
る。移動案内摩擦部材は、固定案内摩擦部材に対して平
行移動するので、駆動摩擦部材に作用する摩擦力は略一
定にする。したがって、駆動ユニットの位置による駆動
速度の変動を小さくすることができる。
【0027】好ましくは、上記移動案内摩擦部材は、上
記固定案内摩擦部材に対して平行移動可能に支持され
る。上記駆動ユニットの上記移動体には、上記移動案内
摩擦部材および上記固定案内摩擦部材の外側に延在する
ステージが固定される。このステージには、上記移動案
内摩擦部材および上記固定案内摩擦部材の外側の各面に
それぞれ当接する当接部材と、この当接部材を上記移動
案内摩擦部材および上記固定案内摩擦部材に付勢する当
接部材付勢手段とが設けられる。
【0028】上記構成において、当接部材は、当接部材
付勢手段の付勢によって略一定の力で、固定案内摩擦部
材と移動案内摩擦部材とを挟持し、駆動摩擦部材に略一
定の摩擦力を発生させる。したがって、駆動ユニットの
位置による駆動速度の変動を小さくすることができる。
【0029】好ましくは、上記当接部材と上記固定案内
摩擦部材および上記移動案内摩擦部材との間の摩擦係数
は、上記駆動ユニットの上記駆動摩擦部材と上記固定案
内摩擦部材および上記移動案内摩擦部材との間の摩擦係
数より小さい。
【0030】上記構成によれば、電気機械変換素子がゆ
っくり伸縮したときには、摩擦係数が相対的に小さい当
接部材と固定案内摩擦部材および移動案内摩擦部材との
間で滑りが生じ、摩擦係数が相対的に大きい駆動摩擦部
材と固定案内摩擦部材および移動案内摩擦部材との間で
は滑りが生じない。したがって、ステージは、電気機械
変換素子自体の伸縮長さに対応して同じ距離だけ移動す
る。したがって、ステージを、高分解能で駆動すること
ができる。
【0031】好ましくは、上記当接部材と上記固定案内
摩擦部材および上記移動案内摩擦部材とは転がり接触す
る。
【0032】上記構成によれば、転がり接触するときの
摩擦係数は一般に小さいので、当接材と固定案内摩擦部
材および移動案内摩擦部材との間の摩擦係数を、駆動摩
擦部材と固定案内摩擦部材および移動案内摩擦部材との
間の摩擦係数より小さくすることが、容易である。
【0033】好ましくは、上記駆動ユニットの上記駆動
摩擦部材は、電気機械変換素子の振動方向に繊維を配向
した炭素繊維強化複合樹脂を用いて構成される。
【0034】上記構成によれば、駆動摩擦部材には、密
度が低く、剛性が高く、摺動性のよい炭素繊維強化複合
樹脂を用いているので、駆動摩擦部材の質量を移動体の
質量より遥かに小さくして、駆動ユニットを高周波で駆
動することが可能となる。また、駆動摩擦部材の摺動性
がよいので、速度安定性も高い。
【0035】好ましくは、上記駆動ユニットの上記移動
体は、上記駆動ユニットの上記駆動摩擦部材を上記駆動
ユニットの上記電気機械変換素子の伸縮方向に案内する
ガイド部を有する。
【0036】上記構成によれば、駆動摩擦部材の横ぶれ
は、移動体のガイド部によって防止される。したがっ
て、より速度安定性が高くなる。
【0037】好ましくは、上記案内摩擦部材は、上記駆
動ユニットの上記駆動摩擦部材と摩擦結合する面の算術
平均粗さRaが6μmより小さい。
【0038】上記構成によれば、案内摩擦部材の表面粗
さにより生じる駆動速度の変動をできるだけ小さくする
ことができる。すなわち、駆動速度の変動は、案内摩擦
部材の表面粗さが算術平均粗さRaで6μmより小さい
ときには略一定であるが、6μmより大きくなると、駆
動速度の変動は次第に大きくなる。したがって、算術平
均粗さRaを6μmより小さくすることによって、駆動
速度の変動を小さくするこができる。
【0039】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る駆動装置の各
実施形態について、図4〜図10を参照しながら説明す
る。
【0040】まず、第1実施形態について、図4〜図6
および図10を参照しながら説明する。
【0041】第1実施形態の駆動装置10は、図6の全
体斜視図に示すように、概略的には、一対の案内摩擦部
材14,16によってベース12の上方に駆動ユニット
20を挟持してなる。
【0042】駆動ユニット20は、図4の三面図および
図5の斜視図に示すように、圧電素子22と、移動体2
4と、ガイド部材26と、駆動軸28とから構成され
る。圧電素子22は、電気機械変換素子の一種であっ
て、電圧を印加すると体積が変化する複数の圧電板が積
層されてなる。移動体24およびガイド部材26にはス
テンレス鋼を用い、駆動軸28には、密度が低く、剛性
が高く、摺動性の良い材料であるカーボンファイバーを
用いている。したがって、駆動軸28の質量は、移動体
26およびガイド部材26より小さい。
【0043】移動体24は、大略柱状の形状の本体24
aを有し、その中央には上面24x側から切り欠かれた
第1凹部25aを有し、一方の端部24c側には上面2
4x側から切り欠かれた第2凹部25bを有し、一方の
端部24cにはガイド部材26が固着されるようになっ
ている。移動体24の他方の端部24d側とガイド部材
26とには、その上面24x,26xに、不図示の被駆
動部材、たとえばレンズやステージなどを取り付けるた
めのねじ穴24t,26tが形成されている。第1凹部
25aには、圧電素子22が収納され、圧電素子22の
積層方向の一方の端面22aが、第1凹部25aの第2
凹部25bとは反対側の立面24yに接着固定される。
第2凹部25bには、駆動軸28が収納される。
【0044】駆動軸28は、円筒状の本体部28aと、
その中心軸に沿って両側に突設した軸部28b,28c
とからなる。第1凹部25aと第2凹部25bとの間の
移動体24の中間壁部24bとガイド部材26とには、
長手方向に貫通穴24s,26sが形成され、駆動軸2
8の軸部28b,28cが挿入され、駆動軸28が軸方
向に摺動可能に軸支されるようになっている。軸支され
た一方の軸部28bの軸端面は、圧電素子22の積層方
向の他方の端面22bに接着固定される。組み立てられ
た駆動ユニット20は、図4(A)および図6(II)に
示すように、駆動軸28の本体部28aの外周面28s
が移動体24の両側の側面24zから外側にはみ出し
て、本体部28aが一対の案内摩擦部材14,16の間
に挟み込まれて摩擦結合するようになっている。
【0045】一対の案内摩擦部材14,16は、図6に
示すように、一方の第1部材14、すなわち固定案内摩
擦部材14は、ベース12の上面12sにしっかりと固
定され、他方の第2部材16、すなわち移動案内摩擦部
材14は、支持ばね18を介してベース12の上方に浮
いた状態で、第1部材14に沿って弾力的に支持され、
両部材14,16の間には、一定の空間19が形成され
るようになっている。支持ばね18は、第2部材18の
長手方向、すなわち駆動ユニット20の移動方向には剛
性が高く、移動方向に垂直な方向には緩い弾性を持って
いる。第1および第2部材14,16は互いに対向する
が、第1部材14の第2部材16に対向する面14zは
平面14zであり、第2部材16の第1部材14に対向
する面16zは、対向する第1部材14の平面14zに
沿って延在する断面V字状のV溝面16zである。この
V溝面16zに駆動ユニット20の駆動軸28の本体部
28aが係合し、駆動軸28が第1部材14に付勢され
るようになっている。つまり、駆動ユニット20は、両
案内摩擦部材14,16の間の空間19に配置され、駆
動軸28の本体部28aが、一方の案内摩擦部材14の
平面14zと他方の案内摩擦部材16のV溝面17zと
の間に挟持され、ベース12の上方に浮いた状態で保持
される。
【0046】なお、移動体24およびガイド部材26の
上面24x,26xには、前述のように、不図示の被駆
動部材が取り付けられる。被駆動部材は、適宜の方法で
ベース12に沿って移動可能に支持してもよい。
【0047】上記のように構成された駆動装置10は、
圧電素子22に、たとえばノコギリ波状の波形のパルス
電圧を加えることで、駆動ユニット20を案内摩擦部材
14,16に沿って移動させることができる。
【0048】すなわち、たとえば図3(D)に示したノ
コギリ波状の波形80のパルス電圧を圧電素子22に印
加した場合には、符号80aで示すように、パルス電圧
が緩やかに立ち上がりるときには、圧電素子22がゆっ
くり伸び、駆動ユニット20の駆動軸28と案内摩擦部
材14,16とは滑ることなく接触したままの状態を保
ち、移動体22およびガイド部材28は圧電素子22の
伸び方向に移動される。
【0049】次に、符号80bで示すように、パルス電
圧が急に立ち下がるときには、圧電素子22は急激に縮
み、移動体24およびガイド部材28は、慣性力により
案内摩擦部材14,16に対して実質的に移動せず、駆
動軸28と案内摩擦部材14,16との間に滑りが生
じ、駆動軸28が圧電素子22の縮み方向に移動する。
【0050】したがって、駆動ユニット20は、図6に
おいて矢印40で示すように、駆動軸28から圧電素子
22に向かう方向に、案内摩擦部材14,16に沿っ
て、間欠的に移動する。
【0051】一方、パルス電圧の向きを逆にすれば、す
なわち、急激な立ち上がりと緩やかな立ち下りとからな
るパルス電圧を圧電素子に印加すれば、上記とは逆に、
圧電素子22が急激に伸びるときに駆動軸28と案内摩
擦部材14,16との間で滑りが生じ、ゆっくり縮むと
きには滑りは起こらない。したがって、駆動ユニット2
0は、図6において矢印41で示すように、逆方向に移
動する。
【0052】なお、パルス電圧の周波数を上げていく
と、駆動軸28は常に滑る状態へ変遷していくが、その
場合でも摩擦による力積(動摩擦力×滑り時問)の方向
による違いにより駆動ユニット20を所定の方向に駆動
することができる。すなわち、一方向への滑り量L1
それと反対方向への滑り量L2より大きければ、結果的
に、駆動ユニット20は、一方向に(L1−L2)だけ滑
ることになる。
【0053】また、印加するパルス電圧の波形はノコギ
リ波状に限らず、たとえば全波整流波状等、適宜の波形
とすることができる。
【0054】上記構成の駆動装置10において、前述の
ように、駆動軸28の質量は、移動体24およびガイド
部材28の質量より遥かに軽いので、駆動軸28を高周
波数で駆動することが可能である。また、駆動軸28に
は摺動性の良い材料を用いているので、駆動速度の安定
性も高くなる。さらに、図5に示したように、駆勤軸2
8は移動体24およびガイド部材26の貫通穴24s,
28sによってガイドされていて、高周波駆動時に駆動
軸28の横ぶれが少なくなるので、高周波での速度安定
性は、図2に示したインパクト式アクチュエータを用い
た駆動装置100に比べて、より高くなっている。
【0055】上記構成において、案内摩擦部材14,1
6が駆動ユニット20の駆動軸28との接触する面14
z,16zの表面が粗くなると、駆動ユニット20の駆
動速度の変動が大きくなる。図10は、案内摩擦部材1
4,16の表面粗さと駆動ユニット20の駆動速度の変
動との関係を示すグラフ図である。このグラフ図の横軸
は、案内摩擦部材14,16の接触面14z、16zの
表面粗さを算術平均粗さRaで示しており、縦軸は、同
じ波形のパルス電圧を圧電素子22に連続的に印加した
ときの駆動ユニット20の駆動速度の変動△Vを示して
いる。このグラフ図から、案内摩擦部材14,16の接
触面14z、16zの表面粗さが算術平均粗さRaで6
μmより小さいときは、駆動速度の変動△Vは略一定で
あり、6μmより大きくなると、駆動速度の変動△Vは
次第に大きくなることが分かる。
【0056】したがって、案内摩擦部材14,16の接
触面14z、16zの表面粗さは、算術平均粗さRaで
6μmより小さくすることが好ましい。
【0057】また、この駆動装置10では、駆動ユニッ
ト20が案内摩擦部材14,16に沿って移動するの
で、案内摩擦部材14,16を長くして、ストロークを
長くすることができる。また、案内摩擦部材14,16
を長くしても、駆動ユニット20は同様に駆動されるの
で、駆動速度は低下しない。
【0058】また、この駆動装置10では、駆動軸28
が軸支され、圧電素子22の両端の固着結合面22a,
22bにモーメントがかからないように構成されている
ので、圧電素子22で発生した力を有効に利用するよう
になっている。
【0059】なお、上記の第1実施例の駆動装置10
は、固定摩擦部材14,16を固定して駆動ユニット2
0を動かしているので、駆動ユニット20は、圧電素子
22に接続されたリード線22n,22pを引きずるこ
とになる。そこで、逆に駆動ユニット20を固定し、案
内摩擦部材14,16の方を動かすようにすれば、圧電
素子22の電線22n,22pを引きずることなく、ス
トロークの長い駆動装置を作ることができる。
【0060】上記第1実施形態では、図6に示したよう
に、弾性体である支持ばね18を利用して駆動軸28に
摩擦力を発生させる構成であるので、駆動ユニット20
の位置によって案内摩擦部材14,16間の角度が変化
すると、駆動軸28に作用する摩擦力や摺動時の抵抗力
が変化し、その結果、駆動ユニット20は位置によって
駆動速度が変動することになる。
【0061】次に、駆動ユニット20の位置による駆動
速度の変動を押さえるように構成した第2実施形態の駆
動装置10aについて、図7の一部破断斜視図を参照し
ながら説明する。以下においては、第1実施形態との相
違点を中心に説明し、同じ構成の部分には同じ符号を用
いることとする。
【0062】第2実施形態の駆動装置10aは、図7に
示すように、一対の案内摩擦部材14,16の間に形成
される空間19の両端部分19a,19bの所定位置
に、間隔規制部材15a,15bを入れるように構成さ
れている。これにより、駆動ユニット20の位置による
案内摩擦部材14,16間の角度変化が小さくなり、略
均等な付勢力が駆動ユニット20の駆動軸28に作用
し、摩擦力や摺動時の抵抗力の変動を抑えることができ
る。
【0063】したがって、駆動ユニット20の位置によ
る駆動速度の変動を押さえることができる。
【0064】上記第1および第2実施形態では、支持ば
ね19によって、駆動軸28と案内摩擦部材14,16
との間に摩擦力を発生させる構成としていたが、次に、
他の構成の摩擦力を発生させる第3および第4実施形態
について説明する。
【0065】第3実施形態の駆動装置10bは、図8
(I)の平面図および(II)の断面図に示すように、磁
力を利用して摩擦力を発生させている。
【0066】すなわち、一対の案内摩擦部材14,16
は、ベース12上に互いに平行に配置される。具体的に
は、一方の案内摩擦部材14は、ベース12に直接固定
され、他方の案内摩擦部材16は、ベース12に固定さ
れたガイド部材17a,17bの支持ピン17sによっ
て、一方の案内摩擦部材14に対して平行を保ったまま
接離自在に移動できるように支持されている。駆動ユニ
ット20は、大略、第1実施形態と同様に構成され、両
案内摩擦部材14、16の間の空間19に配置され、駆
動軸28が一方の案内摩擦部材14の平面14zと他方
の案内摩擦部材16のV溝面17zとの間に挟持され、
それによって、駆動ユニット20はベース12の上方に
浮いた状態で保持される。駆動ユニット20を案内摩擦
部材14,16で挟持する挟持力を与えるために、案内
摩擦部材14,16と駆動ユニット20の移動体24お
よびガイド部材26とは、磁性を帯びる材料で構成さ
れ、図8に示したように、長手方向に直角な方向に、ぞ
れぞれN極とS極とが交互に配置され、互いに吸引し合
うようになっている。
【0067】すなわち、一方の案内摩擦部材14は、駆
動ユニット20側の部分14bに長手方向に沿ってS極
が配置され、反対側の部分14aに長手方向に沿ってN
極が配置されている。駆動ユニット20の移動体24お
よびガイド部材26は、一方の案内摩擦部材14側の部
分20sに長手方向に沿ってN極が配置され、他方の案
内摩擦部材16側の部分20tに長手方向に沿ってS極
が配置されている。他方の案内摩擦部材16は、駆動ユ
ニット20側の部分16aに長手方向に沿ってN極が配
置され、反対側の部分16bに長手方向に沿ってS極が
配置されている。したがって、駆動ユニット20は、一
方の案内摩擦部材14に対向する側の部分20sがその
一方の案内摩擦部材14側に磁力で吸引され、他方の案
内摩擦部材16に対向する側の部分20tがその他方の
案内摩擦部材16側に磁力により吸引され、さらに、案
内摩擦部材14,16の間の空間19の駆動ユニット2
0が介在していない領域においては、両案内摩擦部材1
4,16が互いに磁力で吸引し合う。このような磁力に
よる吸引の均衡によって、駆動ユニット20は両案内摩
擦部材14,16の間に、略一定の挟持力で挟持され
る。
【0068】したがって、駆動ユニット20の駆動軸2
8と案内摩擦部材14,16との間に、略一定の摩擦力
を発生させ、駆動ユニット20の駆動速度の変動を小さ
くすることができる。
【0069】次に、第4実施形態について、図9を参照
しながら説明する。
【0070】第4実施形態の駆動装置10cは、図9
(I)の正面図および(II)の断面図にに示すように、
大略、第3実施形態と同様に構成されるが、第3実施形
態と相違するのは、案内摩擦部材14,16および駆動
ユニット20の移動体24およびガイド部材28が非磁
性材料からなり、案内摩擦部材14,16を付勢する付
勢機構30が駆動ユニット20の上面24x,26xに
設けた点である。
【0071】付勢機構30は、大略、駆動ユニット20
の上面24x,26xに固定されたステージ31と、ス
テージ31の裏面31a.31bに設けられた支持軸3
3,35に回転自在に支持された付勢ローラ32,34
とを備える。
【0072】ステージ31は、駆動ユニット20の上面
24x,26xに固定され、案内摩擦部材14,16の
上面14x,16xを越えて両側へ延在する。ステージ
31は、その両端がボールベアリング11により支持さ
れ、ステージ12の上面12sに沿って移動できるよう
になっている。ステージ31の案内摩擦部材14,16
より外側の裏面31a,31bには、支持軸33,35
が、多少振れることができるようにして、この裏面31
a,31bに略垂直下向きに立設されている。支持軸3
3,35の先端には、付勢ローラ32,34が回転自在
に取り付けられている。支持軸33,35は、付勢ばね
36,38によって、案内摩擦部材14,16側に付勢
されるようになっている。これによって、付勢ローラ3
2,34は、案内摩擦部材14,16が互いに接近する
ように、案内摩擦部材14,16の外側の面14k,1
6kを付勢し、駆動ユニット20の駆動軸28と案内摩
擦部材14,16との間に摩擦を発生させる。付勢ロー
ラ32,34は、駆動ユニット20が移動すると案内摩
擦部材14,16の外側の面14k,16kに接触しな
がら回転し、付勢ローラ32,34と案内摩擦部材1
4,16との間の摩擦は低く抑えられ、駆動ユニット2
0の移動を妨げないようになっている。
【0073】この駆動装置10cは、駆動ユニット20
の移動体24およびガイド部材28が付勢機構30を介
して、案内摩擦部材14,16に接触しているが、圧電
素子22に加える電圧の周波数を低くすることで圧電素
子22の変位そのものを使って駆動ユニット20および
ステージ31を微少距離動かすことができるようになっ
ている。
【0074】すなわち、駆動ユニット20の駆動軸28
と案内摩擦部材14,16との間の摩擦力が、付勢ユニ
ット30の付勢ローラ32,34と案内摩擦部材14,
16との間の摩擦力より大きい。そのため、圧電素子2
2がゆっくり伸縮すると、駆動ユニット20の駆動軸2
8は案内摩擦部材14,16に対して静止した状態のま
まとなり、案内摩擦部材14,16と付勢ユニット30
の付勢ローラ32,34との間で相対移動が生じる。つ
まり、駆動ユニット20およびステージ31は、圧電素
子22の伸縮により、案内摩擦部材14,16に対し
て、圧電素子22の伸縮に等しい距離だけ移動すること
になる。これを、ノコギリ波状のパルス電圧による粗動
に対して、微動と呼んでいる。
【0075】なお、駆動ユニット20の駆動軸28と案
内摩擦部材14,16との間の摩擦力が、付勢ローラ3
2,34と案内摩擦部材14,16との間の摩擦力より
小さい場合には、圧電素子22がゆっくり伸縮しても、
案内摩擦部材14,16と移動ユニット20の駆動軸2
8との間で滑りが生じ、付勢ユニット30の付勢ローラ
14,16は案内摩擦部材14,16に対して静止した
ままとなる。つまり、駆動ユニット20および付勢ユニ
ット30は、圧電素子22が伸縮しても、案内摩擦部材
14,16に対して移動しない。したがって、この場合
には、微動することはもとより、粗動することもできな
い。
【0076】以上説明した第2〜第4実施形態の駆動装
置10a,10b,10cは、第1実施形態の駆動装置
10と同様に、ストロークが長く、かつ高速駆動が可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の圧電リニアアクチュエータを用いた駆
動装置の斜視図である。
【図2】 従来のインパクト式アクチュエータを用いた
駆動装置の説明図である。
【図3】 本発明の駆動装置の動作の原理の説明図であ
る。
【図4】 本発明の第1実施形態の駆動装置の駆動ユニ
ットの3面図である。
【図5】 図4の駆動ユニットの斜視図である。
【図6】 本発明の第1実施形態に係る駆動装置の斜視
図および正面図である。
【図7】 本発明の第2実施形態に係る駆動装置の斜視
図である。
【図8】 本発明の第3実施形態に係る駆動装置の斜視
図および正面図である。
【図9】 本発明の第4実施形態に係る駆動装置の一部
破断正面図および断面図である。
【図10】 案内摩擦部材の表面粗さと駆動速度の変動
の大きさとの関係のグラフ図である。
【図11】 駆動周波数と駆動速度との関係を調べた実
験結果のグラフ図である。
【符号の説明】
10,10a,10c 駆動装置 12 ベース 12s 上面 14 固定案内摩擦部材 14k 外側の面 14x 上面 14z 平面 15a,15b 間隔規制部材 16 移動案内摩擦部材 16k 外側の面 16x 上面 17a,17b ガイド部材 17s 支持ピン 16z V溝面 18 支持ばね 19 空間 19a,19b 端部 20 駆動ユニット 22 圧電素子 22a,22b 端面 22p,22n リード線 24 移動体 24a 本体 24b 中間壁部 24c,24d 端部 24s 貫通穴 24t ねじ穴 24x 上面 24y 立面 24z 側面 25a,25b 凹部 26 ガイド部材(移動体) 26s 貫通穴 26t ねじ穴 26x 上面 28 駆動軸 28a 本体部 28b,28c 軸部 28s 外周面 30 付勢機構 31 ステージ 31a,31b 裏面 32 付勢ローラ 33 支持軸 34 付勢ローラ 35 支持軸 40,41 矢印 80,80a,80b 波形

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベースと、 駆動パルス発生手段に接続されて伸縮する電気機械変換
    素子と、上記電気機械変換素子の伸縮方向一端に固着結
    合された移動体と、上記電気機械変換素子の伸縮方向他
    端に固着結合され、上記移動体より質量の軽い駆動摩擦
    部材とを有する駆動ユニットと、 上記ベースに設けられ、上記駆動ユニットの上記駆動摩
    擦部材に摩擦結合し、上記駆動摩擦部材を上記電気機械
    変換素子の伸縮移動方向に案内する案内摩擦部材とを備
    えたことを特徴とする駆動装置。
  2. 【請求項2】 上記案内摩擦部材は、少なくとも2部材
    からなり、該2部材の間に上記駆動ユニットが配置さ
    れ、上記2部材は、上記駆動摩擦部材を挟持して、上記
    駆動摩擦部材との間に摩擦力を発生させることを特徴と
    する、請求項1記載の駆動装置。
  3. 【請求項3】 上記案内摩擦部材は、上記ベースに固定
    された固定案内摩擦部材と、該固定案内摩擦部材に沿っ
    て配置され、上記固定案内摩擦部材に対して移動可能に
    上記ベースに支持された移動案内摩擦部材とからなり、 上記移動案内摩擦部材を上記固定案内摩擦部材に付勢す
    る付勢手段をさらに備えたことを特徴とする、請求項2
    記載の駆動装置。
  4. 【請求項4】 上記固定案内摩擦部材と上記移動案内摩
    擦部材との間の間隔を規制する間隔規制部材をさらに備
    えたことを特徴とする、請求項3記載の駆動装置。
  5. 【請求項5】 上記移動案内摩擦部材は、上記固定案内
    摩擦部材に対して平行移動可能に支持され、 上記固定案内摩擦部材および上記移動案内摩擦部材は、
    互いに吸引し合う磁性を有することを特徴とする、請求
    項3記載の駆動装置。
  6. 【請求項6】 上記移動案内摩擦部材は、上記固定案内
    摩擦部材に対して平行移動可能に支持され、 上記駆動ユニットの上記移動体には、上記移動案内摩擦
    部材および上記固定案内摩擦部材の外側に延在するステ
    ージが固定され、 該ステージには、上記移動案内摩擦部材および上記固定
    案内摩擦部材の外側の各面にそれぞれ当接する当接部材
    と、該当接部材を上記移動案内摩擦部材および上記固定
    案内摩擦部材に付勢する当接部材付勢手段とが設けられ
    たことを特徴とする、請求項3記載の駆動装置。
  7. 【請求項7】 上記当接部材と上記固定案内摩擦部材お
    よび上記移動案内摩擦部材との間の摩擦係数は、上記駆
    動ユニットの上記駆動摩擦部材と上記固定案内摩擦部材
    および上記移動案内摩擦部材との間の摩擦係数より小さ
    いことを特徴とする、請求項6記載の駆動装置。
  8. 【請求項8】 上記当接部材と上記固定案内摩擦部材お
    よび上記移動案内摩擦部材とは転がり接触することを特
    徴とする、請求項7記載の駆動装置。
  9. 【請求項9】 上記駆動ユニットの上記駆動摩擦部材
    は、炭素繊維強化複合樹脂を用いて構成されたことを特
    徴とする、請求項1記載の駆動装置。
  10. 【請求項10】 上記駆動ユニットの上記移動体は、上
    記駆動ユニットの上記駆動摩擦部材を上記駆動ユニット
    の上記電気機械変換素子の伸縮方向に案内するガイド部
    を有することを特徴とする、請求項1記載の駆動装置。
  11. 【請求項11】 上記案内摩擦部材は、上記駆動ユニッ
    トの上記駆動摩擦部材と摩擦結合する面の算術平均粗さ
    Raが6μmより小さいことを特徴とする、請求項1記
    載の駆動装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010284056A (ja) * 2009-06-08 2010-12-16 Konica Minolta Opto Inc 振動型駆動装置
JP2013134715A (ja) * 2011-12-27 2013-07-08 Aisin Aw Co Ltd 操作入力装置
JP2014528164A (ja) * 2011-09-12 2014-10-23 マッパー・リソグラフィー・アイピー・ビー.ブイ. ターゲット処理ツールのためのガイダンス

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6384493B1 (en) 1999-03-26 2002-05-07 Minolta Co., Ltd. Drive device and apparatus equipped with said drive device
US6483226B1 (en) 1999-03-30 2002-11-19 Minolta Co., Ltd. Impact actuator and equipment using the impact actuator
JP2010284056A (ja) * 2009-06-08 2010-12-16 Konica Minolta Opto Inc 振動型駆動装置
JP2014528164A (ja) * 2011-09-12 2014-10-23 マッパー・リソグラフィー・アイピー・ビー.ブイ. ターゲット処理ツールのためのガイダンス
JP2013134715A (ja) * 2011-12-27 2013-07-08 Aisin Aw Co Ltd 操作入力装置

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