WO2011055427A1 - 駆動装置 - Google Patents

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Abstract

 駆動装置は、直動自在又は回動自在に可動し、予圧力を発生する電磁石6と、電磁石6の摺動面6aと当接する摺動ガイド面4aを有し、前記予圧力が与えられる摺動ガイド部4と、位置決め対象9を搭載したテーブル8の慣性力を用いて電磁石6に振動を与える圧電素子7と、電磁石6に前記振動が与えられている時は、摺動面6aと摺動ガイド面4aとの間の摩擦力fFR_ONより大きくなるように、電磁石6に前記振動が与えられていない時は、摺動面6aと摺動ガイド面4aとの間の摩擦力fFR_OFFより小さくなるように、電磁石6(可動部2)を所定方向に駆動する駆動力を発生するモータ5と、を備える。

Description

駆動装置
 本発明は、駆動装置に関するものである。
 精密位置決めを実現する微小移動装置として、摩擦力の作用下にある移動対象質量に対して、当該摩擦力よりも大きな衝撃力を与えることにより並行移動又は姿勢制御を行うもの(例えば特許文献1参照)や、移動体に圧電・電歪素子を用いた衝撃力を与えて移動を行うもの(例えば特許文献2参照)が知られている。
 衝撃力を発生する手段として、前者は電磁反発力を利用し、後者は圧電素子の急速変形を利用した微小移動装置であり、これらはいわゆる「インパクト機構」と呼ばれている。このインパクト機構は小型単純構造であって微小ステップ移動が可能であり、例えば精密位置決めテーブルやマイクロマニピュレータ等に用いられている。
 しかし、上記のような従来の微小移動装置は、微小ステップ移動であるため、高速移動が困難であった。
 高周波微小振動を与えることで、転動体と軌道面との間の摩擦力が低減することが知られており(例えば非特許文献1、2参照)、この現象を利用して軸受駆動時のトルク低減及びスティック・スリップ振動防止を図った軸受機構が提案されている(例えば特許文献3、4参照)。このような軸受機構は、摩擦低減効果による精密位置決めと、摩擦摺動効果による整定性、安定性の点において、優れた特性を示す。
 しかし、上記のような従来の軸受機構は、摩擦摺動効果により高速移動が困難であった。
特開昭60-60582号公報 特開昭63-299785号公報 特開平8-74869号公報 特開2005-256954号公報
"超音波振動利用による摩擦低減効果とその応用"、日本機械学会誌、1997、Vol.100、No.946 生田ほか、"腹腔内手術用超冗長能動内視鏡の研究"、日本ロボット学会誌、1998、Vol.16、No.4
 本発明は、移動速度、整定性、安定性及び位置決め精度についての特性を向上させる駆動装置を提供することを目的とする。
 本発明の一態様による駆動装置は、直動自在又は回動自在に可動し、予圧力を発生する第1発生部と、前記第1発生部の摺動面と当接する摺動ガイド面を有し、前記予圧力が与えられる摺動ガイド部と、前記第1発生部に連結され、前記第1発生部に振動を与える振動部と、前記第1発生部に前記振動が与えられている時は、前記摺動面と前記摺動ガイド面との間の摩擦力より大きくなるように、前記第1発生部に前記振動が与えられていない時は、前記摩擦力より小さくなるように、前記第1発生部を所定方向に駆動する駆動力を発生する第2発生部と、を備えるものである。
 本発明によれば、移動速度、整定性、安定性及び位置決め精度についての特性を向上させることができる。
第1の実施形態に係る駆動装置の断面図である。 電磁石の断面図である。 リニアモータの断面図である。 微振動制御ドライバの概略構成図である。 各信号、摩擦力及び可動部の移動距離の時刻歴の一例を示す図である。 変形例による駆動装置の断面図である。 変形例による駆動装置の断面図である。 第2の実施形態に係る駆動装置のドライバシステムの概略構成図である。 各信号、摩擦力及び可動部の移動距離の時刻歴の一例を示す図である。 各信号、摩擦力及び可動部の移動距離の時刻歴の一例を示す図である。 第3の実施形態に係る駆動装置のドライバシステムの概略構成図である。 第4の実施形態に係る駆動装置の断面図である。 同第4の実施形態に係る駆動装置の断面図である。
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
 (第1の実施形態)図1に本発明の第1の実施形態に係る駆動装置1の断面を示す。駆動装置1は、可動部2、摺動板4及びリニアモータ5を備える。摺動板4及びリニアモータ5は静止ベース3上に設置されている。リニアモータ5は、ステータ5a、可動体5b、永久磁石及び制御コイル(図示せず)等を有する。リニアモータ5の詳しい説明は後述する。
 可動部2は、リアニアモータ5の可動体5b、電磁石6、圧電素子7、テーブル8及び位置決め対象9からなり、図中左右方向に対して直動自在に可動する。電磁石6の一端に可動体5bが連結され、他端に圧電素子7の一端が連結される。また、圧電素子7の他端にテーブル8が配設されている。テーブル8には位置決め対象9が搭載される。
 可動部2は、リニアモータ5により発生される推力によって可動する。可動部2の摺動面(電磁石6の下面)6aは、摺動板4の摺動ガイド面4aと当接し、滑り摺動する。圧電素子7は、摺動ガイド面4aと略平行な方向に伸縮可能である。
 このように、可動部2は、摺動ガイド面4aに沿って、リアニアモータ5の可動体5b、電磁石6、圧電素子7及びテーブル8が直列に連結された構成になっている。
 図2に、電磁石6の断面を示す。電磁石6は制御コイル10を有する円筒形状型電磁石である。電磁石ドライバ(図示せず)により制御コイル10に電流が印加されると、電磁石6には磁路Aが生成される。磁路Aは、電磁石6の中心ヨーク6b→摺動板4→電磁石6の外周ヨーク6cを通る閉ループを構成する。
 これにより、中心ヨーク6b及び外周ヨーク6cの摺動板4と対向する面(磁極面であり、ここでは摺動面6a)に吸引力が発生し、電磁石6と摺動板4との間に予圧力fEMを付与することができる。予圧力fEMは制御コイル10への励磁電流を変えることで調整できる。
 なお、図2では、磁路Aを2箇所に分割して示しているが、この図は断面図であり、磁路Aは、実際には電磁石6の中心ヨーク6bを中心として周方向に連続した分布をなしている。同様に、図2において制御コイル10が2箇所に分割して示されているが、制御コイル10は、中心ヨーク6bを中心に巻かれた1つのコイル体を形成している。
 磁路Aの向きは図2に示すものに限定されず、制御コイル10に印加される励磁電流を変更し、図2に示される向きとは逆向きにしてもよい。
 ここで、リニアモータ5を作動し、可動部2に推力(駆動力)fLMを作用させた場合、摺動面6aと摺動ガイド面4aとの間には、予圧力fEMに依存する摩擦力fFRが発生し、推力fLMの制動力として働く。もし、推力fLMよりも摩擦力fFRが小さければ、可動部2は摺動ガイド面4aに沿って図中左方向に摺動する。推力fLMよりも摩擦力fFRが大きければ、可動部2は停止した状態を維持する。予圧力fEMを変化させることで摩擦力fFRを調整することができる。
 図3にリニアモータ5の断面を示す。リニアモータ5は、環状体をなす永久磁石11によって磁路Bが形成されるステータ5aと、制御コイル12を有する可動体5bとを備えるボイスコイルモータ(VCM)である。図示しないVCMドライバによって制御コイル12に電流が印加されると、フレミングの左手の法則に従って、推力fLMが発生する。
 なお、図3では、ボイスコイルモータの構成を示したが、リニアモータ5の方式はこれに限定されず、他方式のリニアモータ構成であっても良い。
 次に、本実施形態に係る駆動装置1の動作について説明する。リニアモータ5の制御コイル12に電流を印加すると推力fLMが発生し、電磁石6の制御コイル10へ電流を印加すると予圧力fEMが発生する。この時、推力fLMよりも摩擦力fFR(詳しくは、後述するfFR_OFF)が大きくなるように、制御コイル10、制御コイル12への印加電流が調整されている。そのため、可動部2は停止したままである。
 また、圧電素子7と電気的に結線された図示しない圧電アンプには、高周波指令信号が入力される。これにより、位置決め対象9を搭載したテーブル8の慣性力に依存して高周波振動力が電磁石6に付与される。この高周波振動力が摩擦力fFR(詳しくは、後述するfFR_OFF)よりも大きければ、摺動面6aには微小振動変位が発生する。摺動面6aに高周波微小振動が発生すると、摺動ガイド面4aとの間の摩擦力が変化し、高周波微小振動が付与されていない時の摩擦力fFR_OFFに比べて、高周波微小振動を付与した時の摩擦力fFR_ONは、fFR_ON<fFR_OFFとなることが広く知られている。
 そこで、推力fLMよりも摩擦力fFR_OFFが大きくなり、かつ、推力fLMよりも摩擦力fFR_ONが小さくなるように印加電流等を調整すると、摩擦力fFR_OFFの条件下では、可動部2を静止した状態に保持でき、摩擦力fFR_ONの条件下では、可動部2を摺動ガイド面4aに沿って摺動する状態を作ることができる。従って、圧電素子7を駆動する圧電アンプに入力される高周波指令信号を操作することで、可動部2の移動と停止の各動作を制御することが可能となる。
 例えば、図4に示す微振動制御ドライバ25を用いて、圧電素子7を駆動する圧電アンプ26に入力される高周波指令信号の状態をONとOFFに切り替えることで、高周波指令信号を操作することができる。
 図4に示すように、微振動制御ドライバ25は、圧電アンプ26、高周波指令信号生成部27、間欠駆動の間欠時間を定めるゲート信号生成部28及び乗算器29を有する。高周波指令信号生成部27は、波形の種類、周波数、振幅、オフセット値を所定の設定方法により設定し、出力信号27aを出力する。波形の種類は、正弦波、矩形波、三角波、ノコギリ波、ユーザによる任意波形の何れかが選定される。
 周波数と振幅は、圧電素子7の仕様、装置1の機械特性および圧電アンプ26の仕様を考慮して決定されるが、異音発生の観点から超音波領域での周波数設定が望ましい。圧電素子7が積層タイプの場合などは、必要に応じてオフセット値を設定し、プラス電圧のみの印加電圧信号を生成する。
 ゲート信号生成部28は、間欠駆動の間欠時間に準じた周波数とデュティ比を所定の設定方法により設定し、振幅が基準値1の矩形波信号を基本とする出力信号28aを出力する。
 乗算器29は、出力信号27a、28aが入力され、圧電素子指令信号30を圧電アンプへ出力する。圧電アンプ26は、圧電素子指令信号30に基づいて圧電素子7を駆動する。その結果、上述する作用から微小振動が得られる。
 図5は、各信号、摺動面6aと摺動ガイド面4aとの間の摩擦力と推力fLM、及び可動部2の移動距離の時刻歴の一例を示す。図5(a)は高周波指令信号生成部27の出力信号27a、図5(b)はゲート信号生成部28の出力信号28a、図5(c)は圧電素子指令信号30、図5(d)の実線は摩擦力、破線は推力fLM、図5(e)は移動距離を示す。
 本実施形態では、図に示すように、微振動制御ドライバ25の高周波指令信号27aの状態をONとOFFに切り替えた圧電素子指令信号30を用い、高周波振動を与えて摩擦力が推力より小さくなった(fFR_ON<fLM)時に可動部2を移動状態31aとし、高周波振動を与えず摩擦力が推力より大きい(fLM<fFR_OFF)時に可動部2を停止状態31bとする。
 微振動制御ドライバ25を用いて圧電素子7を駆動しているので、圧電素子7の特長である高速度応答性を有する駆動制御型の駆動装置1を実現でき、間欠周期の短い高速間欠駆動を達成できる。さらに、駆動装置1の駆動及び停止の各動作は、摺動面6aの摩擦力の変化によって実現しているので、可動部2は摩擦による大きなダンピング効果を無制御で受動的に得ることができ、停止動作の整定性や停止時の安定性を向上させることができる。また、制御系によってダンピングを付与する従来構成に比べて、センサや制御回路が不要であるため、装置を小型化できる。従って、簡易な構成でありながら、開ループ制御系での高速な微小間欠駆動を容易に実現できる。
 このように、本実施形態に係る駆動装置によれば、移動速度、整定性、安定性及び位置決め精度についての特性を向上させることができる。
 図1に示す駆動装置1における摺動板4を用いた構成では、可動部2は摺動ガイド面4aの面内において自在に移動可能である。従って、精密位置決めが必要な用途においては、駆動方向以外の自由度を拘束するために、図示しないガイド機構が別途必要となる場合がある。
 外部設置のガイド機構を用いずに駆動方向以外の自由度を拘束することができる駆動装置1aの構成を図6に示す。図6は、駆動装置1aの駆動方向と直交する方向に沿った縦断面図である。ここでは、図1~図3に示した駆動装置1と異なる部分についてのみ説明し、共通する部分については割愛する。
 駆動装置1aは、可動部15と摺動板17を備え、静止ベース3に設置されている。この摺動板17は、可動部15における電磁石16の摺動面16aと当接し滑り摺動する摺動ガイド面17aを有する。摺動面16aと摺動ガイド面17aは、可動部15の駆動方向に対し垂直な面においてV字形状となっている。
 電磁石16は、制御コイル18を備えた馬蹄形状型電磁石を構成しており、図示しない電磁石ドライバによって制御コイル18に電流が印加されると、電磁石16には磁路Cが生成される。この磁路Cは、電磁石16の一方の磁極16b→摺動板17→電磁石16の他方の磁極16cを通る閉ループを構成する。
 これにより、磁極16b、16cの摺動板17と対向する面(ここでは摺動面16a)に吸引力が発生し、磁極16b、16cが発生する吸引力の合力によって電磁石16と摺動板17との間に予圧力fEMを付与することができる。予圧力fEMは制御コイル18への励磁電流を変えることにより、容易に調整可能である。
 このような構成にすることで、外部設置のガイド機構を用いずに駆動方向以外の自由度を拘束することができるので、外部設置のガイド機構を排除し、装置のさらなる小型化、及び位置決め特性の向上を図ることができる。
 上述した駆動装置1、1aでは、電磁石の磁極面が摺動面となっていたが、電磁石の磁極材料(表面処理材料を含む)と摺動面の材料(摺動板とその表面処理材料を含む)とが最適な組み合わせになるとは限らない。特に、長寿命化や精密位置決めが強く求められる用途では設計自由度が不足し、満足する性能を達成できない場合がある。
 図7に、電磁石の磁極材料(表面処理材料を含む)と摺動面の材料(摺動部材23)を個別に設計することができる駆動装置1bの構成を示す。図7は駆動装置1bの駆動方向に直交する方向に沿った縦断面図である。ここでは、図1~図3に示した駆動装置1と異なる部分についてのみ説明し、共通する部分については割愛する。
 駆動装置1bは、可動部20と摺動板22を備え、静止ベース3に設置されている。この摺動板22は、可動部20における摺動部材23の摺動面23aと当接し滑り摺動する摺動ガイド面22aを備える。摺動面23aと摺動ガイド面22aは、可動部20の駆動方向に対し垂直な面においてV字形状となっている。V字形状とする効果は、図6で説明した効果と同様である。
 また、電磁石21は、制御コイル24を備えた円筒形状型電磁石であり、図示しない電磁石ドライバによって制御コイル24に電流が印加されると、電磁石21には磁路Dが生成される。この磁路Dにより、図2と同様の効果から、電磁石21の磁極に対向する摺動板22の面22bに吸引力が発生し、電磁石21と摺動板22との間に予圧力fEMを付与することができる。予圧力fEMは制御コイル24への励磁電流を変えることにより、容易に調整可能である。なお、電磁石21と、電磁石21の磁極に対向する摺動板22の面22bとの間には、所定の空隙が設けられており、駆動に伴う機械的な摺動は発生しない。
 このような構成にすることで、摺動部材23を個別に設計することができ、設計の自由度が高められ、装置の最適化を図ることができる。
 (第2の実施形態)図8に本発明の第2の実施形態に係る駆動装置1のドライバシステムの概略構成を示す。本実施形態に係るドライバシステム35は、図4に示す上記第1の実施形態における微振動制御ドライバ25に、電磁石制御ドライバ36及びVCM制御ドライバ37を追加した構成となっている。駆動装置1は図1に示す上記第1の実施形態における駆動装置1と同様のものである。
 電磁石制御ドライバ36は、電磁石6の制御コイル10に電流を印加する。電磁石制御ドライバ36は、励磁電流指令信号生成部38及び電磁石アンプ39を有する。電磁石アンプ39は、励磁電流指令信号生成部38の出力信号38aが入力され、制御コイル10に対して、出力信号38aに比例した電流を印加する。
 VCM制御ドライバ37は、リニアモータ5の制御コイル12に電流を印加する。VCM制御ドライバ37は、励磁電流指令信号生成部40及びVCMアンプ41を有する。VCMアンプ41は、励磁電流指令信号生成部40の出力信号40aが入力され、制御コイル12に対して、出力信号40aに比例した電流を印加する。
 ゲート信号生成部28は、励磁電流指令信号生成部38及び40へ同期信号42を出力する。励磁電流指令信号生成部38及び40は、同期信号42に基づいて(同期させて)出力信号38a、40aを出力することができる。これにより、間欠駆動における可動部2の移動と停止の各動作に協調して、電磁石6の吸引力fEM(吸引力fEMに依存して変化する摩擦力fFR)と、リニアモータ5の推力fLMとを制御することができる。
 図9に、ドライバシステム35を用いて駆動装置1を駆動した場合の各種信号、摺動面6aと摺動ガイド面4aとの間の摩擦力、推力fLM及び可動部2の移動距離の時刻歴の一例を示す。図9(a)は励磁電流指令信号生成部38の出力信号38a、図9(b)は励磁電流指令信号生成部40の出力信号40a、図9(c)は高周波指令信号生成部27の出力信号27a、図9(d)はゲート信号生成部28の出力信号28a、図9(e)は圧電素子指令信号30、図9(f)の実線は摩擦力、破線は推力fLM、図9(g)は移動距離を示す。
 図9に示すように、ゲート信号生成部28の出力信号28aと同期させて、電磁石6に対する励磁電流指令信号生成部38の出力信号38aを矩形波状に変化させることで、摺動面6aの摩擦力fFR_OFFと摩擦力fFR_ONとの差を図5より大きくすることができる。この結果、リニアモータ5の推力fLMと摩擦力fFR_ONの差βを、図5における差αより大きくできるので、可動部2の移動特性がさらに向上する。
 つまり、摩擦力fFR_ONは可動部2が移動状態にある時の制動力であるので、α、βは可動部2の正味推力となり、この値が大きい程、高速移動を実現するための大きな推力を提供することができる。また、摺動面6aの摩擦力fFR_OFFを図5に比べて大きくできるので、摩擦によるダンピング効果を更に高めることができ、停止動作の整定性や停止時の安定性をさらに向上させることができる。
 図10に、ドライバシステム35を用いて駆動装置1を駆動した場合の各種信号、摺動面6aと摺動ガイド面4aとの間の摩擦力、推力fLM及び可動部2の移動距離の時刻歴の別の例を示す。
 ここでは、ゲート信号生成部28の出力信号28aを基準にして、リニアモータ5に対する励磁電流指令信号生成部40の出力信号40aを矩形波状に変化させている。これにより、可動部2が移動状態にある範囲内でリニアモータ5の推力fLMと摩擦力fFR_ONの差γをさらに大きくし、さらなる高速移動を実現できる。この構成は、比較的長いストロークを高速で移動する場合に有効である。
 (第3の実施形態)図11に、本発明の第3の実施形態に係る駆動装置の概略構成を示す。本実施形態に係る駆動装置1は、位置決め対象9の動作変位を測定する位置センサ51、圧電素子制御ドライバ50等を備えた位置決め対象9の位置制御を行う閉ループ制御系の構成となっている。上記第1、第2の実施形態で説明した構成要素と同じものについては、同じ参照番号を付して説明を省略する。
 位置センサ51は、例えば、非接触型のレーザ方式位置センサであって、位置センサアンプ52を介して、位置決め対象9の位置情報53を出力する。指令信号制御部54は、位置情報53が与えられ、この位置情報53と所定の位置決め目標値とを比較し、比較結果に基づいて切り替え信号55を出力する。
 信号切り替え部56は、圧電素子指令信号30と、任意指令信号生成部57の出力信号57aとを、切り替え信号55に基づいて選択的に切り替える構成となっている。
 位置情報53と位置決め目標値とを比較した結果が、予め設定された誤差の範囲外であった場合は、信号切替え部56によって圧電素子指令信号30が圧電アンプ26に入力される。この場合は、上述したように、圧電素子7によって電磁石6に高周波微小振動を付与したと時の摩擦力変化を利用して可動部2全体を移動させるものである。これを第1の駆動モードと定義する。
 一方、位置情報53と位置決め目標値とを比較した結果が、予め設定された誤差の範囲内であった場合は、信号切替え部56によって任意指令信号生成部57の出力信号57aが圧電アンプ26に入力される。この時、任意指令信号生成部57は、指令信号制御部54から出力される位置情報53と位置決め目標値との差信号(位置誤差信号)58に対して所定の制御則に伴う処理を行い、出力信号57aを出力する。制御則は、公知のもので良く、例えばPID制御則である。
 この場合、可動部2は全体として停止している状態であり、圧電素子7の伸縮変位量を調整して位置誤差信号58がゼロとなるように制御するものである。従って、位置情報53と位置決め目標値に対する予め設定された誤差の範囲とは、圧電素子7の伸縮変位可能な範囲以下とすることが望ましい。これを第2の駆動モードと定義する。
 このように、圧電素子を微小振動させて摩擦力を制御する第1の駆動モードと、位置誤差信号58に基づいて圧電素子の伸縮変位を制御する第2の駆動モードの2種類の駆動モードを提供できる。第1の駆動モードを「粗動」、第2の駆動モードを「微動」とすることにより、粗微動二段サーボによる精密位置決めシステムを実現できる。
 本願の構成によれば、駆動モードの切替えによって粗動機能と微動機能を実現しているので、従来の直列積上げ型の粗微動二段サーボ機構に比べて、機器の小型化と共に駆動特性の向上、特に駆動の高速化を図ることができる。
 なお、図4、 図8、 図11では、圧電素子指令信号30を得るために、乗算器29を用いた構成を示したが、圧電素子指令信号30を生成する手段はこれに限定するものではなく、例えば、DSPを用い、プログラムによって生成しても構わない。
 また、図11では、圧電素子指令信号30と任意指令信号生成部57の出力信号57aとを選択的に切り替える手段として信号切替え部56を用いた構成を示したが、2つの信号の選択的切替え手段はこれに限定されるものではなく、例えば、加算器を用いて、一方の信号をゼロにする処理部を備えた構成としても良い。
 (第4の実施形態)図12に本発明の第4の実施形態に係る駆動装置100の断面を示す。なお、図13は図12のA-A線での断面図である。駆動装置100は、可動部102、摺動部材104及び回転モータ105を備える。
 可動部102は、x軸回りに回動自在に可動する。可動部102は、摺動面106aを備えた電磁石106と、この電磁石106の一端にあってx軸上に軸継ぎ手151と連結された回転モータ105の回転軸105bとを有する。電磁石106の他端部近傍において、x軸と直交する平面内の2箇所にx軸から所定の平行なオフセット量δを持って、圧電素子107a、107bが軸対称に設けられる。
 摺動部材104は、静止ベース103に設置され、摺動ガイド面104aを有する。摺動ガイド面104aは、可動部102の摺動面106aと当接し、滑り摺動する。
 回転モータ105は、可動部102を摺動ガイド面104aに沿って可動するためのトルクを発生させる。
 圧電素子107a、107bの他端に連結して、x軸上の駆動軸150aを備えた圧電素子ベース150が配設される。また、圧電素子ベース150の駆動軸150aと連結して、位置決め対象109を搭載するテーブル108が配設される。
 電磁石106は、制御コイル110を備えた円筒形状型電磁石を構成する。図示しない電磁石ドライバによって制御コイル110に電流が印加されると、電磁石106には摺動部材104との間に吸引力が発生し、電磁石106と摺動板104との間に予圧力を付与することができる。予圧力は制御コイル110への励磁電流を変えることにより、容易に調整可能である。
 駆動装置100の動作は、直動と回動の違いはあるものの、上述した駆動装置1と機能的な観点で同じであるため、詳細な説明は省略する。
 なお、駆動装置100では、電磁石106を用いて予圧力を付与する構成としているが、予圧力を能動的に変化させて摩擦力を調整できる機能を備えた与圧機構であれば良く、永久磁石を用いた構成、永久磁石と電磁石の併用による構成、静電力を用いた静電吸着機構による構成、空気減圧による吸着力を用いたエア吸着機構を備えた構成等としても良い。
 上記実施形態では、摩擦力を変化させるための微小振動を発生する手段として圧電素子を用いていたが、これに限定されるものではなく、例えば磁歪素子等を用いてもよい。
 なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
 本発明は、高速で高精度な位置決め装置が求められる分野、例えば、計測機器や加工機器、情報機器、その他幅広い分野に産業上の利用可能性がある。
1 駆動装置
2 可動部
4 摺動板
5 リニアモータ

Claims (6)

  1.  直動自在又は回動自在に可動し、予圧力を発生する第1発生部と、
     前記第1発生部の摺動面と当接する摺動ガイド面を有し、前記予圧力が与えられる摺動ガイド部と、
     前記第1発生部に連結され、前記第1発生部に振動を与える振動部と、
     前記第1発生部に前記振動が与えられている時は、前記摺動面と前記摺動ガイド面との間の摩擦力より大きくなるように、前記第1発生部に前記振動が与えられていない時は、前記摩擦力より小さくなるように、前記第1発生部を所定方向に駆動する駆動力を発生する第2発生部と、
     を備える駆動装置。
  2.  前記第1発生部は、前記振動が与えられていない時に第1予圧力を発生し、前記振動が与えられている時に前記第1予圧力より小さい第2予圧力を発生することを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  3.  前記第2発生部は、前記第1発生部に前記振動が与えられていない時に第1駆動力を発生し、前記第1発生部に前記振動が与えられている時に前記第1駆動力より大きい第2駆動力を発生することを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。
  4.  前記振動部は、
     位置決め対象部と、
     一端が前記位置決め対象部に連結され、他端が前記第1発生部に連結され、前記第1発生部に前記振動を与える圧電素子と、
     を有することを特徴とする請求項3に記載の駆動装置。
  5.  前記位置決め対象部の位置を検出する位置センサと、
     前記位置と目標値との差分が所定値より大きい場合は、前記第1発生部に前記振動を与えるように前記圧電素子を制御し、前記差分が前記所定値以下の場合は、前記振動を停止させ、前記差分が小さくなるように前記圧電素子の伸縮変位量を調整する制御ドライバと、
     をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の駆動装置。
  6.  前記第1発生部は、磁力又は静電力又は空気減圧による吸着力を用いて、前記予圧力を発生することを特徴とする請求項5に記載の駆動装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013021779A (ja) * 2011-07-08 2013-01-31 Olympus Corp 慣性駆動アクチュエータ
WO2013164949A1 (ja) * 2012-05-01 2013-11-07 オリンパス株式会社 慣性駆動アクチュエータ
WO2013172146A1 (ja) * 2012-05-17 2013-11-21 オリンパス株式会社 慣性駆動アクチュエータ
CN109039146A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 苏州大学 一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3132158A2 (en) 2013-12-13 2017-02-22 LORD Corporation Redundant active vibration and noise control systems and methods

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61246812A (en) * 1985-03-20 1986-11-04 Res Dev Corp Of Japan Minute moving device using impact force
JPS63136111A (en) * 1986-11-27 1988-06-08 Olympus Optical Co Ltd Compact actuator
JPH04207982A (en) * 1990-11-30 1992-07-29 Prima Meat Packers Ltd Micro motion device and moving method employing piezoelectric element producing impact force
JPH08126354A (ja) * 1994-10-20 1996-05-17 Nikon Corp 微小移動装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0452070B2 (ja) 1987-05-29 1992-08-20 Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
JPH05151580A (ja) * 1991-11-27 1993-06-18 Nec Home Electron Ltd 光ヘツド支持構造
JPH0874869A (ja) 1994-09-05 1996-03-19 Ntn Corp 軸受装置
JP2002305896A (ja) * 2001-04-02 2002-10-18 Nikon Corp 摩擦係止機能付き駆動装置
JP2005256954A (ja) 2004-03-11 2005-09-22 Japan Science & Technology Agency 直動案内および送りねじ摩擦低減方法
JP4804040B2 (ja) * 2005-05-31 2011-10-26 オリンパス株式会社 インパクト駆動アクチュエータ
JP2009145082A (ja) * 2007-12-11 2009-07-02 Toshiba Corp 微小移動装置及び微小移動装置を用いた位置決め装置
JP5269009B2 (ja) * 2010-07-30 2013-08-21 株式会社東芝 駆動装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61246812A (en) * 1985-03-20 1986-11-04 Res Dev Corp Of Japan Minute moving device using impact force
JPS63136111A (en) * 1986-11-27 1988-06-08 Olympus Optical Co Ltd Compact actuator
JPH04207982A (en) * 1990-11-30 1992-07-29 Prima Meat Packers Ltd Micro motion device and moving method employing piezoelectric element producing impact force
JPH08126354A (ja) * 1994-10-20 1996-05-17 Nikon Corp 微小移動装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013021779A (ja) * 2011-07-08 2013-01-31 Olympus Corp 慣性駆動アクチュエータ
US9634532B2 (en) 2011-07-08 2017-04-25 Olympus Corporation Inertial drive actuator
WO2013164949A1 (ja) * 2012-05-01 2013-11-07 オリンパス株式会社 慣性駆動アクチュエータ
JP2013233050A (ja) * 2012-05-01 2013-11-14 Olympus Corp 慣性駆動アクチュエータ
US9621075B2 (en) 2012-05-01 2017-04-11 Olympus Corporation Inertial drive actuator
WO2013172146A1 (ja) * 2012-05-17 2013-11-21 オリンパス株式会社 慣性駆動アクチュエータ
US9634550B2 (en) 2012-05-17 2017-04-25 Olympus Corporation Inertial drive actuator
CN109039146A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 苏州大学 一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台

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