(57)【特許請求の範囲】
【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移動体と、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、上記駆動摩擦部材の移動経路に沿って延在しかつ上記移動体の移動方向に動かぬように固定されかつ上記駆動摩擦部材を挟持して上記駆動摩擦部材に摩擦結合する２列の固定摩擦部材とを備え、上記駆動パルス発生手段により上記電気機械変換素子に伸縮変位を発生させて上記駆動摩擦部材を駆動し、上記移動体を所定方向に移動させる駆動装置において、上記固定摩擦部材の少なくとも一方は、上記駆動摩擦部材の移動経路内にわずかに入り込むようにして上記駆動摩擦部材の移動経路に沿って配列された複数の分割当接部を有し、上記固定摩擦部材の上記各分割当接部が上記駆動摩擦部材に当接して上記駆動摩擦部材の移動経路内から後退するときに、該分割当接部を上記駆動摩擦部材に付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする、駆動装置。
【請求項２】
上記固定摩擦部材は、上記駆動摩擦部材の移動経路に沿ってその一部に適宜間隔で複数の切り欠きが設けられ、該切り欠きによって分割された複数の分割当接片がそれぞれ上記駆動摩擦部材の移動経路内にわずかに入り込むようにして上記駆動摩擦部材の移動経路に沿って配列され、上記各分割当接片は、上記駆動摩擦部材に当接すると弾性変形して上記駆動摩擦部材の移動経路内から後退し、その反力で上記駆動摩擦部材を付勢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】
上記固定摩擦部材の上記分割当接部は、上記駆動摩擦部材の移動経路内にわずかに入り込むようにして上記駆動摩擦部材の移動経路に沿ってそれぞれ配列された複数の分割固定摩擦部材であり、上記付勢手段は、上記各分割固定摩擦部材をそれぞれ上記駆動摩擦部材の移動経路内に付勢する複数のばね部材であることを特徴とする、請求項１記載の駆動装置。
【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、ＸＹ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、ステッピングモータの代わりに圧電リニアアクチュエータを用いて、サブμｍオーダの高分解能を達成した駆動装置を本出願人は提案している。
【０００３】
たとえば、その一例として、図１の斜視図に示した駆動装置１は、ベース２の上面２ｓに固定された一対の固定摩擦部材４，６の間の空間９に駆動ユニット２０を挟持して摩擦結合するようにしたものである。一方の固定摩擦部材６は、支持ばね８を介してベース２に支持され、他方の固定摩擦部材４側に付勢されるようになっている。
【０００４】
詳しくは、駆動ユニット２０は、不図示の被駆動部材、たとえばレンズやステージ等に結合され質量が相対的に大きい移動体２４と、圧電素子２２と、質量が相対的に小さい駆動摩擦部材２６とからなる。圧電素子２２の伸縮方向の一方の端面は、移動体２４に固着結合され、他方の端面は、駆動摩擦部材２６の一方の軸端面に固着結合されている。駆動摩擦部材２６は、圧電素子２４の伸縮方向に移動自在に、移動体２４に支持されている。
【０００５】
さらに詳しくは、圧電素子２２は、電気機械変換素子の一種であって、電圧を印加すると体積が変化する複数の圧電板が積層されてなり、印加される電圧の変化によって積層方向に伸縮するようになっている。移動体２４は、大略柱状の形状を有し、その上面に、不図示の被駆動部材を取り付けるためのねじ穴２４ａ，２４ｂを有する。また、移動体２４はその上面から切り欠かれ、２つの凹部２４ｓ，２４ｔが形成されていて、それぞれに圧電素子２２と駆動摩擦部材２６とが配置されるようになっている。駆動摩擦部材２６は、円筒形状の本体部２６ｓの両端に軸部２６ｔが突設されてなり、各軸部２６ｔが軸方向移動自在に移動体２４に支持されて、一方の軸部２６ｔは圧電素子２２に固着結合している。駆動摩擦部材２６の本体部２６ｓは、圧電素子２２および移動体２４より幅が大きく、図１（II）に示すように、本体部２６ｓの外周面は、一対の固定摩擦部材４，６の対向する面４ｓ，６ｓに当接するようになっている。
【０００６】
圧電素子２２の各電極には、不図示の駆動パルス発生回路が接続され、鋸歯状、全波整流波状等の適宜波形のパルス電圧が圧電素子２２に加えられる。たとえば、圧電素子２２が伸びるときと縮むときとで速度が異なり、駆動摩擦部材２６と固定摩擦部材４，６との間に逆向きで大きさの異なる滑りが生じるようにして、あるいは、圧電素子２２が伸びるときまたは縮むときのいずれか一方でのみ滑りが生じ、他方では滑りが生じないようにして、駆動摩擦部材２６、したがって移動体２４および被駆動部材を固定摩擦部材４，６に沿って移動させる。
【０００７】
ところで、この駆動装置１では、固定摩擦部材４，６に対する駆動ユニット２０の位置が相対的に変化すると、固定摩擦部材６の弾性変形や傾きの変化等によって、駆動摩擦部材２６が固定摩擦部材４，６から受ける押圧力の大きさが変化し、駆動摩擦部材２６と固定摩擦部材４，６との間の摩擦力が変化して駆動条件が変化する。その結果、駆動摩擦部材２６と固定摩擦部材４，６との相対的な位置によって、駆動速度や駆動力が変化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との相対的な位置に関係なく、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との間に略一定の摩擦力が付与される駆動装置を提供することである。
【０００９】
【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、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移動体と、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、上記駆動摩擦部材に摩擦結合し、上記移動体の移動方向に動かぬように固定された固定摩擦部材とを備え、上記駆動パルス発生手段により上記電気機械変換素子に伸縮変位を発生させて上記駆動摩擦部材を駆動し、上記移動体を所定方向に移動させる駆動装置において、上記固定摩擦部材は、上記駆動摩擦部材に当接する微少部分およびその近傍部分が上記駆動摩擦部材により部分的に待避させられ、その反力でその微少部分およびその近傍部分が略一定の大きさの付勢力で上記駆動摩擦部材を付勢するように構成されたことを本質的特徴とする。具体的には、以下のように種々の態様で構成される。
【００１０】
すなわち、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移動体と、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、上記駆動摩擦部材の移動経路に沿って延在しかつ上記移動体の移動方向に動かぬように固定されかつ上記駆動摩擦部材を挟持して上記駆動摩擦部材に摩擦結合する２列の固定摩擦部材とを備え、上記駆動パルス発生手段により上記電気機械変換素子に伸縮変位を発生させて上記駆動摩擦部材を駆動し、上記移動体を所定方向に移動させるタイプの駆動装置においては、上記固定摩擦部材の少なくとも一方は、上記駆動摩擦部材の移動経路内にわずかに入り込むようにして上記駆動摩擦部材の移動経路に沿って配列された複数の分割当接部を有する。そして、上記固定摩擦部材の上記各分割当接部が上記駆動摩擦部材に当接して上記駆動摩擦部材の移動経路内から後退するときに、この分割当接部を上記駆動摩擦部材に付勢する付勢手段を備える。
【００１１】
上記構成によれば、付勢手段は、分割当接部を駆動摩擦部材に付勢する。この付勢力は、各分割当接部について略一定とすることができる。駆動摩擦部材と固定摩擦部材との間の摩擦力は、分割当接部が駆動摩擦部材を付勢する付勢力に比例する。
【００１２】
したがって、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との相対的な位置に関係なく、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との間に略一定の摩擦力が付与されるようにすることができる。
【００１３】
好ましくは、上記固定摩擦部材は、上記駆動摩擦部材の移動経路に沿ってその一部に適宜間隔で複数の切り欠きが設けられ、この切り欠きによって分割された複数の分割当接片がそれぞれ上記駆動摩擦部材の移動経路内にわずかに入り込むようにして上記駆動摩擦部材の移動経路に沿って配列される。そして、上記各分割当接片は、上記駆動摩擦部材に当接すると弾性変形して上記駆動摩擦部材の移動経路内から後退し、その反力で上記駆動摩擦部材を付勢する。
【００１４】
上記構成によれば、固定摩擦部材の分割当接片は弾力的に変形し、付勢手段としても機能する。各分割片は、固定摩擦部材の基部に共通して結合しており、この基部を固定すれば、各分割当接片を所定位置に配列することできる。したがって、部材の点数が少なく、構成が簡単であり、組み立てが容易である。
【００１５】
好ましくは、上記固定摩擦部材の上記分割当接部は、上記駆動摩擦部材の移動経路内にわずかに入り込むようにして上記駆動摩擦部材の移動経路に沿ってそれぞれ配列された複数の分割固定摩擦部材である。上記付勢手段は、上記各分割固定摩擦部材をそれぞれ上記駆動摩擦部材の移動経路内に付勢する複数のばね部材である。
【００１６】
上記構成によれば、各分割固定摩擦部材はばね部材でそれぞれ付勢されるので、各分割固定摩擦部材毎に、駆動摩擦部材を付勢する付勢力を調整することが容易である。
【００１７】
なお、分割固定摩擦部材とばね部材とを別部材とすれば、分割固定摩擦部材の摩擦係数とばね部材のばね定数とがそれぞれ最適になるように、容易に構成できる。一方、分割固定摩擦部材とばね部材とを一部材で一体的に構成すれば、部品点数が少なくなり、組み立て作業を簡略化できる。
【００１８】
また、本発明は、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移動体と、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、上記駆動摩擦部材の移動経路に沿って延在しかつ上記移動体の移動方向に動かぬように固定されかつ上記駆動摩擦部材に摩擦結合する固定摩擦部材とを備え、上記駆動パルス発生手段により上記電気機械変換素子に伸縮変位を発生させて上記駆動摩擦部材を駆動し、上記移動体を所定方向に移動させるタイプの駆動装置においては、上記固定摩擦部材は、上記駆動摩擦部材の外径より若干小さい内径を有しかつ長手方向にスリットが形成された管状部材であり、この管状部材の内部に上記駆動摩擦部材が配置される。そして、上記管状部材は、上記駆動摩擦部材に当接して弾性変形し上記スリットが部分的に押し広げられ、その反力で上記駆動摩擦部材を締め付け、上記駆動摩擦部材に摩擦結合する。
【００１９】
上記構成によれば、管状部材の肉厚、材質、スリットの間隔などをたとえば略均一にして、管状部材が駆動摩擦部材を締め付ける締め付け力が駆動摩擦部材の位置に拘わらず略一定となるようにすることが容易である。
【００２０】
したがって、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との相対的な位置に関係なく、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との間に略一定の摩擦力が付与されるようにすることができる。
【００２１】
また、管状部材を湾曲することによって、３次元的に駆動することも容易である。
【００２２】
【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２〜図５を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、第１実施形態の駆動装置１０について、図２の斜視図を参照しながら説明する。
【００２４】
駆動装置１０は、概略的には、一対の固定摩擦部材１４によって駆動ユニット２０を挟持してなる。駆動ユニット２０は、図１に示した従来例と略同様に構成され、駆動摩擦部材２６の本体部２６ｓが固定摩擦部材１４の対向する面の間に挟持されるようになっている。一対の固定摩擦部材１４は、互いの間隔が等しくなるように平行に配置され、ベース１２の上面１２ｓに固定される。
【００２５】
各固定摩擦部材１４は、第２片１４ｂの両端から第１片１４ａおよび第３片１４ｃが伸びており、断面コ字状形状を有する。
【００２６】
第１および第２片１４ａ，１４ｂには、第３片１４ｃに対して直角に延在する切り欠き１４ｓが適宜間隔で設けられ、この切り欠き１４ｓによって複数の分割当接片１５が櫛状に形成されている。各固定摩擦部材１４は、その第１および第３片１４ａ，１４ｃが互いに反対方向に延在するよう配置され、各第２片１４ｂが駆動摩擦部材２６の移動経路内にそれぞれわずかに入り込むようにして、各第３片１４ｃがベース１２の上面１２ｓに固定される。
【００２７】
一方の固定摩擦部材１４の分割当接片１５は、他方の固定摩擦部材１４の分割当接片１５に対して接離方向にたわむようになっている。そして、各分割当接片１５は、その第２片１４ｂの部分が駆動摩擦部材２６の本体部２６ｓに当接すると、たわんで駆動摩擦部材２６の移動経路内から後退する。各分割片１５の接離方向のばね定数が略一定となるように切り欠き１４ｓを設けている。
【００２８】
したがって、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との相対的な位置に関係なく、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との間に略一定の摩擦力が付与される。
【００２９】
次に、第２実施形態の駆動装置１０ａについて、図３の斜視図を参照しながら説明する。
【００３０】
この駆動装置１０ａは、一対の固定摩擦部材１６を一定距離を設けて配置し、その間に、従来例と略同様に構成した駆動ユニット２０を配置している。
【００３１】
固定摩擦部材１６は、複数の分割片１６ａを支持ばね１６ｃでそれぞれ支持し、付勢力を与えるようにしている。すなわち、各固定摩擦部材１６は、一つの基部１６ｂと、基部１６ｂに沿って配置された複数の分割片１６ａとが、それぞれ支持ばね１６ｃによって、大略、断面Ｌ字状に結合してなる。基部１６ｂは、ベース１２の上面１２ｓに固定される。各分割片１６ａは、隣接する分割片１６ａ同士の間に隙間１６ｓが設けられている。各分割片１６ａは、他方の固定摩擦部材１６の分割片１６ａと所定距離を設けて対向するように、支持ばね１６ｃに支持されている。各分割片１６ａは、駆動摩擦部材２６の移動経路内にわずかに入り込むようになっている。支持ばね１６ｃは、適当なばね定数を有する。すなわち、各分割片１６ａが駆動ユニット２０の駆動摩擦部材２６の本体部２６ｓに当接して駆動摩擦部材２６の移動経路内から後退するとき、その分割片１６ａを支持する支持ばね１６ｃの弾性により、駆動摩擦部材２６に一定の付勢力を与えるようになっている。
【００３２】
したがって、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との相対的な位置に関係なく、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との間に一定の摩擦力が付与される。
【００３３】
次に、第３実施形態の駆動装置１０ｂについて、図４の斜視図を参照しながら説明する。
【００３４】
この駆動装置１０ｂは、一対の固定摩擦部材１８を一定距離を設けて配置し、その間に、従来例と略同様に構成した駆動ユニット２０を配置している。
【００３５】
詳しくは、固定摩擦部材１８は、それぞれ隙間１８ｓを設けて２列に配列された複数の板ばね片１８ｐからなる。各板ばね片１８ｐは、横片１８ｂと縦片１８ａとが、大略断面Ｌ字状に伸びている。各板ばね片１８ｐは、縦片１８ａが他方の列の縦片１８ａと所定距離を設けて対向し、横片１８ｂが他方の列の横片１８ｂとは反対側に延在するようにして、横片１８ｂがベース１２の上面１２ｓに固定される。各列の縦片１８ａは、駆動摩擦部材２６の移動経路内にわずかに入り込むように配置され、互いに接離する方向にたわむようになっている。各板ばね片１８ｐは、適当なばね定数を有し、縦片１８ａが駆動摩擦部材２６に当接するとき、略一定の付勢力を駆動摩擦部材２６に与えるようになっている。
【００３６】
したがって、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との相対的な位置に関係なく、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との間に一定の摩擦力が付与される。
【００３７】
次に、第４実施形態の駆動装置１０ｃについて、図５の斜視図を参照しながら説明する。
【００３８】
この駆動装置１０ｃは、Ｃ形の断面を持つチューブ状の固定摩擦部材１９の中に、従来例と大略同様に構成した駆動ユニット２０’を配置してなる。
【００３９】
駆動ユニット２０’は、チューブ状の固定摩擦部材１９内を障害なく移動できるように、移動体２４’および駆動摩擦部材２６’の外形が丸くなっている。固定摩擦部材１９は、軸方向にスリット１９ｓが設けられた金属管である。固定摩擦部材１９の内径は、駆動ユニット２０’、すなわち駆動摩擦部材２６’の外径より若干小さくなっている。そのため、固定摩擦部材１９が駆動ユニット２０の駆動摩擦部材２６’と摩擦結合する位置の近傍部分では、スリット１９ｓの間隔が広げられ、固定摩擦部材１９は駆動摩擦部材２６’を締め付け、駆動ユニット２０’の駆動摩擦部材２６’の外周面に固定摩擦部材１９の内周面から付勢力が作用する。この付勢力の大きさが、駆動摩擦部材２６’と固定摩擦部材１９との軸方向相対位置に拘わらず略一定となるように、スリット１９ｓを設けている。
【００４０】
したがって、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との相対的な位置に関係なく、駆動摩擦部材と固定摩擦部材との間に一定の摩擦力が付与される。
【００４１】
次に、第５実施形態の駆動装置１０ｄについて、図６の斜視図を参照しながら説明する。
【００４２】
この駆動装置１０ｄは、図２に示す実施形態にさらに改良を加えたものである。すなわち、図２に示す実施形態では各分割当接片１５を構成する固定摩擦部材１４の第２片１４ｂ同士の間に切り欠き１４ｓが形成されており、そのために駆動摩擦部材２６はこの切り欠き１４ｓに引っかかることがないような形状に形成されている。本実施形態では、各固定摩擦部材１４の第２片１４ｂ同士の向かい合う面（すなわち、駆動摩擦部材２６が当接する面）にシート状の金属板８０を設置している。この金属板８０は固定摩擦部材１４と駆動摩擦部材２６の間に挟まれ、両者の間にスムーズな滑りを生じさせるものである。この金属板８０の作用により、駆動摩擦部材２６は切り欠き１４ｓに引っかかることがないため、駆動摩擦部材２６は任意の形状に形成することができ、設計の自由度が向上する。また、金属板８０の材質、表面形状を適宜選択することで、駆動摩擦部材２６の移動の特性を決めることもできる。
【００４３】
以上の各駆動装置１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、駆動摩擦部材２６，２６’と固定摩擦部材１４，１６，１８，１９との相対的な位置に関係なく一定の摩擦力を付与するので、駆動速度や駆動力が一定となり、安定した駆動が可能となる。また、直線駆動に限らず、曲線に沿って駆動するように構成することも容易である。上記各実施形態では固定摩擦部材が曲線状の移動路を形成しているが、図１に示す従来例と同様に直線状の移動路を形成するようにしてもよい。
【００４４】
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可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の駆動装置の斜視図および平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  駆動装置
１２  ベース
１２ｓ  上面
１４  固定摩擦部材
１４ａ  第１片
１４ｂ  第２片
１４ｃ  第３片
１４ｓ  切り欠き
１５  分割当接片（分割当接部、付勢手段）
１６  固定摩擦部材
１６ａ  分割片（分割当接部、分割固定摩擦部材）
１６ｂ  基部
１６ｃ  支持ばね（付勢手段、ばね部材）
１６ｓ  隙間
１８  固定摩擦部材
１８ａ  縦片
１８ｂ  横片
１８ｐ  板ばね片（分割当接部、付勢手段、分割固定摩擦部材、ばね部材）
１８ｓ  隙間
１９  固定摩擦部材（管状部材）
１９ｓ  スリット
２０，２０’  駆動ユニット
２２  圧電素子
２４，２４’  移動体
２６，２６’  駆動摩擦部材
８０  金属板
【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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