(57)【要約】【課題】スムーズインパクト駆動機構において駆動軸を安定的に支持するとともに、省スペース化を図る。【解決手段】本駆動装置は、電圧の印加によって伸縮する圧電素子３と、圧電素子の伸縮によって変位する駆動軸４と、駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向（Ｘ軸方向）に移動する移動体５と、移動体を駆動軸に付勢しつつ駆動軸を保持するばね６と、圧電素子及びばねが固定されたベース１とを備える。駆動軸が移動体とベースとの間に介在配置され、ばねが移動体をベース側に付勢することにより駆動軸をベース側に押し付けて保持する。ばねが一対のばね部６ｂ、６ｂを有し、移動体及び駆動軸を抱き込むように保持する。【選択図】図１
2012060749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加によって伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子の伸縮によって変位する駆動軸と、
前記駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向に移動する移動体と、
前記移動体を前記駆動軸に付勢しつつ前記駆動軸を保持するばねと、
前記圧電素子及び前記ばねが固定されたベースとを備える駆動装置。
【請求項２】
前記駆動軸が前記移動体と前記ベースとの間に介在配置され、前記ばねが前記移動体を前記ベース側に付勢することにより前記駆動軸を前記ベース側に押し付けて保持してなる請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記ばねは、前記ベースに固定される固定部と、該固定部から延出形成され前記移動体を付勢するばね部とからなり、
前記固定部は前記駆動軸と前記ベースとの間に配置されて前記ベースに固定され、
前記ばね部が前記移動体の前記駆動軸に対する逆側に回り込むように延出形成され前記移動体の前記駆動軸に対する逆面を前記固定部側に押圧してなる請求項１又は請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記駆動軸と前記ベースとは前記ばねの付勢力により互いに押し合う状態にされているとともに、前記圧電素子の伸縮による前記駆動軸の前記ベースに対する変位を許容するように保持されている請求項１、請求項２又は請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記駆動軸の前記ベースに対向する面がフラットに形成されてなる請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記圧電素子がウエイトを介して前記ベースに固定された請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の駆動装置。
【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。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動体をナノメートルのオーダーで制御しつつ往復運動させる駆動装置として、スムーズインパクト駆動機構（Smooth Impact Drive Mechanism）を備えた駆動装置（以下、ＳＩＤＭ装置とする。但し、「ＳＩＤＭ」はコニカミノルタオプト株式会社の登録商標）が提案されている（例えば、特許文献１−４参照）。
【０００３】
近年、このようなＳＩＤＭ装置は、例えば図４に示すように、電圧の印加によって伸縮する圧電素子１００と、圧電素子１００の伸縮によって変位する駆動軸１０１と、圧電素子１００または駆動軸１０１を支持する支持部材１０２と、駆動軸１０１に対して摩擦係合されて当該駆動軸１０１の軸方向に移動する移動体１０３等とを備えており、圧電素子１００の急峻な体積変化と、移動体１０３の慣性力及び摩擦力とを利用して、移動体１０３を駆動軸１０１の軸方向に移動させるようになっている。
【０００４】
図４に示すＳＩＤＭ装置では、移動体１０３は、駆動軸１０１の軸方向に延在する溝部１０４Ａの設けられた略コ字状の移動体本体１０４と、駆動軸１０１を溝部１０４Ａの底面側に付勢する板ばね１０５と、駆動軸１０１を溝部１０４Ａの側壁面側に付勢するコイルばね１０６とを有している。また、板ばね１０５と駆動軸１０１との間、コイルばね１０６と駆動軸１０１との間には、駆動軸１０１に対して摺動する板状の摺動板１０７，１０８が介在している。
また、移動体１０３に光学部品などの移動対象物が固定される。
【０００５】
ＳＩＤＭ装置をその搭載機器等のフレームに固定する際には、圧電素子の底面や、圧電素子と接着固定された支持部材を介して固定する方法が慣用である。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３６９６５号公報
【特許文献２】特開２００５−３３３７６６号公報
【特許文献３】特開２００９−２２９７１０号公報
【特許文献４】特開２００９−２４４５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、以上の従来技術にあってもさらに次のような問題があった。
上述のようにＳＩＤＭ装置は、その圧電素子を基端としてフレームに片持ち支持されて、その駆動軸に沿って移動する移動体上に光学部品などの重量物を搭載するため、不安定で重心バランスがとりづらい上に、圧電素子や駆動軸及びこれらの接合部位に荷重が集中しやすい。そのため、ＳＩＤＭ装置を搭載した機器の落下等により大きな荷重が負荷された時にＳＩＤＭ装置の駆動軸が折れるなどの損傷発生のおそれが高いという問題がある。
また、移動体を駆動軸に対して摩擦係合するためのばね等が移動体に含まれるため、その分、可動空間を確保する必要があった。
【０００８】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、ＳＩＤＭ装置において、駆動軸を安定的に支持すること、省スペース化を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、電圧の印加によって伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子の伸縮によって変位する駆動軸と、
前記駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向に移動する移動体と、
前記移動体を前記駆動軸に付勢しつつ前記駆動軸を保持するばねと、
前記圧電素子及び前記ばねが固定されたベースとを備える駆動装置である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記駆動軸が前記移動体と前記ベースとの間に介在配置され、前記ばねが前記移動体を前記ベース側に付勢することにより前記駆動軸を前記ベース側に押し付けて保持してなる請求項１に記載の駆動装置である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記ばねは、前記ベースに固定される固定部と、該固定部から延出形成され前記移動体を付勢するばね部とからなり、
前記固定部は前記駆動軸と前記ベースとの間に配置されて前記ベースに固定され、
前記ばね部が前記移動体の前記駆動軸に対する逆側に回り込むように延出形成され前記移動体の前記駆動軸に対する逆面を前記固定部側に押圧してなる請求項１又は請求項２に記載の駆動装置である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記駆動軸と前記ベースとは前記ばねの付勢力により互いに押し合う状態にされているとともに、前記圧電素子の伸縮による前記駆動軸の前記ベースに対する変位を許容するように保持されている請求項１、請求項２又は請求項３に記載の駆動装置である。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記駆動軸の前記ベースに対向する面がフラットに形成されてなる請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の駆動装置である。
【００１４】
請求項６記載の発明は、前記圧電素子がウエイトを介して前記ベースに固定された請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の駆動装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、移動体を駆動軸に付勢しつつ駆動軸を保持するばねがベースに固定されているので、このばねが駆動軸をベースに支持する支持部材となり駆動軸を安定的に支持することができ、同ばねが移動体に含まれないことから移動体が小型化し、設置の際の省スペース化をも図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る駆動装置の側面図(a)及びＡ−Ａ断面図(b)である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る駆動装置の側面図(a)及びＢ−Ｂ断面図(b)である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る駆動装置の側面図(a)及びＣ−Ｃ断面図(b)である。
【図４】従来のＳＩＤＭ装置を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１８】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態につき図１を参照して説明する。方向の明示のため図１〜図３中に直交３軸Ｘ−Ｙ−Ｚ座標を示す。
本実施形態の駆動装置は、ベース１と、ウエイト２と、圧電素子３と、駆動軸４と、移動体５と、ばね６とを備えて構成される。移動体５上には光学部品７が接着等により固定されており、光学部品７が本駆動装置による移動対象物である。本駆動装置の作動により移動体５と光学部品７とが一体で移動する。本駆動装置の搭載時にはベース１がフレームに接着等により固定される。
【００１９】
ベース１にウエイト２が固定されている。ウエイト２に圧電素子３の一端面が固定されている。圧電素子３の他端面に駆動軸４の一端面が固定される。駆動軸４の他端面は自由端である。ベース１上においてＸ軸方向にウエイト２、圧電素子３、駆動軸４の順で並び、駆動軸４の軸方向がＸ軸方向に配される。圧電素子３は層状の圧電体と電極とをそれぞれ交互に複数積層してなる周知の構造のものであり、上記電極は互いに組み合った２組の櫛歯状電極に分かれている。各組の櫛歯状電極に接続する２つの電極の間に所定周波数の電圧が印加されることによって圧電素子３はＸ軸方向に伸縮する。
【００２０】
駆動軸４は、図１(b)に示すように略半径形の断面に形成されることで、ベース１に対向する面がフラットに形成されている。移動体５は駆動軸４上に配置され、駆動軸４が移動体５とベース１との間に介在配置される。
移動体５は、光学部品７が固定される上面部５ａと、上面部５ａの駆動軸４に沿った両縁部から下方外側斜めに延出形成された一対の側面部５ｂ，５ｂとからなる。移動体５は、かかる形状により駆動軸４の円筒状の上面を覆うように設置されている。
【００２１】
ばね６は、ベース１に固定される固定部６ａと、固定部６ａから延出形成された一対のばね部６ｂ，６ｂとからなる。固定部６ａは平板状に形成されており、駆動軸４とベース１との間に配置され、ベース１の表面に接着等により固定されている。
ばね部６ｂ，６ｂは、固定部６ａの駆動軸４に沿った両縁部からそれぞれ延出してベース１から離れる方向で、かつ、内側に傾いた方向に形成されている。かかる形状によりばね部６ｂ，６ｂの先端部が移動体５の側面部５ｂ，５ｂの外側に被さるようにして移動体５の駆動軸４に対する逆側に回り込む。このような構造によりばね６は、移動体５の駆動軸４に対する逆面を固定部６ａ側に押圧して、これにより移動体５をベース１側に付勢して、移動体５を駆動軸４に押し付けるように付勢する。ばね６が移動体５をベース１側に付勢していることにより、駆動軸４はベース１側に押し付けられてベース１に対してＹ，Ｚ軸方向について拘束されるように保持される。
【００２２】
Ｘ軸方向について駆動軸４はばね６の固定部６ａ上で摺動する。圧電素子３の伸縮による駆動軸４の変位を許容するためである。すなわち、駆動軸４とベース１とはばねの付勢力により互いに押し合う状態にされているが、圧電素子３の伸縮による駆動軸４のベース１に対する変位を許容するように駆動軸４はベース１に保持されている。駆動軸４が円滑に変位できるように、ばね６の固定部６ａと駆動軸４のフラットな底面との間に、滑らかな面を有した低摩擦部材を挟んでもよい。この低摩擦部材を適用する場合は、この低摩擦部材を駆動軸４と固定部６ａのいずれか一方に固定することが望ましい。
【００２３】
以上のようにして、移動体５は、駆動軸４及びばね６に対して摩擦係合されており、圧電素子３への電圧印加によって駆動軸４の軸方向（Ｘ軸方向）に移動するように構成されている。
駆動軸４には、剛性、駆動動作の円滑性の要求に応える金属、ガラス、カーボン、カーボンファイバーにエポキシを含浸硬化させた繊維強化プラスチック等の素材を適用することが好ましい。
移動体５には、金属（アルミ、ステンレス、銅など）、セラミック、樹脂等の素材を適用することが好ましい。
【００２４】
以上の本実施形態の駆動装置によれば、ベース１に固定されたばね６により駆動軸４及び移動体５を抱き込むように保持しているので、駆動軸４を安定的に支持することができる。
また本実施形態の駆動装置によれば、ばね６が移動体５に含まれないことから移動体５が小型化し、設置の際の省スペース化をも図ることができる。
また本実施形態の駆動装置によれば、駆動軸４のベース１に対向する面がフラットに形成されているので、駆動軸４を安定的に支持することができる。
【００２５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態につき図２を参照して説明する。本実施形態は、上記第１実施形態のばね６に代わる２つのばね８，８を適用した点で異なり、その他は上記第１実施形態と同様である。但し、移動体５のＸ軸方向の長さは、より長くなっている。２つのばね８，８により移動体５の両端部の上面が押えられている。
【００２６】
本実施形態の駆動装置に適用されるばね８は、図２(b)に示すように、ベース１に固定される固定部８ａと、固定部８ａから延出形成された一対のばね部８ｂ，８ｂとからなる。固定部８ａは平板状に形成されており、駆動軸４とベース１との間に配置され、ベース１の表面に接着等により固定されている。
ばね部８ｂ，８ｂは、固定部８ａの駆動軸４に沿った両縁部からそれぞれ延出してベース１から離れる方向にベース１に対して垂直に形成され、さらに内側下方に傾いた方向に形成されている。かかる形状によりばね部８ｂ，８ｂの先端部が移動体５の上面部５ａの上側に被さるようにして移動体５の駆動軸４に対する逆側に回り込む。このような構造によりばね８は、移動体５の駆動軸４に対する逆面を固定部８ａ側に押圧して、これにより移動体５をベース１側に付勢して、移動体５を駆動軸４に押し付けるように付勢する。ばね８が移動体５をベース１側に付勢していることにより、駆動軸４はベース１側に押し付けられてベース１に対してＹ，Ｚ軸方向について拘束されるように保持される。
【００２７】
本実施形態の駆動装置によれば、ベース１に固定された２つのばね８，８により駆動軸４及び移動体５の両端部を抱き込むように保持しているので、駆動軸４を安定的に支持することができる。
上記第１実施形態にあっては移動体５の側面をばね６により斜めに押え付けたが、本実施形態によれば、上記第１実施形態と異なり、ばね８，８により移動体５を上から下へ押え付けることができる。
上記第１実施形態にあっては、ばね６は移動体５の側面部５ｂ，５ｂに接触し、光学部品７は移動体５の上面部５ａに固定されているから、ばね６と光学部品７とが干渉することがないが、本実施形態においては、ばね８，８及び光学部品７は移動体５の上面部５ａに接するから、両者が干渉しない範囲に可動ストロークが限定される。
【００２８】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態につき図３を参照して説明する。本実施形態は、上記第１実施形態の駆動軸４、移動体５、ばね６に代わる駆動軸１０、移動体１１、ばね１２を適用した点で異なり、その他は上記第１実施形態と同様である。
【００２９】
本実施形態の駆動装置に適用される駆動軸１０は、長方形の断面に形成されたものである。移動体１１は駆動軸１０上に配置され、駆動軸１０が移動体１１とベース１との間に介在配置される。
【００３０】
本実施形態の駆動装置に適用される移動体１１は、光学部品７が固定される上面部１１ａと、上面部１１ａの駆動軸１０の軸方向に位置する両縁部から下方外側斜めに延出形成された一対の側面部１１ｂ，１１ｂと、２つの側面部１１ｂ，１１ｂの下端を繋ぎ駆動軸１０上に載置される平板状の下面部１１ｃとからなり、枠状に構成されている。上面部１１ａは、光学部品７の据わりが良いように光学部品７の外形に合わせてアーチ状に形成されているが、この点は任意である。
【００３１】
本実施形態の駆動装置に適用されるばね１２は、図３(b)に示すように、ベース１に固定される固定部１２ａと、固定部１２ａから延出形成された一対のばね部１２ｂ，１２ｂとからなる。固定部１２ａは平板状に形成されており、駆動軸１０とベース１との間に配置され、ベース１の表面に接着等により固定されている。
ばね部１２ｂ，１２ｂは、固定部１２ａの駆動軸１０に沿った両縁部からそれぞれ延出してベース１から離れる方向にベース１に対して垂直に形成され、さらに内側下方に傾いた方向に形成されている。かかる形状によりばね部１２ｂ，１２ｂの先端部が移動体１１の枠構造内に入り込み、移動体１１の下面部１１ｃの上側に被さるようにして移動体１１の駆動軸１０に対する逆側に回り込む。このような構造によりばね１２は、移動体１１の駆動軸１０に対する逆面を固定部１２ａ側に押圧して、これにより移動体１１をベース１側に付勢して、移動体１１を駆動軸１０に押し付けるように付勢する。ばね１２が移動体１１をベース１側に付勢していることにより、駆動軸１０はベース１側に押し付けられてベース１に対してＹ，Ｚ軸方向について拘束されるように保持される。
【００３２】
本実施形態の駆動装置によれば、ベース１に固定されたばね１２により駆動軸１０及び移動体１１の下面部１１ｃを抱き込むように保持しているので、駆動軸１０を安定的に支持することができる。
上記第１実施形態にあっては移動体５の側面をばね６により斜めに押え付けたが、本実施形態によれば、上記第１実施形態と異なり、ばね１２により移動体１１を上から下へ押え付けることができる。
上記第２実施形態にあっては、ばね８，８及び光学部品７は移動体５の上面部５ａに接するから、両者が干渉しない範囲に可動ストロークが限定されるが、本実施形態によれば、ばね１２は移動体１１の下面部１１ｃに接触し、光学部品７は移動体５の上面部１１ａに固定されているから、ばね１２と光学部品７とが干渉することがない。本実施形態の場合は、ばね１２が移動体１１の側面部１１ｂに接触するまでの範囲に可動ストロークが限定される。
また本実施形態の場合は、上記第１，第２実施形態に比較して光学部品７の固定位置が駆動軸１０から上（Ｙ軸方向）へ離れる。
〔その他の実施形態］
上記各実施形態では、断面半円状及び断面矩形状の駆動軸を用いたが、これに限らず、断面台形状や断面三角形状の駆動軸を用いてもよい。いずれにしても、ベースに対向する面がフラットに形成された駆動軸を用いることにより、駆動軸の位置安定性を高めることができる。駆動軸としてはこれ以外にも断面円形状、断面楕円形状のものを用いることもできる。この場合は駆動軸底面の接触面積が小さくなるので駆動が容易になる。
【符号の説明】
【００３３】
１     ベース
２     ウエイト
３     圧電素子
４     駆動軸
５     移動体
６     ばね
７     光学部品
８     ばね
１０   駆動軸
１１   移動体
１２   ばね
【図１】
2012060749.tif 000003
【図２】
2012060749.tif 000004
【図３】
2012060749.tif 000005
【図４】
2012060749.tif 000006