(57)【要約】【課題】被駆動体側の状況に応じた予圧調整が容易で、圧電素子に曲げ応力等の負担がかからない駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置１００は、スムーズインパクト駆動機構を有する駆動装置であって、一端を固定され、電圧の印加により伸縮する圧電素子１０３と、圧電素子１０３の他端に設けられ、圧電素子１０３の伸縮方向に垂直でそれぞれ逆向きに押圧力を有する一対の押圧体１０５と、一対の押圧体１０５に押圧される一対の壁部１１１ａ、１１１ｂを有する被駆動体と、を備え、圧電素子１０３の伸縮により、一対の押圧体１０５が被駆動体をスムーズインパクト駆動する。これにより、被駆動体側の状況に応じて調整がし易くなる。また、圧電素子１０３の伸縮方向に垂直で対称な方向に押圧力がかかるため、予圧の方向にバランスが取れており、圧電素子１０３に曲げなどの応力がかかりにくい。【選択図】図１Ａ
2010200436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スムーズインパクト駆動機構を有する駆動装置であって、
一端を固定され、電圧の印加により伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子の他端に設けられ、前記圧電素子の伸縮方向に垂直でそれぞれ逆向きに押圧力を有する一対の押圧体と、
前記一対の押圧体に押圧される一対の壁部を有する被駆動体と、を備え、
前記圧電素子の伸縮により、前記一対の押圧体が前記被駆動体をスムーズインパクト駆動することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記一対の押圧体は、互いに対称な力で押圧することを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記一対の押圧体は、板バネであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記一対の押圧体の押圧力として弾性力を与える弾性体を更に備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記被駆動体は、前記一対の押圧体に対する一対の壁部の予圧を調整できる予圧調整機構を有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項６】
前記被駆動体の一対の壁部は、曲線状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スムーズインパクト駆動機構を用いた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スムーズインパクト駆動機構を用いた駆動装置が開発されている。スムーズインパクト駆動機構は、移動体の慣性と摩擦力とを利用しつつ、圧電素子の伸縮の一方を緩やかに駆動し、他方を急峻に駆動することで移動体を繰り出すものである。このような駆動機構を利用した位置決め装置等が提案されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１記載の位置決め装置は、移動体と衝撃力発生機構を用いて目標物体を位置決めする。この装置では、移動体が衝撃間隙を介して目標物体に対向する衝撃面を備えている。また、衝撃力発生機構が移動体に一端を固定した圧電素子と圧電素子の他端に設けられた慣性体とから構成されている。このようにして正確な微小移動を行っている。
【０００４】
特許文献２記載の駆動装置は、容量性負荷に直列に接続され、容量性負荷とともに直列共振回路を構成する誘導性素子および抵抗素子と、直列共振回路に矩形波形の電圧を印加する電圧印加手段とを備える。その結果、簡単な構成で容量性負荷に鋸波形の電圧を印加できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−８７２０６号公報
【特許文献２】特許３５９５８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献に記載されている装置では、移動体側の重力等で予圧をかけて摩擦力を調整しスムーズインパクト駆動を可能にしており、予圧調整が困難である。また、従来の装置では、予圧の方向が偏っており、圧電素子が伸縮する際に曲げや引っ張りの応力が生じ圧電素子の損傷を招きかねない。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、被駆動体側の状況に応じた予圧調整が容易で、圧電素子に曲げ応力等の負担がかからない駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の駆動装置は、スムーズインパクト駆動機構を有する駆動装置であって、一端を固定され、電圧の印加により伸縮する圧電素子と、前記圧電素子の他端に設けられ、前記圧電素子の伸縮方向に垂直でそれぞれ逆向きに押圧力を有する一対の押圧体と、前記一対の押圧体に押圧される一対の壁部を有する被駆動体と、を備え、前記圧電素子の伸縮により、前記一対の押圧体が前記被駆動体をスムーズインパクト駆動することを特徴としている。
【０００８】
このように本発明の駆動装置は、圧電素子の伸縮の際に駆動側からの押圧力に基づく摩擦を利用して被駆動体を駆動する。これにより、移動体側の状況に応じて調整がし易くなる。そして、複雑な予圧機構も必要なくなる。また、圧電素子の伸縮方向に垂直で対称な方向に押圧力がかかるため、予圧の方向にバランスが取れており、圧電素子に曲げなどの応力がかかりにくい。したがって、圧電素子への負担が軽減される。
【０００９】
（２）また、本発明の駆動装置は、前記一対の押圧体が、互いに対称な力で押圧することを特徴としている。これにより、圧電素子に曲げ応力がかからず、圧電素子にかかる負担を低減できる。
【００１０】
（３）また、本発明の駆動装置は、前記一対の押圧体が、板バネであることを特徴としている。これにより、駆動部分の先端を軽量化することができる。また、予圧の強さを容易に調整することができる。
【００１１】
（４）また、本発明の駆動装置は、前記一対の押圧体の押圧力として弾性力を与える弾性体を更に備えることを特徴としている。これにより、一対の壁部と圧電素子との距離が変わっても、一対の壁部の間隔が変わらなければ圧電素子に負担をかけることなく予圧を保てる。したがって、様々な被駆動体の形態に適用可能である。また、一対の壁部に多様な形態を採用することができる。なお、弾性体には、たとえばコイルバネを使うことができる。
【００１２】
（５）また、本発明の駆動装置は、前記被駆動体が、前記一対の押圧体に対する一対の壁部の予圧を調整できる予圧調整機構を有していることを特徴としている。これにより、予圧を微調整することができる。押圧体によっても予圧を調整することはできるが、さらに微調整等を行うことができる。
【００１３】
（６）また、本発明の駆動装置は、前記被駆動体の一対の壁部は、曲線状に形成されていることを特徴としている。これにより、曲線状の経路に沿った駆動が可能となる。たとえば回転運動や蛇行運動も可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、移動体側の状況に応じて調整がし易くなり、複雑な予圧機構が必要なくなる。また、圧電素子の伸縮方向に垂直で対称な方向に押圧力がかかるため、予圧の方向にバランスが取れており、圧電素子に曲げなどの応力がかかりにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】実施形態１に係る駆動装置を示す平断面図である。
【図１Ｂ】実施形態１に係る駆動装置を示す側断面図である。
【図１Ｃ】実施形態１に係る駆動装置を示す正断面図である。
【図２Ａ】実施形態１に係る駆動装置の動作を示す平断面図である。
【図２Ｂ】実施形態１に係る駆動装置の動作を示す平断面図である。
【図３】実施形態２に係る駆動装置を示す平断面図である。
【図４】実施形態３に係る駆動装置を示す平断面図である。
【図５】実施形態４に係る駆動装置を示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
［実施形態１］
（駆動装置の構成）
図１Ａ〜図１Ｃは、駆動装置１００を示す平断面図、側断面図および正断面図である。図１Ａ中に示す断面１Ｂおよび１Ｃをそれぞれ矢印の向きから見た図が、図１Ｂおよび図１Ｃに対応している。駆動装置１００は、スムーズインパクト駆動により被駆動体１１０を駆動する。駆動装置１００は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、固定部１０１、圧電素子１０３、一対の押圧体１０５、被駆動体１１０、ベース台１２０、ベアリング１２５ａ、１２５ｂを備えている。
【００１８】
固定部１０１は、ベース台１２０に固定され、圧電素子１０３の一端を固定する。圧電素子１０３は、連結部１０２により一端を固定部１０１に固定され、他端は連結部１０４により一対の押圧体１０５に連結されている。圧電素子１０３は、電圧の印加により伸縮し、一対の押圧体１０５を駆動する。
【００１９】
一対の押圧体１０５は、圧電素子１０３の他端に設けられ、圧電素子１０３の伸縮方向に垂直でそれぞれ逆向きに押圧力を有している。すなわち、壁部１１１ａ、１１１ｂをバランスよく押圧し、摩擦力が生じていることでスムーズインパクト駆動が可能となる。このように、圧電素子１０３の伸縮の際に駆動側からの押圧力に基づく摩擦を利用しているため、被駆動側の状況に応じて調整がし易くなる。また、圧電素子１０３の伸縮方向に垂直で対称な方向に押圧力がかかるため、予圧の方向にバランスが取れており、圧電素子１０３に曲げなどの応力がかかりにくい。したがって、圧電素子１０３への負担が軽減される。一対の押圧体１０５には、図１Ａに示すように板バネを用いることができ、板バネは壁部１１１ａ、１１１ｂに対して外向きの弾性力を有している。板バネを用いることにより予圧の強さを容易に調整することができる。また、駆動部分の先端を軽量化することができる。
【００２０】
一対の押圧体１０５は、互いに対称な力で押圧することが好ましい。たとえば、一対の押圧体１０５の押圧方向は、水平逆向きとし、強さは同じとする。これにより、圧電素子１０３に曲げ応力がかからず、圧電素子１０３にかかる負担を低減できる。さらには対称な形状を有していることが好ましい。また、一対の押圧体１０５は外向きに凸になるように湾曲していることが好ましい。凸状部１０５ａが、壁部１１１ａ、１１１ｂに当接することで、スムーズインパクト駆動に適した摩擦と滑りの調整が容易になる。
【００２１】
被駆動体１１０は、壁部１１１ａ、１１１ｂを有しており、ベース台１２０によりベアリング１２５ａ、１２５ｂを介して支持されている。一対の壁部１１１ａ、１１１ｂは、少なくとも互いの間隔が一定であることが好ましく、平行な一直線の壁を形成していることが好ましい。被駆動体１１０を位置決め用のテーブルに用いることは好適である。ベース台１２０は、動かない固定された台である。被駆動体１１０を移動可能に支持している。
【００２２】
ベアリング１２５ａ、１２５ｂは、一種のボールベアリングであり、ベース台１２０に対して被駆動体１１０を移動可能にしている。なお、微小な制御を可能にするためには、ベアリングを採用することが好ましいが、ベース台１２０が被駆動体１１０を移動可能に支持できるのであれば、必ずしもベアリングを用いる必要はない。
【００２３】
（駆動装置の動作）
次に、上記のように構成された駆動装置１００の動作を説明する。図２Ａおよび図２Ｂは、駆動装置１００の動作を示す平断面図である。たとえば、圧電素子１０３に電圧が印加されると、図２Ａに示すように圧電素子１０３が伸張する。圧電素子１０３に印加する電圧は、徐々に増加させ、急激には変化させない。その結果、押圧されている壁部１１１ａ、１１１ｂが滑ることなく一対の押圧体１０５に追従して移動する。
【００２４】
その後、圧電素子１０３を徐々に伸張させて、所定の電圧に至ると、電圧を急激に下げて圧電素子１０３を収縮させる。たとえば、電圧の正負を反転させることで急峻な変化を生じさせることができる。その場合には、最も大きい変化幅で急峻な変化を与えることが、スムーズインパクト駆動にとっては効率的である。ただし、必ずしも電圧の正負を反転させる必要はなく、あらかじめ決めた所定値まで電圧を一挙に下げてもよい。そのとき、被駆動体１１０と一対の押圧体の凸状部１０５ａとの間に滑りが生じ、送られた被駆動体１１０は慣性によりほぼそのままの状態を維持する。そして、一対の押圧体１０５は元の位置まで戻る。このようにして、被駆動体１１０をスムーズインパクト駆動により移動させることができる。
【００２５】
なお、上記の例では、電圧の印加により圧電素子１０３を徐々に伸張させ、急激に収縮させているが、徐々に収縮させ急激に伸張させる場合であっても同様である。圧電素子１０３の分極方向にも依存するが、スムーズインパクト駆動を行う場合の印加電圧は、徐々に上げて急激に下げるか、徐々に下げて急激に上げるかのいずれかとなり、時間に対する印加電圧の関係は鋸波型のグラフで表される。
【００２６】
［実施形態２］
上記の実施形態では、一対の押圧体の例として板バネを挙げているが、一対の押圧体自体には押圧力を付与せず、伸張力のある弾性体を一対の押圧体の間に設けることで各押圧体に押圧力を付与することができる。その場合には、設けられた弾性体の伸張力を利用することで、逆向きの方向の押圧力を生じさせることができる。
【００２７】
図３は、押圧力にコイルバネ２３０（弾性体）を用いた駆動装置２００を示す平断面図である。駆動装置２００は、駆動装置１００とほぼ同様に構成されているが、駆動装置２００では、一対の押圧体１０５の間にコイルバネ２３０が設けられている。駆動装置２００は、コイルバネ２３０の弾性力により壁部１１１ａ、１１１ｂへの押圧力を維持し、スムーズインパクト駆動を可能にしている。通常、壁部１１１ａ、１１１ｂの一方と圧電素子１０３との距離が、他方と圧電素子１０３との距離と異なるアンバランスな状態で駆動すると、圧電素子１０３に曲げ応力等の負担がかかる。しかし、上記のような構成をとることで、柔軟に押圧力を伝えることができ、圧電素子１０３に負担を与えることなくスムーズインパクト駆動させることが可能になる。
【００２８】
［実施形態３］
上記の実施形態では、一対の押圧体１０５により予圧を得ており、特に被駆動体１１０側の調整は必要ない。しかし、微調整が必要な場合もあるため、被駆動体１１０は、一対の押圧体１０５に対する壁部１１１ａ、１１１ｂからの予圧を調整できる予圧調整機構３４０を有していてもよい。図４は、予圧調整機構３４０を有する駆動装置３００を示す平面図である。図４では、模式的にネジのような記号で予圧調整機構３４０を示している。たとえば、壁部１１１ａ、１１１ｂの外側にそれぞれもう一つの壁がある場合には、その壁の貫通孔にネジを螺合させ、ねじ込んで貫通させた先端を壁部１１１ａ、１１１ｂに当てて壁部１１１ａ、１１１ｂへの圧力を調整することができる。これにより、予圧を微調整することができる。
【００２９】
［実施形態４］
上記の実施形態では、壁部１１１ａ、１１１ｂは、平行で直線的に形成されているが、曲線状に形成されていてもよい。図５は、壁部が曲線状に形成された駆動装置４００を示す平面図である。図５に示すように、駆動装置４００の構成は、駆動装置１００の構成とほぼ同様であるが、壁部４１１ａ、４１１ｂは互いの間隔を一定に保持しつつ曲線状に形成されている。これにより、曲線状の経路に沿った駆動が可能となる。たとえばステージに回転運動や蛇行運動をさせることもできる。ただし正確に駆動させるためには、壁部１１１ａ、１１１ｂの間隔は一定であることが好ましい。また、この場合には、一対の押圧体１０５が壁部４１１ａ、４１１ｂの内面に垂直に当接することが好ましいため、壁部４１１ａ、４１１ｂが直線状に形成されている場合より間隔を広くとることが好ましい。
【符号の説明】
【００３０】
１００ 駆動装置
１０１ 固定部
１０２ 連結部
１０３ 圧電素子
１０４ 連結部
１０５ 一対の押圧体
１０５ａ  凸状部
１１０ 被駆動体
１１１ａ、１１１ｂ  壁部
１２０  ベース台
１２５ａ、１２５ｂベアリング
２００  駆動装置
２３０  コイルバネ
３００  駆動装置
３４０  予圧調整機構
４００  駆動装置
４１１ａ、４１１ｂ  壁部
【図１Ａ】
2010200436.tif 000003
【図１Ｂ】
2010200436.tif 000004
【図１Ｃ】
2010200436.tif 000005
【図２Ａ】
2010200436.tif 000006
【図２Ｂ】
2010200436.tif 000007
【図３】
2010200436.tif 000008
【図４】
2010200436.tif 000009
【図５】
2010200436.tif 000010