(57)【要約】【課題】複雑な制御を行うことなく、大きなストロークで大きな力を発生することができ、しかも安定的に動作するアクチュエータを提供する。【解決手段】軌道に沿って移動可能に設けられた可動部が、互いに当接する第一伸縮部と第二伸縮部からなり、可動部の移動が、該可動部の前端部を保持する前端部保持機構と、可動部の後端部を保持する後端部保持機構とで制御されており、第一伸縮部または第二伸縮部の伸縮動作中に前端部と後端部の保持状態が解除されることを特徴とするアクチュエータ。【選択図】図２
2014193015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道に沿って移動可能に設けられた可動部が、互いに当接する第一伸縮部と第二伸縮部からなり、前記可動部の移動が、該可動部の前端部を保持する前端部保持機構と、前記可動部の後端部を保持する後端部保持機構とで制御されており、第一伸縮部または第二伸縮部の伸縮動作中に前記前端部と前記後端部の保持状態が解除されることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
第一伸縮部および第二伸縮部の長さが周期的に変化し、前記前端部と前記後端部の保持状態が交互に解除されることによって前記可動部が前進または後退する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
第一伸縮部と第二伸縮部とが、前記軌道に沿う方向に対して傾斜した当接面を介して当接する、請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
第一伸縮部と第二伸縮部とが、ころ、ベアリングまたは第一伸縮部もしくは第二伸縮部に形成された突起を介して当接する、請求項１〜３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記軌道に沿って設けられたレールに第一伸縮部および第二伸縮部が圧接されることにより、前記前端部または前記後端部が保持される、請求項１〜４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
第一伸縮部と第二伸縮部とを互いに圧接させる圧接手段を備える、請求項１〜５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
第一伸縮部および第二伸縮部が、電気エネルギー、電磁エネルギーまたは熱エネルギーにより伸縮する材料からなる、請求項１〜６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記材料が圧電素子または磁歪素子である、請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記材料に、周期的に大きさが変化するエネルギーが印加される、請求項７または８に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
移送対象物を載置する載置台を備えている、請求項１〜９のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記軌道に沿って設けられたレールに第一伸縮部および第二伸縮部が圧接されることにより、前記前端部または前記後端部が保持され、前記載置台が前記レールに固定されている、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
第一伸縮部と第二伸縮部とを互いに圧接させる圧接手段を備え、該圧接手段が圧縮ばねからなる、請求項１〜１１のいずれかに記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子や磁歪素子の伸縮動作を利用して動作するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子の微小変形を利用して物体の移送や自身の移動を実現するインチワーム機構が知られている。例えば、特許文献１には、ガイド手段のガイド方向に伸縮可能な送り用伸縮機構と、前記送り用伸縮機構の伸縮方向の両端に固定され、前記一対のガイド手段に接離可能に伸縮する第１と第２のロックアップ用伸縮機構を備えたインチワームが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８８１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の積層型圧電素子を用いたインチワーム機構によれば、比較的大きな力を発生させることができて分解能も高いが、駆動には少なくとも３個の圧電素子を厳密なシーケンスによって制御する必要があるので、複雑な制御回路を必要とする。また、構造上高精度であることを要するので、数μｍオーダーの誤差が性能に大きく影響し、動作しなかったり、動作が不安定になるなどの欠点があった。
【０００５】
そこで本発明の課題は、複雑な制御を行うことなく、大きなストロークで大きな力を発生することができ、しかも安定的に動作するアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るアクチュエータは、軌道に沿って移動可能に設けられた可動部が、互いに当接する第一伸縮部と第二伸縮部からなり、前記可動部の移動が、該可動部の前端部を保持する前端部保持機構と、前記可動部の後端部を保持する後端部保持機構とで制御されており、第一伸縮部または第二伸縮部の伸縮動作中に前記前端部と前記後端部の保持状態が解除されることを特徴とするものからなる。
【０００７】
このような本発明のアクチュエータによれば、可動部の前後端が前端部保持機構と後端部保持機構とで保持されつつ可動部の移動が制御されるので、可動部の変位制御における分解能を高く維持しながらストロークの増大を図ることが可能となる。
【０００８】
本発明のアクチュエータは、第一伸縮部および第二伸縮部の長さが周期的に変化し、前記前端部と前記後端部の保持状態が交互に解除されることによって前記可動部が前進または後退するように構成されることが好ましい。第一伸縮部および第二伸縮部の長さを周期的に変化させ、前端部と後端部の保持状態を交互に解除することで、可動部が前進または後退し、効果的にストロークの増大を図ることが可能となる。
【０００９】
本発明のアクチュエータは、第一伸縮部と第二伸縮部とが、前記軌道に沿う方向に対して傾斜した当接面を介して当接するように構成されることが好ましい。第一伸縮部と第二伸縮部とが軌道に沿う方向に対して傾斜した当接面を介して当接することにより、第一伸縮部および第二伸縮部の伸縮動作を利用して、可動部の前端部または後端部の保持動作および保持状態の解除動作を適切なタイミングで行うことができ、ひいては可動部の進行方向を適切に制御することが可能となる。なお、第一伸縮部および第二伸縮部が軌道に沿う方向に対してなす傾斜角度は０．１〜８９．９°であり、１〜８９°であることが好ましい。
【００１０】
本発明のアクチュエータにおいて、第一伸縮部と第二伸縮部とが、ころ、ベアリングまたは第一伸縮部もしくは第二伸縮部に形成された突起を介して当接することが好ましい。ころ、ベアリングや、いずれかの伸縮部上に形成された突起を用いることにより、第一伸縮部と第二伸縮部とが軌道に沿う方向に対して傾斜した当接面を介して当接する状態を容易に作出することができる。このような本発明の構成により、第一伸縮部および第二伸縮部の伸縮動作を利用して、可動部の進行方向を適切に制御することが可能となる。
【００１１】
上記突起の形状は、伸縮部から円柱状、角柱状、球状、円錐状または角錐状に突出した形状に形成することが好ましい。このような突起を介して第一伸縮部と第二伸縮部とを当接させることにより、第一伸縮部と第二伸縮部が別部品を介して当接する当接機構を採用した場合におけるような部品脱落の懸念を払拭することができる。
【００１２】
本発明のアクチュエータにおいて、前記軌道に沿って設けられたレールに第一伸縮部および第二伸縮部が圧接されることにより、前記前端部または前記後端部が保持されることが好ましい。また、圧接面のレール側表面に耐摩耗性を高めるための硬質クロムめっき等を施すことが好ましい。前端部保持機構または後端部保持機構がこのような簡素な機構で前端部または後端部を保持することにより、アクチュエータ製造コストの低減および動作安定性の向上が図られる。
【００１３】
この場合に、圧接面の伸縮部側表面は、めっきを施すことなく敢えて摩耗し易くしておくことが好ましい。例えば、圧接面のレール側表面のみにめっきが施されたアクチュエータを製造した後、使用前に慣らし運転を実施すれば、伸縮部表面の寸法過大部位が摩耗し適切な寸法に調整される。このようにして、伸縮部をアクチュエータに組み付けた際に生じ得る寸法のばらつきを自発的に解消可能な寸法誤差自己解消機能を本発明のアクチュエータに付与することができる。これにより、高い寸法精度が要求される従来技術に係るインチワーム機構を採用した場合に比べ組立てが容易で、長期の運転を経ても動作安定性が保持される優れたアクチュエータを提供可能となる。
【００１４】
本発明のアクチュエータは、第一伸縮部と第二伸縮部とを互いに圧接させる圧接手段を備えることが好ましい。第一伸縮部と第二伸縮部とが互いに圧接されることにより、第一伸縮部と第二伸縮部とが、前端部と後端部の双方で離反することが防止されるので、可動部の変位を高精度で制御することが可能となる。可動部の変位は、例えばガラススケールエンコーダ等のリニアエンコーダーをアクチュエータに設置することで高精度にて検出することができる。
【００１５】
このような圧接手段を備える本発明のアクチュエータにおいて、第一伸縮部と第二伸縮部とが、前記軌道に沿う方向に対して傾斜した当接面を介して当接し、前記軌道に沿って設けられたレールに第一伸縮部および第二伸縮部が圧接されることにより、前記前端部または前記後端部が保持されることが好ましい。アクチュエータがこのような構成を備えることにより、第一伸縮部と第二伸縮部の長さ変化に伴って大きさが変化する押圧力を利用して前端部や後端部を確実にレールに保持することができる。すなわち第一伸縮部と第二伸縮部の伸縮動作を制御することによって、前端部および後端部の保持動作と保持状態の解除動作とを適切なタイミングで実施することが可能となり、大きな推進力をもって可動部を前進または後退させることができるようになる。これにより、少なくとも３個の圧電素子を厳密なシーケンスによって制御する必要があった従来技術に係るインチワーム機構を採用した場合に比べ動作安定性に優れたアクチュエータを提供可能となる。
【００１６】
本発明のアクチュエータにおいて、第一伸縮部および第二伸縮部が、電気エネルギー、電磁エネルギーまたは熱エネルギーにより伸縮する素子からなることが好ましく、前記素子が圧電素子または磁歪素子であることがより好ましい。また、前記素子に、周期的に大きさが変化するエネルギーが印加されることが好ましい。
【００１７】
本発明のアクチュエータは、移送対象物を載置する載置台を備えていることが好ましい。載置台は、可動部に固定されて可動部とともに移動可能に構成されていてもよいが、軌道に沿って設けられたレールに固定されて、可動部に対し相対移動可能に構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、精密な位置決めと大きな推力およびストロークを必要とする技術分野に広く適用可能なアクチュエータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施態様に係るアクチュエータを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の紙面右側からみた図である。
【図２】図１のアクチュエータの動作工程例を示す模式平面図である。
【図３】本発明の他の実施態様に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施態様に係るアクチュエータを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の紙面右側からみた図、（Ｃ）はアクチュエータを構成する平板部材の平面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施態様に係るアクチュエータを示し、（Ａ）は透視平面図、（Ｂ）は（Ａ）の紙面右側からみた透視図である。
【図６】本発明のさらに他の実施態様に係るアクチュエータを示し、（Ａ）は透視平面図、（Ｂ）は（Ａ）の紙面右側からみた透視図、（Ｃ）は（Ａ）の紙面下側からみた図である。
【図７】図６のアクチュエータを構成する可動部支持部材を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るアクチュエータ１を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の紙面右側からみた図である。第一伸縮部２は、前端部材３および後端部材４ならびに前端部材３と後端部材４に挟まれた積層型の圧電素子５とから構成される。第二伸縮部１２も同様に、前端部材１３および後端部材１４ならびに前端部材１３と後端部材１４に挟まれた圧電素子１５とから構成される。圧電素子５の上下（紙面の表側および裏側）には連結ばね１６が設けられ、連結ばね１６によって前端部材３と後端部材４とが連結されている。同様に、圧電素子１５の上下（紙面の表側および裏側）に設けられた連結ばね１７によって前端部材１３と後端部材１４とが連結されている。
【００２１】
第一伸縮部２の後端部材４は、圧接ばね１８を備えた糸状体６（例えば金属製ワイヤ）を介して第二伸縮部１２の前端部材１３と連結されている。糸状体６は２つの滑車７、８に掛けられており、連結ばね１６、１７と干渉しないよう連結ばねのコイル中心部分を経由しつつ一定の張力をもって第一伸縮部２と第二伸縮部１２とを互いに圧接させている。このような構成において、第一伸縮部２および第二伸縮部１２は、軌道に沿って基板１００上に敷設されたレール９、１０に挟まれつつ、基板１００上に設けられた滑車７と滑車８の間で紙面上方に向けて前進し、あるいは紙面下方に向けて後退する動作をすることができる。
【００２２】
第一伸縮部２と第二伸縮部１２とを互いに圧接させる圧接手段としては、糸状体６および滑車７、８からなる圧接手段の代わりに、後端部材４と前端部材１３とを連結する圧接ばねを用いることができる。あるいは、後端部材４を紙面上方に向けて付勢する第一圧接ばねと、前端部材１３を紙面下方に向けて付勢する第二圧接ばねとを、糸状体６および滑車７、８の代わりに設けることにより、第一伸縮部２と第二伸縮部１２とを互いに圧接させてもよい。
【００２３】
図１において、第一伸縮部２と第二伸縮部１２のうち先に伸び始めるのがいずれであるかにより、可動部の進む方向が決まる。例えば第一伸縮部２が先に伸長し、遅れて第二伸縮部１２が伸長すると、紙面下方に向けて可動部の後端部材１４は移動（後退）する。逆に第二伸縮部１２が先に伸長し、遅れて第一伸縮部２が伸長すると、紙面上方に向けて可動部の前端部材３は移動（前進）する。可動部の前端部材３と後端部材１４がこのような移動をするのは、レール９、１０とレールに圧接される前端部材３、１３で構成される前端部保持機構と、レール９、１０とレールに圧接される後端部材４、１４とで構成される後端部保持機構の作用によるものである。
【００２４】
すなわち、第一伸縮部２が紙面上下方向に先に伸びようとする時に、前端部材３、１３の間の当接面で第一伸縮部２と第二伸縮部１２とを互いに圧接する圧接手段の働きおよび伸縮部の伸長動作により「くさび効果」が働いて前端部が保持され、一方で後端部材４、１４の間の当接面では「くさび効果」が解除される結果として後端部は十分に保持されないので、第一伸縮部２は紙面下方側に伸びることになる。第一伸縮部２の伸長動作に続いて第二伸縮部１２が伸長動作を始めると、第一伸縮部２と第二伸縮部１２とを互いに圧接する圧接手段の働きにより「くさび効果」が働いていて前端部が保持され、一方で後端部材４、１４の間の当接面では「くさび効果」が解除されている結果として後端部は十分に保持されていないので、第二伸縮部１２は紙面下方側に伸びることになる。
【００２５】
この後、第一伸縮部２が紙面上下方向に縮もうとする時には、後端部材４、１４の間の当接面で第一伸縮部２と第二伸縮部１２とを互いに圧接する圧接手段の働きにより「くさび効果」が働いて後端部が保持され、一方で前端部材３、１３の間の当接面では「くさび効果」が解除される結果として前端部は十分に保持されないので、第一伸縮部２は紙面下方側に縮むことになる。第一伸縮部２の短縮動作に続いて第二伸縮部１２が短縮動作を始めると、第一伸縮部２と第二伸縮部１２とを互いに圧接する圧接手段の働きにより「くさび効果」が働いて後端部が保持され、一方で前端部材３、１３の間の当接面では伸縮部の短縮動作により「くさび効果」が解除されている結果として前端部は十分に保持されないので、第二伸縮部１２は紙面下方側に縮むことになる。
【００２６】
このように、第一伸縮部２と第二伸縮部１２が所定の周期をもって伸縮動作を繰り返すことにより、第一伸縮部２が先に伸長する場合には可動部は紙面下方に向けて移動（後退）し続け、逆に第二伸縮部１２が先に伸長する場合には可動部は紙面上方に向けて移動（前進）し続ける。その結果、第一伸縮部２および第二伸縮部１２の微小な伸縮動作から大きなストロークを得ることができる。
【００２７】
第一伸縮部２の前端部材３上には突起３ａ、３ｂと、レール９、１０の軌道方向に対して傾斜した傾斜面３ｃが形成されている。また、第二伸縮部１２の前端部材１３上には、上下（紙面の表側および裏側）に底面を有する円柱状に突出した形状を有する突起１３ａ〜１３ｃが形成されている。ここでアクチュエータ１において、後端部材４、１４が互いに当接して後端部の保持状態が作出されているとともに、圧電素子１５が伸びて圧電素子５よりも長くなり、前端部材３、１３の間に隙間ができて前端部の保持状態が解除されているものとする。この状態から第一伸縮部２の圧電素子５が伸長動作を開始すると、傾斜面３ｃと突起１３ｃが接触し、傾斜面３ｃと突起１３ｃの間で垂直抗力が発生する。この垂直抗力の紙面横方向成分は、それぞれ前端部材３、１３をレール９、１０に圧接させるので、このとき前端部の保持状態が作出される。この状態から第二伸縮部１２の圧電素子１５が短縮動作を開始すると、後端部材４、１４の間に隙間ができて後端部の保持状態が解除される。さらに第一伸縮部２の圧電素子５が短縮動作を開始すると、後端部材４が前方（紙面上方）に移動するので、第一伸縮部２と第二伸縮部１２とからなる可動部全体としては、最初の状態から前進動作をしたことになる。
【００２８】
図２は、図１のアクチュエータ１の動作工程例を示す模式平面図である。（Ａ）〜（Ｅ）は可動部が前進（紙面右方に変位）する際の一連の動作工程を示し、（Ｆ）は（Ａ）に示す状態から可動部が後退（紙面左方に変位）する際の最初の動作工程を示している。
【００２９】
図２の（Ａ）は、可動部の前端部（紙面右側）と後端部（紙面左側）の双方について保持状態が作出されている時の工程（Ａ）を示している。この工程（Ａ）を基準として、第二伸縮部１２が伸長動作を開始すると、前端部の保持状態が解除される（図２（Ｂ））。この工程（Ｂ）から第二伸縮部１２の伸長動作が完了し、第一伸縮部２が伸長動作を開始すると、再び前端部の保持状態が作出される（図２（Ｃ））。
【００３０】
次に、この工程（Ｃ）から第二伸縮部１２が短縮動作を開始すると、後端部の保持状態が解除される（図２（Ｄ））。この工程（Ｄ）から第二伸縮部１２の短縮動作が完了し、第一伸縮部２が短縮動作を開始すると、再び後端部の保持状態が作出される（図２（Ｅ））。以上の動作工程（Ａ）〜（Ｅ）を１サイクルとして、複数サイクルを繰り返すことによって可動部が所定距離を前進する。
【００３１】
図２（Ａ）〜（Ｅ）に示される動作工程（Ａ）〜（Ｅ）は、第一伸縮部２および第二伸縮部１２の圧電素子５、１５に周期的に変化する電圧または電流を印加して圧電素子５、１５を伸縮させることによって実現することができる。圧電素子５、１５に印加する電圧または電流の波形は矩形波が好ましいが、正弦波であってもよく、電圧または電流の時間平均が０とならないオフセットされた正弦波であってもよい。圧電素子５、１５に印加する電圧または電流の位相を所定時間だけずらすことで圧電素子５、１５の伸縮動作のタイミングを調整し、可動部を適切に前進させることができる。圧電素子５、１５に印加する電圧または電流の位相を逆にすれば、図２（Ａ）に示される基準工程（Ａ）から図２（Ｆ）に示される工程（Ｆ）に移行するようになるので、可動部は後退する。この場合、変位方向は前進動作と逆になるが、後退動作の動作原理は前進動作と同様であるため、可動部の後退動作の詳細説明は省略する。
【００３２】
図３は、本発明の他の実施態様に係るアクチュエータ５１を示す平面図である。本実施態様においては、第一伸縮部２２の傾斜面２４が、円筒形状のころ４１を介して第二伸縮部３２と当接している。同様に、第二伸縮部３２の傾斜面３４が、ころ４２を介して第一伸縮部２２と当接している。図３においては、図１の連結ばね１６、１７の代わりに板ばね５２、５３が設置され、板ばね５２を介して前端部材３と後端部材４とが連結され、板ばね５３を介して前端部材１３と後端部材１４とが連結されている。また、第一伸縮部２２と第二伸縮部３２とを互いに圧接させる圧接手段としては、図１の糸状体６および滑車７、８からなる圧接手段の代わりに、後端部材４と前端部材１３とを連結する圧接ばね５４が用いられている。動作原理については図１のアクチュエータ１と同様であるので、説明を省略する。
【００３３】
図４は、本発明のさらに他の実施態様に係るアクチュエータ６１を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の紙面右側からみた図、（Ｃ）はアクチュエータを構成する平板部材の平面図である。本実施態様においては、圧接ばね１８を備えた糸状体６６および滑車６７、６８からなる圧接手段が、基板１０１上に並行して敷設されたレール９、１０の外側に設けられている。また、糸状体６６は、平板部材６９を介して後端部材４と接続され、平板部材７０を介して前端部材１３と接続されている。図４（Ｃ）に示されるように、平板部材６９には、糸状体６６を取り付けるための小径の孔６９ａの他に、第一伸縮部２が伸縮する際に前端部材３と干渉しないよう、連結ばね１６の一端部を固定しているピン６２の可動範囲を包含する大径の孔６９ｂが設けられ、さらに連結ばね１６の他端部を固定しているピン６４が挿入される小径の孔６９ｃが設けられている。また、平板部材７０も平板部材６９と同様の形状を有している。動作原理については図１のアクチュエータ１と同様であるので、説明を省略する。
【００３４】
図５は、本発明のさらに他の実施態様に係るアクチュエータ７１を示しており、（Ａ）は透視平面図、（Ｂ）は（Ａ）の紙面右側からみた透視図である。見やすさを考慮して、（Ａ）では破線で示されるステージ７２の向こう側を透視した図を描画し、（Ｂ）では紙面表側にあるレール１０の向こう側を透視した図を描画している。ステージ７２上に弾性ヒンジ６５を介して固定された端板７３、７４の間には第一伸縮部２と第二伸縮部１２が配置され、圧電素子５、１５の伸縮動作中、端板７３、７４は圧接ばね５５の作用により、それぞれ前端部材１３、後端部材４に対し常に圧接された状態にある。端板７３、７４の間隔は、伸縮部の伸縮動作に追従して変動するので、例えば、ステージ７２の、端板７３、７４や第一伸縮部２および第二伸縮部１２が配置される面と反対側（紙面表側）の面に移送対象物を載せて、ステージ７２をレール９、１０に沿って移動させることにより、ステージ７２を、アクチュエータの移送対象物を載せる載置台として利用することができる。動作原理については図１のアクチュエータ１と同様であるので、説明を省略する。
【００３５】
また、図５のアクチュエータ７１の上下を裏返して、例えばステージ７２の代わりに基板１０２を載置台として利用し、基板１０２がレール９、１０とともに移動する形態を採用することも可能である。この場合、レール９、１０の付いた基板１０２の側が移動し、第一伸縮部２と第二伸縮部１２とから構成され、さらにステージ７２および端板７３、７４を備える可動部の側は移動しないことになるが、第一伸縮部２と第二伸縮部１２とから構成される部分はレール９、１０に沿って「相対的に」移動可能であるという点で、この場合も「可動部」の範疇に含めるものとする。
【００３６】
図６は、本発明のさらに他の実施態様に係るアクチュエータ８１を示しており、（Ａ）は透視平面図、（Ｂ）は（Ａ）の紙面右側からみた透視図である。見やすさを考慮して、（Ａ）では破線で示されるステージ８２の向こう側を透視した図を描画し、（Ｂ）では紙面表側にあるレール１０および可動部固定部材８８の向こう側を透視した図を描画している。また、図７は図６のアクチュエータ８１を構成する可動部支持部材８７を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。第一伸縮部２および第二伸縮部１２からなる可動部は、基板１０３上に設けられた可動部支持部材８７、８８によってレール９、１０と同じ高さに支持されている。
【００３７】
ステージ８２には２つの端板８３、８４が設けられている。端板８３は圧縮ばねからなる圧接ばね８５を介して前端部材１３と圧接されており、端板８４は圧縮ばねからなる圧接ばね８６を介して後端部材４と圧接されている。このようにして第一伸縮部２と第二伸縮部１２とが互いに圧接されている。また、端板８３、８４の底面にはそれぞれベアリング８９が設置され、ステージ８２の荷重を支えるとともに圧接ばね８５、８６の力によりステージ８２が可動部を中心にして回転するのを防止し、ステージ８２のスムーズな移動を実現している。端板８４には、先端が圧接ばね８６の一端面に当接する圧接力調整ねじ９０が設けられ、圧接ばね８６の圧接力を調整できるようになっている。圧接力調整ねじ９０を回して圧接ばね８６の圧接力を調整すれば、自動的に圧接ばね８５、８６の圧縮ばね力が釣り合うようになる。この圧接力調整ねじ９０を設けることにより、アクチュエータ８１の組み立てが容易となり、さらに圧接力を最適な状態に調整することができる。圧接ばね８５、８６は可動部とともに移動するので、圧縮ばね力が変わることなく常に最適な圧接力にて第一伸縮部２と第二伸縮部１２とを互いに圧接させることができる。動作原理については図５のアクチュエータ７１と同様であるので、説明を省略する。
【００３８】
また、図６のアクチュエータ８１の上下を裏返して、例えばステージ８２の代わりに基板１０３を載置台として利用し、基板１０３が可動部支持部材８７、８８やレール９、１０とともに移動する形態を採用することも可能である。この場合、レール９、１０の付いた基板１０３の側が移動し、第一伸縮部２と第二伸縮部１２とから構成され、さらにステージ８２および端板８３、８４を備える可動部の側は移動しないことになるが、第一伸縮部２と第二伸縮部１２とから構成される部分はレール９、１０に沿って「相対的に」移動可能であるという点で、この場合も「可動部」の範疇に含めるものとする。
【００３９】
本発明の実施態様に係るアクチュエータを電子顕微鏡のワークステージに適用した場合のように特に精密な位置決めが必要なときは、図２に示したサイクルに従うアクチュエータ動作工程を圧電素子５、１５の伸縮量を小さく設定したうえで実施することにより、より精密な位置決め制御が可能になる。可動部を細かいステップで進ませつつリニアエンコーダー等の位置情報をフィードバックすることにより、所望の距離を移動させることができる。また別の方法として、例えば図５（Ａ）のステージ７２または図６（Ａ）のステージ８２を紙面下方側の所定位置まで移動させたい場合には、圧電素子５、１５の最大伸長量で図２に示したサイクルに従ってステージを紙面下方に向けて前進させ、リニアエンコーダー等の位置情報をフィードバックしながら到達目標位置の手前で停止させる。そこから圧電素子５を伸ばすことにより、前端部材３、１３の間の当接面で第一伸縮部２と第二伸縮部１２とを互いに圧接する圧接手段の働きおよび伸縮部の伸長動作により「くさび効果」が働いて前端部が保持され、一方で後端部材４、１４の間の当接面では「くさび効果」が解除される結果として後端部は十分に保持されないので、第一伸縮部２は紙面下方側に伸びることになる。この第一伸縮部２の伸び量を電圧または電流により制御し、リニアエンコーダー等の位置情報をフィードバックすれば、精密に所望の距離を移動させることができる。また、図２に示したサイクルに従うアクチュエータの動作過程でステージが到達目標位置を通り過ぎてしまったときは、圧電素子１５を伸ばすことによりステージを目標位置まで戻すことが可能になる。このように圧電素子５、１５のうちステージを動かしたい方向に適応する圧電素子のみを伸長させることにより、位置決めの微調整が可能になる。
【００４０】
図６のステージ８２は、可動部が静止している時には圧接ばね８５、８６の圧縮ばね力が釣り合って静止している。この状態から圧電素子の伸長動作によって一方の圧接ばねが押し込まれ、２つの圧接ばね８５、８６の圧縮ばね力の釣り合いが一旦崩れても、瞬時に釣り合い状態が回復される。このとき、圧電素子の伸長量が２つの圧接ばね８５、８６に分配されるので、ステージ８２の移動距離は圧電素子の伸長量の半分となる。
【００４１】
また、図１、図４、図５および図６に示した圧電素子５、１５の代わりに、直動電磁ソレノイドその他の電磁ソレノイドを用いることができる。
【００４２】
さらに、図１、図４、図５および図６に示した圧電素子５、１５の代わりに熱膨張率の大きな金属を用いることができ、具体的にはアルミや亜鉛等の線膨張率の大きな金属を用いることができる。この場合、第一伸縮部２は、前端部材３および後端部材４ならびに前端部材３と後端部材４とに挟まれた棒状金属から構成される。第二伸縮部１２も同様に、前端部材１３および後端部材１４ならびに前端部材１３と後端部材１４とに挟まれた棒状金属から構成される。どちらか一方の棒状金属にのみ、まんべんなく断熱材を巻いておく。この状態で、例えば１日（２４時間）の温度変化を利用し、アクチュエータを動作させる。夜、気温の低い状態から日中にかけ気温が上昇し始める。この気温上昇を受け、断熱材を巻いていない棒状金属は熱膨張を始め、やがて最高気温に達すると、断熱材を巻いていない棒状金属の伸長はピークに達する。一方、断熱材を巻いた棒状金属は、断熱材を巻いていない棒状金属に比べ、時間的に遅れて伸長のピークに達する。また、最高気温から徐々に気温が下がってくると、断熱材を巻いていない棒状金属は、断熱材を巻いた棒状金属に比べ先に短縮し始める。その後、最低気温に達すると、断熱材を巻いていない金属は、最も短縮された状態となる。断熱材を巻いた棒状金属は、断熱材を巻いていない棒状金属に比べて、時間的に遅れて最も短縮された状態となる。ここまでの動作を１サイクルとして、棒状金属の熱膨張長さ分だけアクチュエータは前進したことになる。
【００４３】
このような熱膨張率の大きな金属からなる伸縮部を備えたアクチュエータは、橋梁の建設に用いられるワイヤーのテンション調節などに用いることができる。また、このような日々の前進動作の運動エネルギーを位置エネルギーに転換し蓄えることにより、発電用途に利用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係るアクチュエータは、バイオテクノロジーや微細加工等の精密な位置決めを必要とする技術分野の各種用途に用いることができ、また、半導体製造装置、分析機器、光学機器等の各種装置において広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１、５１、６１、７１、８１  アクチュエータ
２、２２  第一伸縮部
１２、３２  第二伸縮部
３、１３  前端部材
３ａ、３ｂ、１３ａ〜１３ｃ  突起
３ｃ、２４、３４  傾斜面
４、１４  後端部材
５、１５  圧電素子
６、６６  糸状体
７、８、６７、６８  滑車
９、１０  レール
１６、１７  連結ばね
１８、５４、５５、８５、８６  圧接ばね
４１、４２  ころ
５２、５３  板ばね
６２、６３、６４  ピン
６５  弾性ヒンジ
６９、７０  平板部材
６９ａ、６９ｂ、６９ｃ  孔
７２、８２  ステージ
７３、７４、８３、８４  端板
８７、８８  可動部支持部材
８９  ベアリング
９０  圧接力調整ねじ
１００、１０１、１０２、１０３  基板
【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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