(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子に固着結合され、該電気機械変換素子と共に変位する駆動部材と、
前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、
前記電気機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段と、
駆動制御手段を備え、
前記駆動パルス発生手段により電気機械変換素子に伸縮変位を発生させることにより駆動部材を駆動し、該駆動部材に摩擦結合した被駆動部材を所定方向に移動させる電気機械変換素子を使用した駆動装置において、
予め設定された所定の時間おきに前記駆動部材と被駆動部材との間の摩擦力の大きさを変化させる可変摩擦力発生手段と、
前記設定された所定の時間に同期して被駆動部材の移動速度の変動を検出する移動速度検出手段と、
前記設定された所定の時間に同期して前記移動速度の変動幅を所定の移動速度の変動幅と比較し、その結果に基づいて前記可変摩擦力発生手段により発生される摩擦力の大きさを調整する摩擦力制御手段と、
を備えることを特徴とする電気機械変換素子を使用した駆動装置。
【請求項２】
前記可変摩擦力発生手段は、駆動部材に対する被駆動部材の押圧力を調整する電気機械変換素子へ印加する電圧を周期的に変化させる電圧制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電気機械変換素子を使用した駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気機械変換素子を使用した駆動装置に関し、例えば、ＸＹ駆動テ−ブル、カメラの撮影レンズ、オ−バ−ヘツドプロジエクタ−の投影レンズ、双眼鏡のレンズなどの駆動部等の精密機械装置一般の駆動に適した電気機械変換素子を使用した駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＸＹ駆動テ−ブルや、カメラの撮影レンズの駆動などには、従来電気モ−タを使用した駆動装置が使用されてきたが、装置が大型になり、また磁界の発生やノイズの発生などの不都合が指摘されていた。そこで、このような種々の課題を解決する手段として、本出願人は、電気機械変換素子を使用したアクチエ−タ、即ち電気機械変換素子に固着結合された駆動部材に移動部材を摩擦結合させ、電気機械変換素子に鋸歯状波形の駆動パルスを印加して速度の異なる伸縮方向の変位を発生させ、駆動部材に摩擦結合された移動部材を所定の方向に移動させるアクチエ−タを提案してきた。
【０００３】
図１４乃至図１６は、上記した電気機械変換素子を使用したアクチエ−タの一例で、図１４はアクチエ−タを構成部材を分解して示す斜視図、図１５はアクチエ−タを組み立てた状態を示す斜視図、図１６は駆動軸とスライダブロツク、パツドとの接触部分の構成を示す断面図である。
【０００４】
図１４乃至図１６において、アクチエ−タ１００は、フレ−ム１０１、支持ブロツク１０３、１０４、駆動軸１０６、圧電素子１０５、スライダブロツク１０２などから構成される。駆動軸１０６は支持ブロツク１０３ａと支持ブロツク１０４により軸方向に移動自在に支持されている。圧電素子１０５の一端は支持ブロツク１０３に接着固定され、他の端は駆動軸１０６の一端に接着固定される。駆動軸１０６は圧電素子１０５の厚み方向の変位が生じたとき軸方向（矢印ａ方向、及びこれと反対方向）に変位可能に支持されている。
【０００５】
スライダブロツク１０２には横方向に駆動軸１０６が貫通し、駆動軸１０６が貫通している上部には開口部１０２ａが形成され、駆動軸１０６の上半分が露出している。また、この開口部１０２ａには駆動軸１０６の上半分に当接するパツド１０８が嵌挿され、パツド１０８には、その上部に突起１０８ａが設けられており、パツド１０８の突起１０８ａが板ばね１０９により押し下げられ、パツド１０８には駆動軸１０６に当接する下向きの付勢力Ｆが与えられている。なお、１１０は板ばね１０９をスライダブロツク１０２に固定するねじである。駆動軸１０６と、スライダブロツク１０２、パツド１０８との接触部分の構成は、図１６を参照すると良く分かる。
【０００６】
以上の構成により、パツド１０８を含むスライダブロツク１０２と駆動軸１０６とは板ばね１０９の付勢力Ｆにより圧接され、摩擦結合している。
【０００７】
次に、その動作を説明する。まず、圧電素子１０５に図１７の（ａ）に示すような緩やかな立上り部分と急速な立下り部分を持つ鋸歯状波駆動パルスを印加すると、駆動パルスの緩やかな立上り部分では、圧電素子１０５が緩やかに厚み方向に伸び変位し、圧電素子１０５に結合する駆動軸１０６も正方向（矢印ａ方向）に緩やかに変位する。このとき、駆動軸１０６に摩擦結合したスライダブロツク１０２は摩擦結合力により駆動軸１０６と共に正方向に移動する。
【０００８】
駆動パルスの急速な立下り部分では、圧電素子１０５が急速に厚み方向に縮み変位し、圧電素子１０５に結合する駆動軸１０６も負方向（矢印ａと反対方向）に急速に変位する。このとき、駆動軸１０６に摩擦結合したスライダブロツク１０２は慣性力により摩擦結合力に打ち勝つて実質的にその位置に留まり移動しない。圧電素子１０５に前記駆動パルスを連続的に印加することにより、スライダブロツク１０２を連続的に正方向に移動させることができる。
【０００９】
なお、ここでいう実質的とは、正方向とこれと反対方向のいずれにおいてもスライダブロツク１０２と駆動軸１０６との間の摩擦結合面に滑りを生じつつ追動し、駆動時間の差によつて全体として矢印ａ方向に移動するものも含まれる。
【００１０】
スライダブロツク１０２を先と反対方向（矢印ａと反対方向）に移動させるには、圧電素子１０５に印加する鋸歯状波駆動パルスの波形を変え、図１７の（ｂ）に示すような急速な立上り部分と緩やかな立下り部分からなる駆動パルスを印加すれば達成することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したアクチエ−タでは、スライダブロツク及びパツドと駆動軸との間に発生させる摩擦力を板ばねの下向きの付勢力Ｆで発生させており、予想される負荷に応じて最適な摩擦力を発生させることができるように適当な弾性係数の板ばねを選定し、摩擦力の微細な調整は板ばね１０９を固定するねじ１１０により行うように構成されている。この構成は簡単で、負荷の変動が少ない場合には十分に機能する。
【００１２】
しかしながら、摩擦力は負荷に応じて変動するから、負荷の変動が大きい用途には前記した構成のアクチエ−タでは十分に対応することができず、駆動効率が低下してしまう。この発明は負荷に応じて摩擦結合部の摩擦力を調整可能として上記課題を解決した電気機械変換素子を使用した駆動装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に固着結合され、該電気機械変換素子と共に変位する駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、前記電気機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段と、駆動制御手段を備え、前記駆動パルス発生手段により電気機械変換素子に伸縮変位を発生させることにより駆動部材を駆動し、該駆動部材に摩擦結合した被駆動部材を所定方向に移動させる電気機械変換素子を使用した駆動装置において、予め設定された所定の時間おきに前記駆動部材と被駆動部材との間の摩擦力の大きさを変化させる可変摩擦力発生手段と、前記設定された所定の時間に同期して被駆動部材の移動速度の変動を検出する移動速度検出手段と、前記設定された所定の時間に同期して前記移動速度の変動幅を所定の移動速度の変動幅と比較し、その結果に基づいて前記可変摩擦力発生手段により発生される摩擦力の大きさを調整する摩擦力制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
そして、前記可変摩擦力発生手段は、駆動部材に対する被駆動部材の押圧力を調整する電気機械変換素子へ印加する電圧を周期的に変化させる制御手段を備える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
アクチエ−タ１０は図１、図２及び図８に示す構成を備える。アクチエ−タ１０はフレ−ム１１、支持ブロツク１３、１４、駆動軸１６、圧電素子１５、スライダブロツク３１（図８参照）などから構成され、駆動軸１６は支持ブロツク１３ａと支持ブロツク１４により軸方向に移動自在に支持されている。圧電素子１５の一端は支持ブロツク１３に接着固定され、他の端は駆動軸１６の一端に接着固定される。駆動軸１６は圧電素子１５の厚み方向の変位が生じたとき軸方向（矢印ａ方向、及びこれと反対方向）に変位可能に支持されている。
【００１６】
スライダブロツク３１と駆動軸１６とが摩擦結合する摩擦結合部は、図８に示す駆動軸の軸方向に垂直な面で切断した断面図から明らかなように、スライダブロツク３１は断面が略Ｕ字形をなし、ヒンジ部３４で結合した２本のフオ−ク状部材３２、３３を備えている。フオ−ク状部材３２、３３の開放端に接近した位置には、略Ｕ字形の内側に向かう円弧状の摩擦結合面を持つ結合部３２ａ、３３ａが形成されている。２本のフオ−ク状部材３２、３３は、ヒンジ部３４の弾性によりフオ−ク状部材３２、３３が閉じる方向に付勢されており、結合部３２ａ、３３ａを貫通する駆動軸１６は、結合部３２ａ、３３ａで強く摩擦結合して保持されている。
【００１７】
また、スライダブロツク３１のフオ−ク状部材３２、３３には、結合部３２ａ、３３ａから離れた位置に圧電素子３５が配置され、圧電素子３５の伸縮方向の端部がフオ−ク状部材３２、３３に接着固定されている。圧電素子３５に電圧を印加して伸び変位或いは縮み変位を発生させると、結合部３２ａ、３３ａを駆動軸１６から離れる方向或いは近接する方向に変位させることができる。圧電素子３５に発生させる伸び変位或いは縮み変位の大きさを調整することで、結合部３２ａ、３３ａが駆動軸１６に圧接する付勢力Ｆを調整し、負荷に応じた最適な摩擦力を発生させることができる。
【００１８】
摩擦力の調整においては、スライダブロツクを駆動するための圧電素子の駆動パルスの周波数よりも著しく低い周波数、例えば駆動パルス周波数が２５０００Ｈｚの場合には１０Ｈｚ程度の低い周波数でスライダブロツクと駆動軸との間の摩擦力を周期的に変化、例えば正弦波形状に変化させると、円滑に駆動できることが分かつた。
【００１９】
そこで、この発明では、図１３に示すように、駆動速度の変動の振幅に応じて摩擦力を調整する処理を行う。即ち、まず、スライダブロツクと駆動軸との間の摩擦力を周期的に変化させる（ステツプＰ１）。次に、駆動速度の変動の振幅が規定レベルを越えているか否かを判定し（ステツプＰ２）、規定レベルを越えていない場合は処理を終了する。また、規定レベルを越えている場合は、駆動速度の変動の位相と摩擦力の変動の位相のずれを判定し（ステツプＰ３）、位相のずれが０°の場合、即ち位相のずれがない場合は、平均摩擦力を大きくするように摩擦力を調整する（ステツプＰ４）。また、駆動速度の変動の位相と摩擦力の変動の位相のずれが１８０°の場合は、平均摩擦力を小さくするように摩擦力を調整する（ステツプＰ５）。これにより、駆動速度の変動の振幅を小さくすることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、この発明の実施例について説明する。まず、この発明のアクチエ−タは、先に従来技術において説明した構成と類似しているが、スライダブロツクとパツド部分の構成が従来例と異なる。
【００２１】
図１はこの発明のアクチエ−タを構成部材を分解して示す斜視図、図２は図１に示すアクチエ−タの組み立て状態を示す斜視図、図３は駆動軸とスライダブロツク、パツドとの摩擦結合部の構成を示す断面図である。
【００２２】
図１及び図２において、アクチエ−タ１０は、フレ−ム１１、支持ブロツク１３、１４、駆動軸１６、圧電素子１５、スライダブロツク１２などから構成される。駆動軸１６は支持ブロツク１３ａと支持ブロツク１４により軸方向に移動自在に支持されている。圧電素子１５の一端は支持ブロツク１３に接着固定され、他の端は駆動軸１６の一端に接着固定される。駆動軸１６は圧電素子１５の厚み方向の変位が生じたとき軸方向（矢印ａ方向、及びこれと反対方向）に変位可能に支持されている。
【００２３】
スライダブロツク１２及びパツド１８が駆動軸１６と摩擦結合する摩擦結合部の構成は、図１の斜視図及び図３の断面図に示すように、スライダブロツク１２には横方向に駆動軸１６が貫通し、駆動軸１６が貫通している上部には開口部１２ａが形成され、駆動軸１６の上半分が露出している。また、この開口部１２ａには駆動軸１６の上半分に当接するパツド１８が嵌挿され、パツド１８には、その上部に突起１８ａが設けられており、パツド１８の突起１８ａが板ばね２０により押し下げられてパツド１８には駆動軸１６に当接する下向きの付勢力Ｆが与えられている。パツド１８を含むスライダブロツク１２と駆動軸１６とは板ばね１９の付勢力Ｆにより圧接され、摩擦結合している。
【００２４】
なお、２１は板ばね２０をスライダブロツク１２に固定するねじで、ねじ２１の締め付け量の調整により、板ばね１９の付勢力Ｆを調整することができる。また、ねじ孔２２はスライダブロツク１２を移動対象である部材に取り付けるねじ孔である。
【００２５】
以下、スライダブロツク１２及びパツド１８が駆動軸１６と摩擦結合する摩擦結合部の構成と、その変形例を図３乃至図６を参照して説明する。なお、図３乃至図６では、パツド１８を押し下げる板ばね２０の図面への記載を省略した。
【００２６】
図３に示すように、スライダブロツク１２とパツド１８との間には隙間Ｈがあり、この隙間Ｈにコイルバネ１９が嵌挿されている。これによりパツド１８は図３で左側に押されてスライダブロツク１２に接触した状態を保ちつつ駆動軸１６の上半分に当接するから、圧電素子１５の伸縮変位により駆動軸１６に生ずる軸方向の変位は、スライダブロツク１２とパツド１８とに無駄無く伝達される。
【００２７】
以上説明したスライダブロツク１２とパツド１８との隙間Ｈには、コイルバネ１９が嵌挿されているが、隙間Ｈに嵌挿される部材は、コイルバネに限られるものではない。図４乃至図６は、隙間Ｈに嵌挿される部材の他の例を示すもので、図４に示す構成は、隙間Ｈに板ばね２３が嵌挿されたものであり、コイルバネと同様にパツド１８を図４で左側に押圧し、パツド１８をスライダブロツク１２に接触した状態に保つものである。
【００２８】
図５に示す構成は、隙間Ｈに合成樹脂板２４を圧入したものであり、合成樹脂板２４の弾性を利用してパツド１８を図５で左側に押圧し、パツド１８をスライダブロツク１２に接触した状態に保つものである。
【００２９】
隙間Ｈに合成樹脂板を圧入しない場合と圧入した場合とについて、駆動速度の比較実験の結果を表１に示す。
【００３０】
0003539117.tif 000002
合成樹脂板材料としては、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ビニ−ル樹脂、ポリアミドイミド樹脂などのほか、ゴムなどが適当で、これ等の材料から選択される１種又は２種以上の材料で構成するとよい。
【００３１】
以上の実験結果からみて、合成樹脂板の厚み０．１ｍｍの場合はバネ定数２００ｋｇｆ／ｍｍ以上あるのが望ましく、２０ｋｇｆ／ｍｍでも一応の効果が認められた。また合成樹脂板の厚みが薄い場合は、さらに弾性係数の小さい樹脂材料でも効果が認められた。
【００３２】
ここで、駆動部材と被駆動部材との間の摩擦力をＦ、駆動軸の変位（振幅）をｘとすると、駆動軸の軸方向の伸縮変位（振動）によつてもパツド１８が振動しないためには、隙間Ｈに嵌挿するコイルバネ、板ばね、合成樹脂板などの弾性部材の変位方向のバネ定数ｋが、少なくとも以下の式（１）で示す条件を満たしていることが必要と考えられる。
【００３３】
ｋ＞Ｆ／ｘ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
実験の結果によれば、弾性部材の変位方向のバネ定数ｋとしては、以下の式  （２）で示す条件を満たしていれば、この種の圧電素子を使用したリニアアクチエ−タの性能向上に効果があることが判明した。
【００３４】
ｋ＞Ｆ／１０ｘ  ・・・・・・・・・・・・・・・（２）
図６に示す構成は、パツド１８の左右の隙間Ｈに液状の合成樹脂材２５を加圧注入して隙間Ｈを充填固化したものであり、充填固化した合成樹脂材２５の弾性によりパツド１８をスライダブロツク１２に接触した状態に保つものである。この構成によれば、駆動の際にパツド１８とスライダブロツク１２とが衝突して発生するノイズや熱の発生に基づくエネルギの損失を抑えることができる。また、合成樹脂材の加圧注入によるから、組み立てが容易になるという効果もある。
【００３５】
上記した構成のアクチエ−タの駆動は、従来技術において説明したアクチエ−タの駆動と同じで、圧電素子１５に図１７の（ａ）に示すような緩やかな立上り部分と急速な立下り部分を持つ鋸歯状波駆動パルス、或いは図１７の（ｂ）に示すような急速な立上り部分と緩やかな立下り部分を持つ鋸歯状波駆動パルスを印加することで、駆動軸１６に摩擦結合したスライダブロツク１２を所定方向に駆動することができる。
【００３６】
次に、スライダブロツクとパツドが駆動軸と摩擦結合する部分の構成の第２の例について説明する。先に説明した図３乃至図６に示す摩擦結合部は、スライダブロツク１２には横方向に駆動軸１６が貫通し、駆動軸１６が貫通している上部の開口部１２ａに駆動軸１６の上半分に当接するパツド１８が嵌挿され、パツド１８は板ばね２０により押し下げられ、パツド１８には駆動軸１６に当接する下向きの付勢力Ｆが与えられるように構成されている。
【００３７】
この構成は、スライダブロツク及びパツドと、駆動軸との間に発生させる摩擦力を板ばねの下向きの付勢力Ｆで発生させており、予想される負荷に応じて最適な摩擦力を発生させることができるように適当な弾性係数の板ばねを選定し、摩擦力の微細な調整は板ばね２０を固定するねじ２１により行うように構成されている。この構成は簡単で、負荷の変動が少ない場合には十分に機能する。
【００３８】
しかしながら、最大の駆動速度を得るのに最適な摩擦力は、図７に示すように負荷に応じて変動する。即ち、負荷が小さいときは線（ａ）で示すように、摩擦力Ｆ1 のとき最大速度が得られ、負荷が大きいときは線（ｃ）で示すように、摩擦力Ｆ3 のとき最大速度が得られ、その中間の負荷では線（ｂ）で示すように、摩擦力Ｆ2 のとき最大速度が得られる。
【００３９】
このため、前記した図３乃至図６に示すような、スライダブロツク及びパツドと駆動軸との摩擦結合部の構成は、負荷が変動する用途には適当でない。以下説明する第２の例及び第３の例は、摩擦結合部の付勢力Ｆをきめ細かく調整できる構成とし、負荷の変動に応じて最適な摩擦力を発生させることができるものである。
【００４０】
図８は、摩擦結合部の構成の第２の例を示す断面図で、駆動軸の軸方向に垂直な面で切断した断面図である。３１はスライダブロツクで、断面が略Ｕ字形をなし、ヒンジ部３４で結合した２本のフオ−ク状部材３２、３３を備えている。フオ−ク状部材３２、３３の開放端に接近した位置には、略Ｕ字形の内側に向かう円弧状の摩擦結合面を持つ結合部３２ａ、３３ａが形成されている。２本のフオ−ク状部材３２、３３は、ヒンジ部３４の弾性によりフオ−ク状部材３２、３３が閉じる方向に付勢されており、結合部３２ａ、３３ａを貫通する駆動軸１６は、結合部３２ａ、３３ａで強く摩擦結合して保持されている。
【００４１】
また、スライダブロツク３１のフオ−ク状部材３２、３３には、結合部３２ａ、３３ａから離れた位置に圧電素子３５が配置され、圧電素子３５の伸縮方向の端部がフオ−ク状部材３２、３３に接着固定されている。圧電素子３５に電圧を印加して伸び変位或いは縮み変位を発生させると、結合部３２ａ、３３ａを駆動軸１６から離れる方向或いは近接する方向に変位させることができる。圧電素子３５に発生させる伸び変位或いは縮み変位の大きさを調整することで、結合部３２ａ、３３ａが駆動軸１６に圧接する付勢力Ｆを調整し、負荷に応じた最適な摩擦力を発生させることができる。
【００４２】
図９は、摩擦結合部の構成の第３の例を示す断面図で、駆動軸の軸方向に垂直な面で切断した断面図である。３１はスライダブロツクで、断面が略Ｕ字形をなし、ヒンジ部３４で結合した２本のフオ−ク状部材３２、３３を備えている。また、フオ−ク状部材３２、３３の開放端に接近した位置には、略Ｕ字形の内側に向かう円弧面を備えた結合部３２ａ、３３ａが形成されており、駆動軸１６が結合部３２ａ、３３ａを貫通して摩擦結合している。以上の点は前記した第２の構成と変わらない。
【００４３】
スライダブロツク３１のフオ−ク状部材３２、３３は、ヒンジ部３４で結合しているほか、ヒンジ部３４に接近した位置でフオ−ク状部材３２、３３に結合した２本のア−ム３７ａ及び３７ｂを備えた作用部材３７で結合されており、ヒンジ部３４と作用部材３７との間には圧電素子３５が配置され、接着固定されている。２本のフオ−ク状部材３２、３３は、ヒンジ部３４の弾性によりフオ−ク状部材３２、３３が閉じる方向に付勢されており、結合部３２ａ、３３ａを貫通する駆動軸１６は、結合部３２ａ、３３ａで強く摩擦結合して保持されている。
【００４４】
圧電素子３５に電圧を印加して伸び変位或いは縮み変位を発生させるとヒンジ部３４に対して作用部材３７が離れる方向或いは近接する方向に移動する。この動きはア−ム３７ａ及び３７ｂを介して拡大され、２本のフオ−ク状部材３２、３３はその結合部３２ａ、３３ａを駆動軸１６から離れる方向或いは近接する方向に変位させる。圧電素子３５に発生させる伸び変位或いは縮み変位の大きさを調整することで、結合部３２ａ、３３ａが駆動軸１６に圧接する付勢力Ｆを調整し、負荷に応じた最適な摩擦力を発生させることができる。
【００４５】
次に、アクチエ−タの駆動を停止したとき、スライダブロツクが意図しない動きをしないように、アクチエ−タを駆動軸に固定する構成を説明する。
【００４６】
図１０はスライダブロツクを駆動軸に固定するための摩擦結合部の構成を示す図で、駆動軸の軸方向に垂直な面で切断した断面図である。これは図８に示した第２の摩擦結合部の構成に、スライダブロツクを駆動軸に固定する構成を付加したものである。図８に示す摩擦結合部の構成と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略し、スライダブロツクを固定する構成部分について説明する。
【００４７】
３１はスライダブロツクで、ヒンジ部３４で結合した２本のフオ−ク状部材３２、３３を備えている。２本のフオ−ク状部材３２、３３は、ヒンジ部３４の弾性によりフオ−ク状部材３２、３３が閉じる方向に付勢されており、結合部３２ａ、３３ａを貫通する駆動軸１６は、結合部３２ａ、３３ａで強く摩擦結合して保持されている。
【００４８】
スライダブロツクを駆動軸に固定するため、フオ−ク状部材３２の駆動軸１６と反対側にはア−ム部材３８が設けられ、ヒンジ部３８ａでヒンジ部３４に結合している。フオ−ク状部材３２とア−ム部材３８との間には圧電素子３９が配置され、圧電素子３９の両端は、それぞれフオ−ク状部材３２とア−ム部材３８とに接着固定されている。
【００４９】
スライダブロツクを駆動軸に固定するときは、圧電素子３９に電圧を印加し、圧電素子３９に厚み方向に伸び変位を発生させる。これによりフオ−ク状部材３２は図１０で下側に押し下げられ、駆動軸１６は結合部３２ａ、３３ａに強く圧接され、スライダブロツク３１を駆動軸１６に固定することができる。固定を解除するには、圧電素子３９への電圧の印加を停止すればよい。
【００５０】
図１１はアクチエ−タの制御回路を示すブロツク図である。この制御回路５０は前記した図８に示す第２、或いは図９に示す第３の摩擦結合部の構成を備え、さらに、図１０に示すスライダブロツクを駆動軸に固定する構成を付加した構成に適用できるものである。
【００５１】
制御回路５０は、駆動制御回路５１、駆動パルス発生回路５２、摩擦力調整用電圧発生回路５３、スライダブロツクの駆動速度を演算する移動体速度検出回路５６、予め設定された基準速度デ−タを記憶させた基準速度記憶回路５７、比較回路５８、摩擦力制御回路５９、スライダブロツク固定用電圧発生回路６０から構成される。また、スライダブロツク３１の近傍には、スライダブロツクの移動速度を検出する速度センサ５５が配置されている。
【００５２】
次にその動作を説明する。駆動パルス発生回路５２では、駆動制御回路５１の制御の下に、図１７の（ａ）に示すような緩やかな立上り部分と急速な立下り部分、或いは図１７の（ｂ）に示すような急速な立上り部分と緩やかな立下り部分を持つ鋸歯状波駆動パルスを発生する。発生した駆動パルスは圧電素子１５に印加され、スライダブロツク３１は所定方向に駆動される。
【００５３】
スライダブロツク３１の移動速度は速度センサ５５で検出され、移動体速度検出回路５６において駆動速度が演算される。演算された駆動速度は比較回路５８において基準速度記憶回路５７から読み出された基準速度と比較される。比較結果は摩擦力制御回路５９に入力され、入力された比較結果に基づいて摩擦力調整デ−タが決定され、摩擦力調整用電圧発生回路５３に入力される。
【００５４】
摩擦力調整用電圧発生回路５３では、駆動制御回路５１の制御の下に、入力された摩擦力調整デ−タに基づいて摩擦力調整用の圧電素子３５に印加する電圧の大きさが決定され、圧電素子３５に印加される。圧電素子３５には印加された電圧に応じた変位が発生し、結合部３２ａ、３３ａが駆動軸１６に圧接する付勢力Ｆ、即ち摩擦力が調整され、負荷に応じた最適な摩擦力を発生させることができる。
【００５５】
また、駆動制御回路５１からスライダブロツクを駆動軸に固定する指令信号がスライダブロツク固定用電圧発生回路６０に出力されると、回路６０からはスライダブロツクを駆動軸に固定するのに必要な電圧が出力され、圧電素子３９に印加される。圧電素子３９には印加された電圧に基づいて変位が発生し、フオ−ク状部材３２は図１０で下側に押し下げられ、駆動軸１６は結合部３２ａ、３３ａに強く圧接され、スライダブロツク３１は駆動軸１６に固定される。
【００５６】
この発明に係るアクチエ−タでは、駆動軸とスライダブロツクとの間の摩擦力を負荷に応じて最適値に調整できるように構成されている。しかしながら摩擦力を調整するにしても、スライダブロツクは駆動軸との間で滑りを生じつつ所定方向に移動するから、駆動状態では駆動軸とスライダブロツクとの間の摩擦力は周期的に変動し、スライダブロツクの駆動速度も周期的に変動しており、駆動速度の変動幅が所定の許容値を越えると円滑に駆動ができない。
【００５７】
このような移動態様では、スライダブロツクを駆動するための圧電素子の駆動パルスの周波数よりも著しく低い周波数、例えば駆動パルス周波数が２５０００Ｈｚの場合には１０Ｈｚ程度の低い周波数でスライダブロツクと駆動軸との間の摩擦力を周期的に変化、例えば正弦波形状に変化させると、負荷に応じて駆動軸とスライダブロツクとの間の摩擦力を調整できるとともに、円滑に駆動できることが分かつた。
【００５８】
図１２及び図１３は、摩擦力制御回路５９の動作を説明する図である。即ち、スライダブロツクと駆動軸との間の摩擦力を周期的に変化させるとき、駆動速度の変動の振幅ｔ1 が図１２の（ａ）に示すように所定の振幅Ｔ以下であれば摩擦力を周期的に変化させる必要はない。しかし、駆動速度の変動の振幅ｔ2 が図１２の（ｂ）に示すように所定の振幅Ｔを越える場合は、駆動速度の変動の振幅を小さくするように摩擦力を調整する。
【００５９】
図１３は駆動速度の変動の振幅に応じて摩擦力を調整する処理の流れを説明する図である。まず、スライダブロツクと駆動軸との間の摩擦力を周期的に変化させる（ステツプＰ１）。次に、駆動速度の変動の振幅が規定レベルを越えているか否かを判定し（ステツプＰ２）、規定レベルを越えていない場合は処理を終了する。また、規定レベルを越えている場合は、駆動速度の変動の位相と摩擦力の変動の位相のずれを判定し（ステツプＰ３）、位相のずれが０°の場合、即ち位相のずれがない場合は、平均摩擦力を大きくするように摩擦力を調整する（ステツプＰ４）。また、駆動速度の変動の位相と摩擦力の変動の位相のずれが１８０°の場合は、平均摩擦力を小さくするように摩擦力を調整する（ステツプＰ５）。これにより、駆動速度の変動の振幅を小さくすることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明した通り、この発明は、電気機械変換素子と、電気機械変換素子に固着結合されて電気機械変換素子と共に変位する駆動部材と、駆動部材に摩擦結合した被駆動部材とから構成される電気機械変換素子を使用した駆動装置において、予め設定された所定の時間おきに、駆動部材と被駆動部材との間の摩擦力の大きさを変化させる可変摩擦力発生手段と、設定された所定時間に同期して被駆動部材の移動速度の変動を検出する移動速度検出手段と、設定された所定時間に同期して前記移動速度の変動幅を所定の移動速度の変動幅と比較し、その結果に基づいて前記可変摩擦力発生手段により発生される摩擦力の大きさを調整する摩擦力制御手段とを備えたものである。これにより、負荷の変動が大きい場合でも、負荷に応じて摩擦結合部の摩擦力を調整し、常に高い駆動効率で駆動することができる電気機械変換素子を使用した駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるアクチエ−タの構成部材を分解して示す斜視図。
【図２】図１に示すアクチエ−タの組み立て状態を示す斜視図。
【図３】図１に示すアクチエ−タの摩擦結合部の構成を示す断面図。
【図４】図３に示す摩擦結合部の構成の他の例を示す断面図。
【図５】図３に示す摩擦結合部の構成の他の例を示す断面図。
【図６】図３に示す摩擦結合部の構成の他の例を示す断面図。
【図７】最適摩擦力が負荷に応じて変動する状態を説明する図。
【図８】摩擦結合部の構成の第２の例を示す断面図。
【図９】摩擦結合部の構成の第３の例を示す断面図。
【図１０】駆動軸を摩擦結合部に固定する構成を示す図。
【図１１】アクチエ−タの制御回路のブロツク図。
【図１２】駆動速度の変動を説明する図。
【図１３】駆動速度の変動の振幅に応じて摩擦力を調整する処理の流れを説明する図。
【図１４】従来のアクチエ−タの構成部材を分解して示す斜視図。
【図１５】従来のアクチエ−タの組み立て状態を示す斜視図。
【図１６】従来のアクチエ−タの摩擦結合部の構成を示す断面図。
【図１７】駆動パルスの波形を説明する図。
【符号の説明】
１０  アクチエ−タ
１１  フレ−ム
１２  スライダブロツク
１２ａ  開口部
１３、１４  支持ブロツク
１５  圧電素子
１６  駆動軸
１８  パツド
１９  コイルバネ
２０  板ばね
２３  板ばね
２４  合成樹脂板
３１  スライダブロツク
３２、３３  フオ−ク状部材
３２ａ、３３ａ  結合部
３４  ヒンジ部
３５  圧電素子
３８  ア−ム部材
３９  圧電素子
５０  制御回路
５１  駆動制御回路
５２  駆動パルス発生回路
５３  摩擦力調整用電圧発生回路
５５  速度センサ
５６  移動体速度検出回路
５７  基準速度記憶回路
５８  比較回路
５９  摩擦力制御回路
６０  スライダブロツク固定用電圧発生回路
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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