(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、前記摺動ガイド面と略平行な方向に動作可能であり、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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−６０５８２号公報
【特許文献２】特開昭６３−２９９７８５号公報
【特許文献３】特開平８−７４８６９号公報
【特許文献４】特開２００５−２５６９５４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“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
【非特許文献２】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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、前記摺動ガイド面と略平行な方向に動作可能であり、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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る駆動装置の断面図である。
【図２】電磁石の断面図である。
【図３】リニアモータの断面図である。
【図４】微振動制御ドライバの概略構成図である。
【図５】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。
【図６】変形例による駆動装置の断面図である。
【図７】変形例による駆動装置の断面図である。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】第４の実施形態に係る駆動装置の断面図である。
【図１３】同第４の実施形態に係る駆動装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
（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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
（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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
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。
【符号の説明】
【００７８】
１  駆動装置
２  可動部
４  摺動板
５  リニアモータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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