JPH10225149A

JPH10225149A - 駆動装置

Info

Publication number: JPH10225149A
Application number: JP9026425A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Yoshida; 龍一吉田; Yasuhiro Okamoto; 泰弘岡本
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 1998-08-21
Anticipated expiration: 2017-02-10
Also published as: JP4073512B2

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が
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１６ｚＶ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

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。