JPH10337057A - 駆動装置 - Google Patents

駆動装置

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JPH10337057A
JPH10337057A JP9143998A JP14399897A JPH10337057A JP H10337057 A JPH10337057 A JP H10337057A JP 9143998 A JP9143998 A JP 9143998A JP 14399897 A JP14399897 A JP 14399897A JP H10337057 A JPH10337057 A JP H10337057A
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JP
Japan
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driving
piezoelectric element
friction member
driving device
drive
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JP9143998A
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Ryuichi Yoshida
龍一 吉田
Yasuhiro Okamoto
泰弘 岡本
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
    • H02N2/025—Inertial sliding motors

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波数で高速駆動できる駆動装置を提供す
る。 【解決手段】 移動部材２６を固定軸１４に摺動可能に
支持し、固定軸１４に沿って配置した圧電素子２２の一
端面を移動部材２６に固着結合し、圧電素子２２の他端
面２２ａに駆動摩擦部材３２を固着結合する。駆動摩擦
部材３２は、圧電素子２２に固着結合された本体３２ｓ
の側面に突設された突片３２ａが固定軸１４を周方向に
弾力的に挟持して、固定軸１４に摩擦結合する。駆動摩
擦部材３２には、圧電素子２２の伸縮方向８０に直交す
る方向８６に弾性変形応力ベクトルが発生し、圧電素子
２２の伸縮方向８０と平行な方向には、弾性変形応力ベ
クトルは発生しないので、圧電素子２２の伸縮変位が、
直接、固定軸１４との摩擦結合点に伝達される。

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、Ｘ-Ｙ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、圧電素子を用いた駆動装置には、
図１に示すように、駆動軸１４に沿って移動ユニット２
０ａが進むタイプの駆動装置１０ａや、図２に示すよう
に、案内溝１８に沿って移動ユニット２０ｂが進むタイ
プの駆動装置１０ｂがある。これらのタイプの駆動装置
１０ａ，１０ｂでは、圧電素子２２の一端に固着結合さ
れた駆動摩擦部材である板ばね２４，２５の突片２４
ａ，２５ａを、駆動軸１４の外周面または案内溝１８の
内周面に押し付けて摩擦力を発生させるようにして、弾
性変形機構を構成している。このように駆動摩擦部材に
弾性変形機構を持たせて摩擦力を発生させるタイプの駆
動装置は、外部から駆動摩擦部材に力を加えて摩擦力を
発生させるタイプの駆動装置に比べて、構成を簡単にで
きるというメリットがある。
【０００３】ところで、駆動摩擦部材に弾性変形機構を
持たせて摩擦力を発生させるタイプの従来例の駆動装置
１０ａ，１０ｂでは、板ばね２４，２５の突片２４ａ，
２５ａが弾性変形するときの弾性変形応力ベクトルの方
向は、図１（III）および図２（III）において矢印８
２，８４で示すようになり、矢印８０で示した圧電素子
２２の伸縮方向の成分を持つ応力が発生している。つま
り、駆動摩擦部材である板ばね２４，２５は、圧電素子
２２との固着部分と、駆動軸１４または案内溝１８との
摩擦結合点との間の部分が、圧電素子２２の伸縮方向の
たわみが生じ、圧電素子２２の伸縮方向８０に弾性変形
する。
【０００４】そのため、駆動装置１０ａ，１０ｂの移動
ユニット２０ａ，２０ｂを高速で動かすためには圧電素
子２２に与えるパルス電圧の周波数を高くすると、圧電
素子２２の一端２２ａで発生した変位を、板ばね２４，
２５を介して摩擦結合点に同じように伝えることができ
なくなる。すなわち、圧電素子２２の発生変位Ｘから駆
動摩擦部材摩擦２４，２５の駆動軸１４または溝１８と
の摩擦結合点変位Ｙへの伝達関数Ｇ＝Ｙ／Ｘをボート線
図である図９に示したように、周波数が高くなると、ゲ
インが下がり、位相がずれる。そのため、図１０に示す
ように、従来例の駆動装置１０ａ，１０ｂでは、周波数
がある程度まで高くなると移動ユニット２０ａ、２０ｂ
の駆動速度が低下するため、周波数を高くして駆動速度
を上げることができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決すべき技術的課題は、圧電素子から駆動摩擦部材の
摩擦結合点変位への伝達関数の周波数特性を改善し、高
周波数で高速駆動できる駆動装置を提供することであ
る。
【０００６】
【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、以下の構成の駆動装置を提供す
る。
【０００７】駆動装置は、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固定体又は移動体の
いずれか一方と、上記電気機械変換素子の伸縮方向他端
に固着結合された駆動摩擦部材と、駆動摩擦部材に摩擦
結合する固定体又は移動体のいずれか他方とを備える。
上記駆動摩擦部材は、上記固定体又は移動体のいずれか
他方に弾力的に圧接して摩擦結合する弾性変形機構を有
する。上記駆動パルス発生手段により上記電気機械変換
素子を伸縮させて、上記固定体に対して上記移動体を所
定方向に駆動する。上記弾性変形機構は、その弾性変形
応力ベクトルが上記電気機械変換素子の伸縮方向に直交
するように構成される。
【０００８】上記構成において、固定体は固定され、移
動体は固定体に対して移動可能である。駆動装置は、た
とえば、電気機械変換素子がゆっくり第１の方向に変位
し、駆動摩擦部材と固定体又は移動体のいずれか他方と
間の静止摩擦によって固定体又は移動体のいずれか他方
が第１の方向に変位する一方、電気機械変換素子が急速
に第２の方向に変位して、固定体又は移動体のいずれか
他方の慣性力が駆動摩擦部材と固定体又は移動体のいず
れか他方との間の摩擦力に打ち勝って滑りが生じ、駆動
摩擦部材だけが元の位置に復帰し、これを繰り返すこと
によって、尺取駆動される。なお、電気機械変換素子の
伸縮方向一端に移動体が固定された場合には、駆動する
ためには、移動体の質量は、電気機械変換素子の伸縮方
向他端に固定された駆動摩擦部材の質量よりも小さくす
ることが必要である。
【０００９】上記構成によれば、弾性変形機構は電気機
械変換素子の伸縮方向に直交する方向に弾性変形し、伸
縮方向と平行な方向には弾性変形しない。そのため、電
気機械変換素子の伸縮変位は、電気機械変換素子の伸縮
周波数が高くなっても、直接、駆動摩擦部材の摩擦結合
点に伝達される。
【００１０】したがって、圧電素子から駆動摩擦部材の
摩擦結合点変位への伝達関数の周波数特性を改善し、高
周波数で高速駆動することができる。
【００１１】
【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３〜図８、図１１および図１２を
参照しながら説明する。
【００１２】まず、駆動軸に沿って駆動するタイプの第
１実施形態の駆動装置１０ｓについて、説明する。
【００１３】この駆動装置１０ｓは、図３（I）の分解
斜視図および図３（II）の組立斜視図に示すように、従
来例の図１の駆動装置１０ａと大略同様に構成される。
すなわち、駆動装置１０ｓは、不図示のベース上に固定
される一対の固定ブロック１２に、止めねじ１３によっ
て駆動軸１４が固定され、移動ユニット３０が駆動軸１
４に摺動自在に挿通される。
【００１４】移動ユニット３０は、駆動軸１４に摺動可
能に挿通される移動部材２６と、移動部材２６の端面に
その積層方向の一方の端面が固着結合され、その積層方
向が駆動軸１４の軸方向と一致するように配置された圧
電素子２２と、圧電素子２２の積層方向の他方の端面に
固着結合され、駆動軸１４に沿って配置された駆動摩擦
部材３２とを備える。駆動摩擦部材３２は、従来例の駆
動装置１０ａの板ばね２４とは構成が異なるブロック部
材である。すなわち、駆動摩擦部材３２は、圧電素子２
２に固着結合した本体部３２ｓと、本体部３２ｓの側面
から駆動軸１４側に突出した一対の半割れ筒状の突片３
２ａとを有する。一対の突片３２ａは、図３（II）に示
すように、駆動軸１４を上下から弾性的に挟持して、駆
動軸１４に摩擦結合するようになっている。突片３２ａ
は、駆動軸１４を挟持するときに、図３（III）の拡大
斜視図において矢印８６で示すように径方向の弾性変形
応力ベクトルが発生する。この応力発生方向８６は、矢
印８０で示した圧電素子２２の伸縮方向とは、大略直交
する。
【００１５】この実施形態の駆動装置１０ｓでは、圧電
素子２２と駆動摩擦部材３２との固着結合面２２ａにモ
ーメントがかかるが、これを解消した変形例を図４〜図
６に示す。
【００１６】図４は、２本の駆動軸１５を用いた変形例
の駆動ユニット３０ａの要部拡大図である。この変形例
の駆動装置では、平行な一対の駆動軸１５を備え、移動
部材２６ａが摺動可能に挿通されるようになっている。
圧電素子２２と駆動摩擦部材３４とは、一対の駆動軸１
５間に配置される。駆動摩擦部材３４は、その両側面に
各駆動軸１５を挟持する各一対の突片３４ａをそれぞれ
有する。この変形例では、駆動軸１５との摩擦結合部が
圧電素子２２の両側に設けられているので、各摩擦結合
部が圧電素子２２に及ぼすモーメントが平衡を保ち、圧
電素子２２にはモーメントが作用しないようになる。
【００１７】図５は、２個の圧電素子２２を用いた第２
の変形例の駆動ユニット３０ｂの要部拡大図である。こ
の変形例の駆動装置では、１本の駆動軸１４を備え、移
動部材２６が駆動軸１４に摺動可能に挿通されるように
なっている。２個の圧電素子２２は、駆動軸１４の両側
に配置されて、その積層方向の一方の端面が移動部材２
６の一端面にそれぞれ固着結合される。圧電素子２２の
他方の端面には、駆動摩擦部材３４が固着結合され、駆
動軸１４に直交して配置される。駆動摩擦部材３４は、
その中央に、駆動軸１４を挟持する一対の突片３６ａを
有する。この変形例では、２個の圧電素子２２は同期し
て伸縮し、駆動摩擦部材を駆動軸１４の軸方向に平行移
動させることによって、圧電素子２２にモーメントが作
用しないようになっている。
【００１８】図６に示す第３変形例は、駆動摩擦部材３
８を上記の第２変形例に比べて簡易的に作った例であ
る。図６（I）は、駆動摩擦部材３８の３面図、図６（I
I）は、駆動摩擦部材３８の斜視図、図６（III）は、第
３変形例の要部斜視図である。駆動摩擦部材３８は、大
略３角形のブロックであり、底面３８ａに圧電素子を固
着結合し、頂点３８ｂから底面３８ａへブロック中央を
貫通する貫通穴３８ｔが形成され、貫通穴３８ｔに沿っ
てすり割りスリット３８ｓが形成され、貫通穴３８ｔが
弾力的に駆動軸１４を挟持するようになっている。駆動
摩擦部材３８は、アルミ合金にアルマイト表面処理した
ものであり、軽量、高弾性、高摺動性、高硬度を達成し
ている。
【００１９】次に、溝に沿って進行するタイプの第２実
施形態の駆動装置１０ｔについて説明する。
【００２０】この駆動装置１０ｔは、図７の分解および
組み立て斜視図に示すように、従来例の図２の駆動装置
１０ｂと大略同様に構成される。駆動装置１０ｔは、不
図示のベース上に固定されるガイドブロック１６のガイ
ド溝１８内に、移動ユニット３１が配置され、移動ユニ
ット３１の駆動摩擦部材４０がガイド溝１８の対向面に
摺接するようになっている。移動ユニット３１は、圧電
素子２２の積層方向両端面に移動部材２７および駆動摩
擦部材４０が固着結合されてなり、駆動摩擦部材４０の
構成は、従来例の駆動装置１０ｂと異なる。
【００２１】すなわち、駆動摩擦部材４０は、図８の三
面図に詳しく示したように、ゴム板４２からなる弾性部
材４２と、カーボンファイバーからなる一対の摺接部材
４４とを複合して構成している。一対の摺接部材４４
は、小さい半割れ筒状の基部４４ｂと、大きい半割れ筒
状の摺接部４４ａとが同軸に結合してなる。一対の摺接
部材４４の基部４４ｂは互いに固着結合し、摺接部４４
ａとは反対側の端面が圧電素子２２の積層方向の端面２
２ａに固着結合される。駆動摩擦部材４０は、一対の摺
接部材４４の摺接部４４ａの間に弾性部材４２が挟持さ
れ、各摺接部材４４の摺接部４４ａがそれぞれガイド溝
１８の対向面に対向し、弾性部材４２がガイド溝１８の
対向面と平行になるように配置される。
【００２２】移動ユニット３１がガイド溝１８内に配置
されると、駆動摩擦部材４０は、弾性部材４２の付勢に
よって摺接部材４４の摺接部４４ａがガイド溝１８の対
向面に弾力的に圧接し、ガイドブロック１６に摩擦結合
する。摺接部材４４はカーボンファイバーからなり、長
手方向、すなわち圧電素子２２の伸縮方向を含め、弾性
変形は実質的に発生しない。つまり、駆動摩擦部材４０
の弾性変形応力ベクトルは、圧電素子２２の伸縮方向に
直交し、圧電素子２２の伸縮方向に平行な方向には弾性
変形が発生しない。したがって、この駆動装置１０ｔ
も、高周波数で高速駆動することができる。
【００２３】駆動摩擦部材４０の摺接部材４４にカーボ
ンファイバーを用いることによって、軽量、高剛性、高
摺動性、高硬度を達成している。一方、弾性部材４２の
ゴム板の特性を適宜に選択することによって、摩擦力発
生のために最適な弾性力を摺接部材４４に容易に与える
ことができる。
【００２４】上記第１および第２実施形態の駆動装置に
ついて、本発明の効果を図１１および図１２に示す。図
１１は、図９と同様に、圧電素子の発生変位Ｘから駆動
摩擦部材摩擦結合点変位Ｙへの伝達関数Ｇ＝Ｙ／Ｘをボ
ート線図で示したものであり、縦軸がゲイン、横軸が圧
電素子に印加する電圧の周波数である。図１１を従来例
の図９と比べると、ゲインが下がり始める周波数が高く
なっていることがわかる。つまり、本発明の駆動装置１
０ｓ，１０ｔは、駆動周波数を高くでき、駆動速度を上
げることができた。この特性を、横軸を周波数、縦軸を
駆動速度として、図１２に示す。図１２を、従来例の図
１０と比べると、周波数が高くなり、最大速度も大きく
なったことが分かる。
【００２５】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施することが可能
である。たとえば、回転タイプや自走式タイプの駆動装
置に用いても、同様の結果が得られる。また、圧電素子
以外の電機械変換素子を用いることができることは、言
うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来例の軸に沿って進むタイプの駆動装置の
斜視図である。
【図２】 従来例の溝に沿って進むタイプの駆動装置の
斜視図である。
【図３】 本発明の第１実施形態の軸に沿って進むタイ
プの駆動装置の斜視図である。
【図４】 図３の駆動装置の第１変形例の要部斜視図で
ある。
【図５】 図３の駆動装置の第２変形例の要部斜視図で
ある。
【図６】 図３の駆動装置の第３変形例の駆動摩擦部材
の３面図および斜視図と、要部斜視図である。
【図７】 本発明の第２実施形態の溝に沿って進むタイ
プの駆動装置の斜視図である。
【図８】 図７の駆動摩擦部材の３面図である。
【図９】 従来例の駆動装置のボード線図である。
【図１０】 従来例の駆動装置の速度-周波数特性図で
ある。
【図１１】 本発明の駆動装置のボード線図である。
【図１２】 本発明の駆動装置の速度-周波数特性図で
ある。
【符号の説明】
１０ｓ，１０ｔ 駆動装置 １２ 固定ブロック １３ 止めねじ １４，１５ 駆動軸（固定体） １６ ガイドブロック（固定体） １８ ガイド溝 ２２ 圧電素子（電気機械変換素子） ２２ａ 端面 ２６，２７ 移動部材（移動体） ３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３１ 移動ユニット ３２ 駆動摩擦部材 ３２ａ 突片 ３２ｓ 本体部 ３４ 駆動摩擦部材 ３４ａ 突片 ３６ 駆動摩擦部材 ３６ａ 突片 ３８ 駆動摩擦部材 ３８ａ 底面 ３８ｂ 頂点 ３８ｓ スリット ３８ｔ 貫通穴 ４０ 駆動摩擦部材 ４２ 弾性部材 ４４ 摺接部材 ４４ａ 摺接部 ４４ｂ 基部 ８０，８２，８４，８６ 矢印

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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固定体又は移動体のいずれか一
    方と、上記電気機械変換素子の伸縮方向他端に固着結合
    された駆動摩擦部材と、駆動摩擦部材に摩擦結合する固
    定体又は移動体のいずれか他方とを備え、上記駆動摩擦
    部材は上記固定体又は移動体のいずれか他方に弾力的に
    圧接して摩擦結合する弾性変形機構を有し、上記駆動パ
    ルス発生手段により上記電気機械変換素子を伸縮させ
    て、上記固定体に対して上記移動体を所定方向に駆動す
    る駆動装置において、 上記弾性変形機構は、その弾性変形応力ベクトルが上記
    電気機械変換素子の伸縮方向に直交するように構成され
    たことを特徴とする駆動装置。
JP9143998A 1997-06-02 1997-06-02 駆動装置 Pending JPH10337057A (ja)

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