TWI436575B - 摩擦驅動致動器 - Google Patents

Description

摩擦驅動致動器

本發明係有關於一種定位致動器，特別係有關於一種可防止壓電元件損壞之摩擦驅動致動器。

傳統的摩擦驅動致動器主要係利用壓電元件可變形之特性來驅動被驅動件，藉以達到位移或定位之目的。如圖1所示，美國專利(US 7,196,454)即揭露了一種可應用於掃描探頭或顯微鏡之摩擦驅動致動器100，其主要包括一底座110、一壓電元件150、一摩擦元件170以及一被驅動件190，前述被驅動件190活動地設置於底座110上，並可用以承載一物體199，壓電元件150設置於底座110上且位於被驅動件190下方，摩擦元件170則設置於壓電元件150上並且與被驅動件190相互抵接。應了解的是，當壓電元件150受一電壓訊號影響而伸長或縮短時，可帶動被驅動件190以及被驅動件190上的物體199沿X軸或-X軸方向位移。

然而，前述摩擦驅動致動器100存在一致命缺點：當被驅動件190所承受的物體199重量太重或壓力過大時，下方的壓電元件150極容易受損而失去效能。由於一般壓電元件大多為脆弱的陶瓷材料所製成，因此當承受過大的壓力或撞擊時極可能導致其破碎斷裂。

有鑑於此，如何改善前述摩擦驅動致動器結構的缺點 始成為一重要之課題。

本發明之一實施例提供一種摩擦驅動致動器，包括一殼體、一被驅動件、一壓電元件以及一可撓性件。前述被驅動件可相對殼體位移，前述壓電元件設置於殼體內並且位於被驅動件的外側。前述可撓性件連接壓電元件並且朝一第一方向延伸，其中當壓電元件受一電壓訊號驅動而朝第一方向變形時，前述可撓性件帶動被驅動件相對殼體位移。

於一實施例中，可撓性元件與被驅動件以摩擦方式接合。

於其他實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一預壓元件，其中預壓元件設置於殼體內並提供一預壓力以增加可撓性元件與被驅動件之間的摩擦力。其他可提供預壓力之方式亦可應用於此。

於一實施例中，前述預壓元件為一彈簧或磁鐵。

於一實施例中，前述彈簧位於可撓性件與殼體之間。

於一實施例中，前述磁鐵位於可撓性件與殼體之間，此時被驅動件為導磁或磁性材料。

於一實施例中，前述磁鐵位於可撓性件與被驅動件之間，此時被驅動件為導磁或磁性材料。

於一實施例中，前述可撓性件直接與被驅動件接觸。

於一實施例中，前述可撓性件一端固定一摩擦墊，其 中摩擦墊與被驅動件接觸。

於一實施例中，前述可撓性件含有陶瓷、金屬、碳纖維、木頭或塑膠材質。

於一實施例中，前述彈簧為螺旋狀之彈簧或彈片，其材質可為金屬、碳纖維或塑膠。

於一實施例中，前述壓電元件之一端固定可撓性件上。

於一實施例中，前述壓電元件之一端固定於被驅動件上，可撓性件固定於另一端。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一滑軌，其中滑軌固定於殼體上，且被驅動件可沿著滑軌滑動。

於一實施例中，前述滑軌提供被驅動件線性或旋轉方式滑動。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一預壓元件，設置於殼體內並提供一預壓力以增加可撓性件與被驅動件之間的摩擦力。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一預壓元件，設置於殼體內並提供一預壓力以增加摩擦墊與被驅動件之間的摩擦力。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一預壓元件，設置於被驅動件上並提供一預壓力以增加可撓性件與滑軌之間的摩擦力。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一預壓元件，設置於被驅動件上並提供一預壓力以增加摩擦墊與滑軌之間的摩擦力。

於一實施例中，前述電壓訊號含有一三角波。

於一實施例中，前述電壓訊號含有一鋸齒波。

於一實施例中，前述電壓訊號為一具有不同的工作週期之脈衝寬度調變訊號。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一位移感測元件以及一光學、磁性或電阻式編碼器，前述編碼器設置於殼體上，且位移感測元件設置於被驅動件上。

於一實施例中，前述壓電元件為積層式或剪力式壓電元件。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器包括兩個壓電元件以及兩個可撓性件，其中壓電元件以及可撓性件分別位於被驅動件的相反側。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一滑軌以及一摩擦墊，前述滑軌固定於殼體上，被驅動件可沿滑軌滑動，摩擦墊之一端固定於壓電元件上，其中摩擦墊與滑軌接觸，且壓電元件一端連接可撓性件。可撓性件之另一端固定於殼體。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一預壓元件，設置於殼體內並提供一預壓力以增加摩擦墊與被驅動件之間的摩擦力。

本發明之一實施例更提供一種摩擦驅動致動器，包括一殼體、一旋轉件、一壓電元件以及一可撓性件。前述旋轉件活動地設置於殼體內，前述壓電元件連接殼體，前述可撓性件連接壓電元件並且朝一第一方向延伸。其中，當壓電元件受一電壓訊號驅動而朝第一方向變形時，可撓性件帶動旋轉件繞旋轉件之軸心旋轉。

於一實施例中，前述可撓性件直接與旋轉件接觸。

於一實施例中，前述可撓性件包括一摩擦墊，其中摩擦墊與旋轉件接觸。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器包括兩個壓電元件以及兩個可撓性件，其中壓電元件以及可撓性件分別位於旋轉件的相反側。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一磁鐵，設置於可撓性件上並與旋轉件接觸。

於一實施例中，前述旋轉件具有一圓弧面，且前述磁鐵與旋轉件之圓弧面接觸。

於一實施例中，前述旋轉件具有一主平面，且前述磁鐵與旋轉件之主平面接觸。

於一實施例中，前述旋轉件為無軸心環狀結構。

於一實施例中，前述壓電元件為剪力式壓電元件。

於一實施例中，前述摩擦驅動致動器更包括一磁鐵，前述磁鐵與殼體接觸，且旋轉件具有一主平面，壓電元件固定於主平面上，其中可撓性件連接磁鐵與壓電元件。

於一實施例中，前述旋轉件與磁鐵分別位於壓電元件的相反側。

於一實施例中，預壓元件提供垂直於摩擦件與被驅動件介面之接觸摩擦力。

為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

■摩擦驅動致動器

請參閱第2、3圖，本發明一實施例之摩擦驅動致動器10主要包括一殼體11、一被驅動件12、一壓電元件13、一可撓性件14以及一預壓元件151，其中在殼體11內部具有一滑軌18，前述滑軌18大致朝X軸方向延伸，被驅動件12則活動地設置在滑軌18上，並可相對殼體11沿X軸方向(第一方向)滑動。如第2、3圖所示，前述壓電元件13之一端固定於殼體11之一第一面S1上，可撓性件14則與壓電元件13連接並且朝X軸方向延伸，其中可撓性件14可透過一摩擦墊16與被驅動件12的側表面121相互接觸(摩擦墊16之一第二面S2與前述側表面121接觸)，此外可撓性件14也可直接與被驅動件接觸。

在本實施例中，前述預壓元件151例如為一螺旋狀之彈簧或彈片，其材質可為金屬、碳纖維、塑膠或其他具有彈性之材料。應了解的是，預壓元件151係設置在可撓性件14和殼體11之間，藉此可作用一彈力予可撓性件14，進而增加摩擦墊16與被驅動件12之側表面121間的摩擦力，其中壓電元件13、可撓性件14以及預壓元件151的數量也可以是複數個，並不以一個為限。

應了解的是，當壓電元件13受到一上升之電壓訊號影響而朝X軸方向變形伸長時，可透過可撓性件14帶動被驅動件12沿X軸方向位移；相反地，當壓電元件13受到一下降之電壓訊號影響而朝-X軸方向變形收縮時，被驅動件12則會被可撓性件14帶動而沿-X軸方向位移。由於本 實施例中的壓電元件13係位在被驅動件12的外側而未與被驅動件12接觸，因此當被驅動件12受到外界壓力或撞擊時，可透過可撓性件14吸收來自不同方向的力量；換言之，被驅動件12所承受的負載與應力不會直接作用在壓電元件13上，藉此可避免脆弱之壓電元件13損壞，進而能延長摩擦驅動致動器10的使用壽命。

請參閱第4A圖，一外界衝擊力或側向扭矩造成被驅動件12傾斜(相對於滑軌18)使可撓性件14因吸收衝擊力或扭矩而彎曲，因此可保護壓電元件13不因外界衝擊或側向扭矩力而受損。請參閱第4B圖，當外界力量(如樣品重量)造成被驅動件12朝側向位移，同樣可藉由可撓性件14之彎曲而吸收側向力，以保護脆弱之壓電元件13不受損害。

在本實施例中，可撓性件14之材質可為金屬、碳纖維、木頭、塑膠或其他具有彈性之材料。摩擦墊16之材質可為陶瓷、銅或銅合金、藍寶石或其他適合與被驅動件12摩擦之材料。在一些實施例中，摩擦墊16可為磁鐵、磁性材料或導磁材料所製成。

請參閱第5A圖，使用磁力替代機械彈性預壓，此時滑12為磁性或導磁材料。藉由磁性預壓元152與被驅動件12間之磁力使摩擦墊16與被驅動件表面121間增加摩擦力。

請參閱第5B圖，此時被驅動件13為磁性或導磁材料，此時磁鐵154固定於撓性元件14之一端與被驅動件12接觸。由壓電元件13產生位移透過磁鐵154與被驅動件12間因磁力產生的摩擦力帶動被驅動件12。

請參閱第6圖，摩擦驅動致動器41包含一位移感測元件15固定於被驅動件12，一編碼器17固定於殼體11。位移感測元件以光學、磁性、電阻或其他方式偵測編碼器17而獲得被驅動件12之位移量，可做為閉迴路高精密度控制。

■驅動訊號

用於摩擦驅動致動器之壓電元件可為積層式壓電元件、剪力式壓電元件或其他種類之壓電元件。此壓電元件可由數種不同之電壓訊號所控制，如三角波、鋸尺波或脈衝寬度調變訊號。施加適當頻率、振幅與形狀之電壓於壓電元件可使壓電元件產生一位移量驅動被驅動件。適當選擇頻率、電壓與形狀之電壓可驅動此致動器產生長距離(公分或公釐等級)位移與高解析掃描致動(奈米或次奈米等級)與定位。

請參閱第7、8圖，一積層式壓電材料41受三角波電壓驅動而產生形變，可做為單軸次奈米極高解析度定位與掃描之功能。當電壓訊號為0時，積層式壓電材料41無變形(如圖8A)。當施加電壓訊號C11時，積層式壓電材料41朝X方向伸長一距離△X ，至位置+△X (如圖8B)。當施加第二電壓訊號C12時，積層式壓電材料41朝X方向縮短，至位置-△X (如圖8C)。當施加第三電壓訊號C13時，積層式壓電材料41朝X方向伸長，至原位置(如圖8A)。

請參閱第7、9圖，一剪力式壓電材料42受三角波電 壓驅動而產生形變，可做為單軸次奈米極高解析度定位與掃描之功能。當電壓訊號為0時，剪力式壓電材料42無變形(如圖9A)。當施加電壓訊號C11時，剪力式壓電材料42朝X方向變形造成一距離變化△X ，至位置+△X (如圖9B)。當施加第二電壓訊號C12時，剪力式壓電材料42朝-X方向變形造成一距離變化，至位置-△X (如圖9C)。當施加第三電壓訊號C13時，剪力式壓電材料42朝X方向變形，至原位置(如圖9A)。

接著請一併參閱第10與11A、B圖，當第10圖中的第一段電壓訊號C1施加於前述壓電元件13時，壓電元件13會隨著電壓值上升而朝X軸方向逐漸伸長，由於此時摩擦墊16和被驅動件12之間的摩擦力帶動被驅動件12位移，故被驅動件12會隨著壓電元件13的伸長而由第一位置X1滑動一距離△X，進而到達如第11A圖所示第二位置X2。接著，當壓電元件13受到第10圖中的第二段電壓訊號C2作用時，瞬間下降的電壓值變化會導致壓電元件13急速收縮，且可撓性件14和摩擦墊16會隨著壓電元件13的收縮而沿著-X軸方向位移，惟此時可撓性件與摩擦墊16瞬間加速度過快，因而造成和被驅動件12之間的滑動，故被驅動件12仍會保持在第二位置X2或略小於△X的距離，如圖11B所示。根據上述滯滑(stick-slip)驅動原理可以推知，當摩擦驅動致動器10以連續正向或反向鋸齒波(saw tooth wave)作為驅動電壓訊號時，可控制被驅動件12沿X軸或-X軸運動，以達到長行程位移之目的。

請參閱第2與第12A~12C圖，在本發明中亦可以用 脈衝寬度調變(Pulse-Width Modulation, PWM)訊號來驅動摩擦驅動致動器內之壓電元件13做為高速且公分等級之大範圍位移。如第12A圖所示，當以一特定頻率之方波訊號作為驅動電壓訊號時，若該方波訊號的工作週期(duty cycle)為50%時，亦即t/T=0.5，則致動器內的被驅動件位置會保持靜止。然而，若該方波訊號的工作週期低於50%時(如第12B所示)，亦即t/T<0.5，致動器內的被驅動件則會朝一方向移動。相反地，當該方波訊號的工作週期大於50%時，亦即t/T>0.5，則致動器內的被驅動件將會朝另外一方向移動。也就是說，本發明亦可利用脈衝寬度調變訊號來控制壓電元件的變形量，且能進一步地利用滯滑(stick-slip)驅動原理來控制被驅動件沿X軸或-X軸運動。

■多種實施構造

請參閱第13A圖，本發明另一實施例之摩擦驅動致動器20主要包括有一殼體21、一被驅動件22、一壓電元件23以及一可撓性件24，其中在殼體21內部具有一朝X軸方向延伸之滑軌28，被驅動件22則設置在滑軌28上，並可相對殼體21沿X軸方向滑動。如第13A圖所示，本實施例中的壓電元件23之一端係固定於被驅動件22上，可撓性件24則是透過一摩擦墊26而與滑軌28接觸，此外另可透過彈簧(未圖示)或其他預壓元件對可撓性件24施加一預壓力28，藉以增加摩擦墊26和滑軌28表面之間的摩擦力。如此一來，當壓電元件23受一電壓訊號驅動而伸長或縮短時，壓電元件23本身即可帶動被驅動件22沿X軸或 -X軸方向位移。

請參閱第13B圖，，亦可以一磁鐵25取代前述摩擦墊26，前述磁鐵25可作為一預壓元件以提供磁性預壓力(例如磁鐵25和滑軌28之間的吸引力，其中滑軌28可採用導磁材料)，藉此能增加磁鐵25與滑軌28之間的摩擦力，使得壓電元件23可有效地帶動被驅動件22沿X軸或-X軸方向位移。

請參閱第14A~14C圖，此為其他替代構造，一摩擦驅動致動器包含一可撓性件74一端連接於殼體71之第一面S1’，另一端連接壓電元件73。殼體71固定一滑軌78，當壓電元件73伸長與縮短時，線性位移傳遞至被驅動件72，如圖14A所示。在一些實施例中，一機械或磁性預壓力施加在摩擦墊76上以增加驅動被驅動件72時之摩擦力(摩擦墊76之一第二面S2’接觸被驅動件72)。在此構造中，可撓性件74可保護脆弱之壓電元件73免於外界衝擊力、側向力、重力、扭矩造成之傷害(如圖14B)，亦可吸收樣品質量造成被驅動件垂直於驅動方向之位移(如圖14C)保護壓電元件73不受側向力導致斷裂。

請參閱第15A~15D圖，在一些時施例中，並無滑軌之存在。如圖15A~15C所示，在摩擦驅動致動器60a與60c內分別有一積層式壓電材料63a與剪力式壓電材料63c固定於其殼體61。積層式壓電材料63a與剪力式壓電材料63c透過可撓性件64與摩擦墊66將位移傳遞至被驅動件62。此時以一機械或磁性預壓力增加摩擦墊66與被驅動件62間之摩擦力。

請參閱第15B與15D圖，在摩擦驅動致動器60b與60d內分別有一積層式壓電材料63b與剪力式壓電材料63d固定於其可撓性件64’。積層式壓電材料63b與剪力式壓電材料63d透過摩擦墊66’將位移傳遞至被驅動件62。此時以一機械或磁性預壓力增加摩擦墊66’與被驅動件62間之摩擦力。

請參閱第16A圖，摩擦驅動致動器50主要包括兩剪力式壓電材料53a,53b之一端分別固定於殼體51，另一端分別固定兩可撓性件54a,54b。在一些時施例中，可撓性件54a,54b直接接觸並驅動被驅動件52位移。預壓元件551a,551b例如為螺旋狀彈簧施加預壓力增加摩擦墊56a,56b與被驅動件52間之摩擦力量。一電壓訊號施加於剪力式壓電材料53a,53b使其產生X方向之形變，透過兩可撓性件54a,54b末端固定之兩摩擦墊56a,56b以摩擦力驅動被驅動件52沿著滑軌58朝X方向位移。

請參閱第16B圖，一摩擦驅動致動器50實施例中，一磁鐵552固定於摩擦墊56與可撓性件54之間。此時被驅動件52為磁性或導磁材料。磁鐵552與被驅動件52間之磁力增加磁鐵552與被驅動件52間之摩擦力，剪力壓電元件53可以此力量帶動被驅動件52朝X方向運動。

請參閱第17A圖，一摩擦驅動旋轉致動器30主要包含一環狀被驅動件32相對環狀滑軌38以同軸心旋轉運動。一壓電元件33之一端固定於殼體31(未圖示)另一端固定可撓性件34。可撓性件34上之摩擦墊36與被驅動件32以摩擦方式接合。當電壓訊號施加於壓電元件33使其朝X 方向伸長或縮短，透過可撓性件34經摩擦墊36以摩擦力驅動被驅動件32，使被驅動件32相對於滑軌38作同軸心之旋轉運動。

請參閱第17B圖，在一些實施例中，被驅動件32為磁性或導磁材料，一磁鐵35取代摩擦墊36。磁鐵35與被驅動件32間之磁力增加磁鐵35與被驅動件32間之摩擦力，壓電元件33可以此力量帶動被驅動件32以其軸心作旋轉運動。

請參閱第17C圖，在一些實施例中，被驅動件32為磁性或導磁材料，一磁鐵35’取代摩擦墊36。磁鐵35與被驅動件32主平面321之磁力增加磁鐵35’與主平面321間之摩擦力，壓電元件33可以此力量帶動被驅動件32以其軸心作旋轉運動。

請參閱第17D圖，一摩擦驅動旋轉致動器30’包含一旋轉被驅動件32’。第一壓電元件33a一端固定於殼體31a另一端固定可撓性件34a。可撓性件34a直接與被驅動件32’下弧面接觸。一預壓力Pa可增加可撓性件34a直接與被驅動件32’之摩擦力。第二壓電元件33b一端固定於殼體31b另一端固定可撓性件34b。可撓性件34b直接與被驅動件32’上弧面接觸。一預壓力Pb可增加可撓性件34b直接與被驅動件32’之摩擦力。透過兩壓電材料33a與33b可驅動被驅動件32’以其軸心作旋轉運動。在一些實施例中(未圖示)，摩擦墊固定於可撓性件上用於驅動被驅動件32’。

請參閱第18圖，一摩擦驅動致動器80之被驅動件82可作兩軸線性位移。第一壓電元件83a之一端固定於XY 導引滑軌88，另一端固定撓性元件84a。撓性元件84a之另一端固定於一摩擦墊86。第二壓電元件83b之一端固定於XY導引滑軌88，另一端固定撓性元件84b。撓性元件84b之另一端固定於摩擦墊86之另一面。摩擦墊86藉由預壓力P與被驅動件82下方平面摩擦接合。被驅動件82之X方向運動由第一壓電元件83a所驅動，Y方向運動由第二壓電元件83b所驅動。

需特別說明的是，由於本發明中的壓電元件以一可撓性件驅動被驅動件，故被驅動件所受到的外力或撞擊不會直接作用在壓電元件上，藉此可避免壓電元件受到外力影響而損壞。整體而言，本發明除了具有結構簡單與穩定性高之優點外，其定位精度更可達到奈米等級，故可廣泛地應用在高精度之定位機構、掃描裝置或原子力顯微鏡(Atomic force microscopy,AFM)等領域。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧底座

150‧‧‧壓電元件

170‧‧‧摩擦元件

190‧‧‧被驅動件

199‧‧‧物體

10‧‧‧摩擦驅動致動器

11‧‧‧殼體

12‧‧‧被驅動件

121‧‧‧側表面

13‧‧‧壓電元件

14‧‧‧可撓性件

151‧‧‧預壓元件

152‧‧‧磁鐵

16‧‧‧摩擦墊

18‧‧‧滑軌

20‧‧‧摩擦驅動致動器

21‧‧‧殼體

22‧‧‧被驅動件

23‧‧‧壓電元件

24‧‧‧可撓性件

25‧‧‧磁鐵

26‧‧‧摩擦墊

28‧‧‧滑軌

30‧‧‧摩擦驅動致動器

31‧‧‧殼體

31a‧‧‧殼體

31b‧‧‧殼體

32‧‧‧被驅動件

32’‧‧‧被驅動件

321‧‧‧主平面

33‧‧‧壓電元件

33a‧‧‧壓電元件

33b‧‧‧壓電元件

34‧‧‧可撓性件

34a‧‧‧可撓性件

34b‧‧‧可撓性件

35‧‧‧磁鐵

35’‧‧‧磁鐵

36‧‧‧摩擦墊

38‧‧‧環狀滑軌

41‧‧‧壓電元件

42‧‧‧壓電元件

50‧‧‧摩擦驅動致動器

51‧‧‧殼體

52‧‧‧被驅動件

53‧‧‧壓電元件

53a‧‧‧壓電元件

53b‧‧‧壓電元件

54‧‧‧可撓性件

54a‧‧‧可撓性件

54b‧‧‧可撓性件

551a‧‧‧預壓元件

551b‧‧‧預壓元件

56a‧‧‧摩擦墊

56b‧‧‧摩擦墊

58‧‧‧滑軌

552‧‧‧磁鐵

60a‧‧‧摩擦驅動致動器

62‧‧‧被驅動件

63a‧‧‧壓電元件

64‧‧‧可撓性件

64’‧‧‧可撓性件

66‧‧‧摩擦墊

66’‧‧‧摩擦墊

60b‧‧‧摩擦驅動致動器

63b‧‧‧壓電元件

60c‧‧‧摩擦驅動致動器

63c‧‧‧壓電元件

60d‧‧‧摩擦驅動致動器

63d‧‧‧壓電元件

70‧‧‧摩擦驅動致動器

72‧‧‧被驅動件

73‧‧‧壓電元件

74‧‧‧可撓性件

76‧‧‧摩擦墊

71‧‧‧殼體

80‧‧‧摩擦驅動致動器

88‧‧‧XY導引滑軌

82‧‧‧被驅動件

83a‧‧‧壓電元件

83b‧‧‧壓電元件

84a‧‧‧可撓性件

84b‧‧‧可撓性件

C1‧‧‧第一段電壓訊號

C2‧‧‧第二段電壓訊號

C11‧‧‧第一段電壓訊號

C12‧‧‧第二段電壓訊號

C13‧‧‧第三段電壓訊號

17‧‧‧編碼器

P‧‧‧預壓力

Pa‧‧‧預壓力

Pb‧‧‧預壓力

15‧‧‧位移感測元件

X1‧‧‧第一位置

X2‧‧‧第二位置

△X‧‧‧距離

S1、S1’‧‧‧第一面

S2、S2’‧‧‧第二面

第1圖表示一習知摩擦驅動致動器之示意圖；第2圖表示本發明一實施例之摩擦驅動致動器示意圖；第3圖為第2圖之驅動機制方塊圖；第4A、4B圖為被驅動件因外界力量而位移之示意圖；第5A、5B圖摩擦驅動致動器使用磁鐵之示意圖；第6圖為摩擦驅動動器使用位移感測元件及編碼器之示意圖；第7圖表示一三角波電壓訊號之示意圖；第8圖為積層式壓電元件伸長縮短之示意圖；第9圖為剪力式壓電元件形變之示意圖；第10圖表示一鋸齒波電壓訊號之示意圖；第11A、11B圖為圖2摩擦驅動致動器由圖10電壓訊號驅動之示意圖；第12A~12C圖表示不同工作週期之脈衝寬度調變電壓訊號之示意圖；第13A、13B表示本發明其他實施例之摩擦驅動致動器示意圖；第14A~14C表示本發明其他實施例之摩擦驅動致動器示意圖；第15A~15D圖表示本發明其他實施例之摩擦驅動致動器示意圖；第16A、16B圖表示本發明其他實施例之摩擦驅動致動器示意圖；第17A~17D圖表示本發明之旋轉式摩擦驅動致動器 實施例示意圖；以及第18圖表示本發明XY兩軸運動之摩擦驅動致動器實施例示意圖。

10‧‧‧摩擦驅動致動器

11‧‧‧殼體

12‧‧‧被驅動件

121‧‧‧側表面

13‧‧‧壓電元件

14‧‧‧可撓性件

151‧‧‧預壓元件

16‧‧‧摩擦墊

18‧‧‧滑軌

Claims (24)

1. 一種摩擦驅動致動器，包括：一殼體；一壓電元件，固定於該殼體之第一面；一被驅動件，可相對該殼體位移；一可撓性件，連接該壓電元件並且朝一方向延伸；以及一摩擦墊，連接該可撓性件，該摩擦墊與該被驅動件以摩擦接合於該摩擦墊之一第二面，該第一面大致垂直於該第二面，其中當該壓電元件受一電壓訊號驅動而朝該方向變形時，該可撓性件帶動該被驅動件相對該殼體位移。
2. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該可撓性件以摩擦方式接合被驅動件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該摩擦驅動致動器更包括一預壓元件，該預壓元件連接該可撓性件，並提供一預壓力以增加該可撓性件與該被驅動件之間的摩擦力。
4. 如申請專利範圍第3項所述之摩擦驅動致動器，其中該預壓元件包括一彈簧。
5. 如申請專利範圍第3項所述之摩擦驅動致動器，其中該預壓元件包括一磁鐵。
6. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該摩擦墊包括一磁鐵。
7. 如申請專利範圍第3項所述之摩擦驅動致動器，其中該預壓元件產生一力量垂直於該摩擦墊與該被驅動件接 觸之平面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該摩擦驅動致動器包括一滑軌，用於導引該被驅動件相對於該殼體位移。
9. 如申請專利範圍第8項所述之摩擦驅動致動器，其中該滑軌進一步限制導引方向外之運動。
10. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該被驅動件與該壓電元件不直接接觸。
11. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該被驅動件相對於該殼體作線性運動。
12. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該被驅動件相對於該殼體作旋轉運動。
13. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該被驅動件藉由滯滑(stick-slip)驅動原理相對於該殼體作線性運動。
14. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該摩擦驅動致動器更包括：一編碼器，設置於該被驅動件；以及一位移感測元件，用於偵測該編碼器之位置，且設置於該殼體內。
15. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該壓電元件可由三角波、鋸齒波或脈衝寬度調變電壓訊號驅動。
16. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該壓電元件包括一積層式壓電材料。
17. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該壓電元件包括一剪力式壓電材料。
18. 如申請專利範圍第1項所述之摩擦驅動致動器，其中該被驅動件用於承載一樣品。
19. 一種摩擦驅動致動器，包括：一殼體；一壓電元件；一可撓性件，連接該壓電元件，並連接該殼體之一第一面；一被驅動件，可受壓電元件驅動而相對該殼體位移；以及一摩擦墊，連接該壓電元件，該摩擦墊與該被驅動件以摩擦接合於該摩擦墊之一第二面，其中該第一面大致垂直於該第二面。
20. 如申請專利範圍第19項所述之摩擦驅動致動器，其中該摩擦墊置於該壓電元件與該被驅動件之間，用於傳遞該壓電元件之運動至該被驅動件。
21. 如申請專利範圍第19項所述之摩擦驅動致動器，其中該摩擦驅動致動器更包括一預壓元件，其中該預壓元件產生一力量垂直於該摩擦墊與該被驅動件接觸之平面。
22. 如申請專利範圍第20項所述之摩擦驅動致動器，其摩擦墊包括一磁鐵。
23. 如申請專利範圍第19項所述之摩擦驅動致動器，其中該可撓性件連接該殼體。
24. 如申請專利範圍第23項所述之摩擦驅動致動 器，其中該壓電元件連接該被驅動件。