(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の伸縮方向一端に固定された駆動摩擦部材と、
前記駆動摩擦部材に摩擦力で係合された係合部材と、
前記電気機械変換素子の伸縮方向他端に固定された台座と、
前記台座を保持する筐体と、
前記電気機械変換素子に、前記係合部材を移動させる駆動電圧を印加する駆動回路とを備え、
前記台座は前記筐体に対して弾性部材を介して保持されることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記台座が弾性接着剤を用いて前記筐体に接着されることを特徴とする、請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記台座がばね部材を介して前記筐体に保持されることを特徴とする、請求項１記載の駆動装置。
【請求項４】
前記台座は、略円筒形状を有し、その中心軸が前記電気機械変換素子の伸縮中心軸と同軸になるように配置されたことを特徴とする、請求項１記載の駆動装置。
【請求項５】
前記台座は、凹凸が形成された外周面を有することを特徴とする、請求項１又は４記載の駆動装置。
【請求項６】
前記電気機械変換素子は、略円筒形状であることを特徴とする、請求項１記載の駆動装置。
【請求項７】
前記駆動摩擦部材は、断面円形の丸棒部材であり、その中心軸が前記電気機械変換素子の伸縮中心軸と同軸となるように配置されたことを特徴とする、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、電気機械変換素子を用いた駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電材料、電歪材料、磁歪材料などを用いた電気機械変換素子を駆動源とする種々の駆動装置が提案されている。
【０００３】
例えば、図１（ａ）の模式図に示したように、圧電素子Ｍの伸縮方向一端に駆動摩擦部材Ｓを固定し、圧電素子Ｍの伸縮方向他端を固定部材Ｂに固定し、駆動摩擦部材Ｓに係合部材Ａを摩擦力で係合するようにしたタイプの駆動装置が提案されている。
【０００４】
このタイプの駆動装置は、例えば図１（ｂ）に示したように圧電素子Ｍがゆっくり伸びるとき、駆動摩擦部材Ｓと係合部材Ａとは、両者間の摩擦力によって一体的に移動する。すなわち、横軸を時間Ｔ、縦軸を変位Ｙとして示した図１（ｄ）において、圧電素子Ｍの時間的な変位Ｌ1と係合部材Ａの時間的な変位Ｋ1とは、略一致する。
【０００５】
一方、図１（ｃ）に示したように圧電素子Ｍが急速に縮むと、駆動摩擦部材Ｓと係合部材Ａとの間で滑りが生じ、係合部材Ａは静止したまま、駆動摩擦部材Ｓだけが移動する。すなわち、図１（ｄ）において、圧電素子Ｍの時間的な変位Ｌ2に対して、係合部材Ａの時間的な変位Ｋ2はほとんど変化しない。
【０００６】
このような基本的な動作原理により、係合部材Ａを駆動摩擦部材Ｓに沿って所望方向に相対的に移動させることができる。
【０００７】
このタイプの駆動装置は、具体的には、例えば図２の分解斜視図のように構成される。
【０００８】
すなわち、駆動装置５は、大略、筐体９の一方の空間９ａに係合部材８と駆動摩擦部材６が収納され、他方の空間９ｂに圧電素子７が収納されるようになっている。圧電素子７の伸縮方向一端は駆動摩擦部材６の端面に固着され、圧電素子７の伸縮方向他端は筐体９に固着される。駆動摩擦部材６は、筐体９の貫通孔９ｓ，９ｔに挿通され支持される。係合部材８は、駆動摩擦部材６が挿通されるスライダー８ｄと、挿通された駆動摩擦部材６に付勢される摩擦部材８ｃと、両端がねじ８ａでスライダー８ｄに固定され中間部分が摩擦部材８ｃを付勢する板ばね８ｂとを有する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図３は、この駆動装置５の圧電素子７にデューティ比０．３の矩形波の駆動電圧を印加した場合の駆動特性を示す。縦軸は、係合部材８の移動速度である。横軸は、駆動電圧の駆動周波数を圧電素子７の共振周波数で除して規格化（無次元化）し、０．６〜０９の範囲で測定した結果を示している。この図に示したように、概ね、駆動周波数が高くなるにつれて係合部材８が速く移動する傾向がある。
【００１０】
しかし、特性曲線の凹凸が激しく、速度の落ち込みが見られ、駆動特性の変動が大きい。このように駆動特性の変動が大きいと、性能の低下を招く。
【００１１】
そのため、例えば効率良く駆動したり、安定した速度で駆動するためには、速度の落ち込みをもたらす駆動周波数を避けるように、駆動周波数を厳密に制御する必要がある。また、同一構造の駆動装置５間で駆動特性がばらつくと、個々の駆動装置５に対してそれぞれ個別に最適な制御パラメータを調べて設定するなど、特別な調整作業が必要となる。
【００１２】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、駆動特性の変動を防止して性能の向上を図ることができる駆動装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の駆動装置を提供する。
【００１４】
駆動装置は、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の伸縮方向一端に固定された駆動摩擦部材と、前記駆動摩擦部材に摩擦力で係合された係合部材と、前記電気機械変換素子の伸縮方向他端に固定された台座と、前記台座を保持する筐体と、前記電気機械変換素子に、前記係合部材を移動させる駆動電圧を印加する駆動回路とを備える。前記台座は前記筐体に対して弾性部材を介して保持される。
【００１５】
上記構成によれば、電気機械変換素子に適宜波形の駆動電圧を印加することにより、電気機械変換素子が伸縮する。これによる振動が駆動摩擦部材に伝達され、駆動摩擦部材に摩擦力で係合する係合部材は、電気機械変換素子に対して移動する。
【００１６】
このとき、電気機械変換素子の伸縮により、駆動摩擦部材のみならず、台座も振動すると考えられる。しかし、台座は筐体に弾性的に保持されているので、台座と筐体との間では、振動の伝達が低減し、又は遮断される。これにより、電気機械変換素子の伸縮に伴なう振動が台座から筐体に伝わって、筐体が共振することを防止することができる。また、仮に筐体が共振しても、筐体から台座への振動伝達を低減又は遮断することができる。
【００１７】
つまり、従来の装置では、特定周波数で速度の落ち込みが見られたが、これは、筐体の固有振動の影響と考えられる。そこで、これを防ぐために、台座を筐体に弾性的に保持して防振を図り、筐体にできるだけ振動が伝わらないようにしている。
【００１８】
したがって、駆動特性の変動を防止して性能の向上を図ることができる。
【００１９】
具体的には、以下のように、種々の態様で構成することができる。
【００２０】
好ましくは、前記台座が弾性接着剤を用いて前記筐体に接着される。
【００２１】
弾性接着剤（例えば、ゴム系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコン系接着剤、弾性エポキシ接着剤など）を用いれば、簡単な構成で、台座を筐体に弾性的に保持することができ、製造、組み立てが容易である。
【００２２】
また、好ましくは、前記台座がばね部材を介して前記筐体に保持される。
【００２３】
ばね部材の材質や形状を適宜選択することにより、容易に、かつ精度よく、所定のばね係数となるようにすることができる。したがって、所望の条件で台座が筐体に弾性的に保持されるようにすることが容易である。
【００２４】
好ましくは、前記台座は、略円筒形状を有し、その中心軸が前記電気機械変換素子の伸縮中心軸と同軸になるように配置される。
【００２５】
上記構成によれば、台座を軸対称にすることにより、例えば電気機械変換素子の伸縮方向と直角方向などの不要な振動モードの振動ができるだけ生じないようにすることができる。したがって、駆動特性の変動を一層防止することができる。
【００２６】
また、台座を軸対称形状とし、電気機械変換素子と同軸に配置することにより、電気機械変換素子に対して角度を調整することが不要となり、組み立てが容易となる。
【００２７】
好ましくは、前記台座は、凹凸が形成された外周面を有する。
【００２８】
上記構成によれば、凹凸により、台座の外周面の表面積が大きくなる。これにより、台座からの放熱量が大きくなる。したがって、電気機械変換素子で発生した熱を台座から効率良く逃がし、電気機械変換素子の温度上昇を抑えることができる。
【００２９】
好ましくは、前記電気機械変換素子は、略円筒形状である。
【００３０】
上記構成によれば、電気機械変換素子を軸対称形状にすることにより、例えば電気機械変換素子の伸縮中心軸と直角方向などの不要な振動モードの振動ができるだけ生じないようにすることができる。したがって、駆動特性の変動を一層防止することができる。
【００３１】
また、電気機械変換素子を駆動摩擦部材および台座と同軸に配置する場合には、駆動摩擦部材および台座に対する電気機械変換素子の角度を調整することが不要となり、組み立てが容易となる。
【００３２】
好ましくは、前記駆動摩擦部材は、断面円形の丸棒部材であり、その中心軸が前記電気機械変換素子の伸縮中心軸と同軸となるように配置される。
【００３３】
上記構成によれば、駆動摩擦部材を軸対称形状とすることにより、例えば電気機械変換素子の伸縮方向と直角方向などの不要な振動モードの振動ができるだけ生じないようにすることができる。したがって、駆動特性の変動を一層防止することができる。
【００３４】
また、駆動摩擦部材を軸対称形状とし、電気機械変換素子と同軸に配置することにより、電気機械変換素子に対して角度を調整することが不要となり、組み立てが容易となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る駆動装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
まず、第１実施形態の駆動装置１について、図４を参照しながら説明する。
【００３７】
図４（ａ）は、駆動装置１の分解斜視図である。筐体１０は、大略、駆動摩擦部材６０および係合部材８０が収納される断面口字状の空間１０ａと、圧電素子５０が収納される断面コ字状の空間１０ａとを有する。筐体１０の一端には、断面コ字状の空間１０ｂに連通する開口１０ｃが形成されているが、この開口１０ｃは、図４（ｂ）に示すように、台座１２によって閉鎖されるようになっている。すなわち、筐体１０の一端には、台座１２が弾性接着剤１８により接着される。この接着には、例えばスリーボンド１５２１Ｂのように合成ゴム系接着剤を用い、厚さ０．５ｍｍ程度の接着剤層を形成し、台座１２が筐体１０に弾性的に保持されるようにする。
【００３８】
なお、図４（ｃ）に示すように、台座１４に凸部１４ａを設け、筐体１０の空間１０ｂと嵌合するようにして、同様に、弾性接着剤１９を介して台座１４を筐体１０に弾性的に保持してもよい。
【００３９】
圧電素子５０は、その伸縮方向の一方の端面が駆動摩擦部材６０の端面に固着され、他方の端面が台座１２に固着される。圧電素子５０と駆動摩擦部材６０および台座１２とは、強固に接着し、一体化する。この接着には、例えばエポキシ系接着剤を用い、１５０°Ｃ程度に加熱して、硬化させる。
【００４０】
駆動摩擦部材６０は、筐体１０の貫通孔１０ｓ，１０ｔに挿通され支持される。駆動摩擦部材６０には、係合部材８０が摩擦力で係合するようになっている。すなわち、係合部材８０は、駆動摩擦部材６０が挿通されるスライダー８２と、挿通された駆動摩擦部材６０に付勢される摩擦部材８４と、摩擦部材８４を付勢する板ばね８６とを有する。板ばね８６は、例えばねじ８８により、その両端がスライダー８２に固定される。
【００４１】
駆動装置１は、不図示の駆動回路を備えており、例えば鋸歯状や矩形などの適宜波形の駆動電圧を圧電素子５０に印加する。これによって、圧電素子５０が伸縮し、駆動摩擦部材６０が振動し、係合部材８０が駆動摩擦部材６０に沿って移動する。
【００４２】
次に、第２実施形態の駆動装置２について、図５を参照しながら説明する。駆動装置２は、第１実施形態の駆動装置１と大略同様に構成されるので、以下では、相違点を中心に説明する。
【００４３】
筐体２０は、駆動摩擦部材６０および係合部材８０を収納する空間２０ａのみならず、圧電素子５０を収納する空間２０ｂも、断面口字状である。筐体２０の端部には、空間２０ｂと外部とを連通する丸穴２０ｈが形成されている。圧電素子５０には、円筒形の台座２２が固着される。
【００４４】
図５（ｂ）に示すように、筐体２０の丸穴２０ｈに台座２２が挿入される。台座２２の外周面と丸穴２０ｈの内周面との間に約０．５ｍｍの隙間が均等に形成され、この隙間には弾性接着剤２８が満たされるようになっている。
【００４５】
図８は、駆動装置２の駆動特性のグラフである。従来例の図３と同様に図示している。図８に示したようになり、特性曲線の凹凸は少なく、速度の落ち込みが少なく、図３の従来例に比べ、駆動特性の変動は少なく、性能が向上していることが分かる。
【００４６】
次に、第３実施形態の駆動装置３について、図６を参照しながら説明する。駆動装置３は、第１実施形態の駆動装置１と大略同様に構成されるので、以下では、相違点を中心に説明する。
【００４７】
筐体３０は、第１実施形態の駆動装置１と同様に、駆動摩擦部材６０および係合部材８０を収納する断面口字状の空間３０ａと、圧電素子５０が収納される断面コ字状の空間３０ｂとを有する。第１実施形態の駆動装置１と異なり、圧電素子５０の伸縮方向の一方の端面は、円筒形の台座３２の一方の端面に固着される。台座の他方の端面には、板ばね３４が固着される。図６（ｂ）に示すように、板ばね３４は筐体３０の端面にねじ３６で固定され、台座１２は筐体３０の空間３０ｂに収納される。なお、台座３２と板ばね３４との間の接着剤３８には、合成ゴム系接着剤などの弾性接着剤を用いても、あるいは、エポキシ系接着剤などの弾性の少ない、又は弾性のない接着剤を用いてもよい。
【００４８】
駆動装置３は、駆動摩擦部材６０と圧電素子５０と台座３２と板ばね３４とを相互に接着してユニット化したのち、筐体３０の貫通孔３０ｓ，３０ｔに駆動摩擦部材６０を挿通し、調整しながら、筐体３０にねじ３６で固定することができる。したがって、製造、組み立てが容易である。
【００４９】
駆動装置３の一例を、以下に示す。
【００５０】
筐体３０は、外形寸法が３×６×１２ｍｍ、材質はＳＵＳ４３０である。駆動摩擦部材６０は、寸法がφ１×８ｍｍ、材質はカーボンである。圧電素子５０は、寸法が１．２×１．２×２．５ｍｍの積層タイプであり、材料はソフト系ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3］である。台座３２は、寸法がφ２×１．５ｍｍで、材質はタングステンである。係合部材８０と駆動摩擦部材６０との間の摩擦力は、２×１０-3Ｎである。圧電素子５０には、電圧Ｖp-pが６Ｖ、駆動周波数が１２０ｋＨｚ〜１８０ｋＨｚ、デューティ比０．３５又は０．６５（駆動方向により異なる）の矩形波の電圧を印加する。系における１次の共振周波数は、２００ｋＨｚである。
【００５１】
台座３２の質量を駆動摩擦部材６０の質量よりも十分に大きくして、圧電素子５０の伸縮をできるだけ駆動摩擦部材６０の変位に利用し、駆動効率を高めるようにしている。また、台座３２と筐体３０との間の固有振動数は、駆動周波数の１／１０未満である。例えば、台座３２と筐体３０との間の固有振動数は、駆動周波数の１／１００〜／１０００程度、遮断周波数は数十〜数百Ｈｚ程度である。
【００５２】
次に、第４実施形態の駆動装置４について、図７を参照しながら説明する。駆動装置４は、第３実施形態の駆動装置３と大略同様に構成されるので、以下では、相違点を中心に説明する。
【００５３】
筐体４０は、第３実施形態の駆動装置３と同様に、駆動摩擦部材６０および係合部材８０を収納する断面口字状の空間４０ａと、圧電素子５０が収納される断面コ字状の空間４０ｂとを有し、圧電素子５０の伸縮方向の一方の端面は、円筒形の台座４２の一方の端面に固着される。
【００５４】
第３実施形態の駆動装置３と異なり、図７（ｂ）に示すように、台座４２は、その両端間が第１の板ばね４４の押片４４ａと第２の板ばね４６の突部４６ａとの間に挟持される。板ばね４４，４６は筐体４０の端面にねじ４８で固定され、台座４２は筐体４０の空間４０ｂに収納される。
【００５５】
以上説明した各駆動装置１〜４は、圧電素子に台座を固着し、台座と筐体との間を弾性的に結合することにより、台座と筐体との間にローパスフィルタとして機能する部分を形成し、筐体への振動伝達を低減又は遮断することができる。これにより、筐体が不要な振動モードで共振しないようにして、筐体が駆動特性に悪影響を与えないようにすることができる。
【００５６】
したがって、駆動特性の変動を防止して、性能の向上を図ることができる。
【００５７】
なお、本発明は上記各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。
【００５８】
例えば図９の要部斜視図に示したように、それぞれ軸対称に形成され同軸に配置された駆動摩擦部材６０と圧電素子５２と台座４３を用いてもよい。これによって、不要な振動モードができるだけ生じないようにして、一層の性能向上を図ることができる。
【００５９】
また、図９に示したように、台座４３の外周面にローレット４３ａを形成するなどして、凹凸により台座４３の表面積を大きくしてもよい。これにより、圧電素子５２で発生した熱を台座４３の外周面から効率良く放熱することができる。
【００６０】
また、台座と、筐体と、台座と筐体との間を接続する部分とを、一つの材料から一体成形してもよい。この場合、台座と筐体との間を接続する部分は、例えば断面を減少するなどして、弾性変形しやすいように形成する。
【００６１】
また、駆動摩擦部材には、係合部材を駆動できるように、圧電素子からの振動が伝播すればよい。したがって、駆動摩擦部材を筐体に摺動自在に支持することも、弾性接着剤を用いて筐体に弾性的に保持することも、溶接等で強固に固着することも可能である。さらには、駆動摩擦部材を圧電素子にのみ固定し、空中に保持した片持ち状態として、筐体には支持されないようにすることも、あるいは、筐体以外の別部材で支持することも可能である。また、台座を筐体に接触させずに駆動摩擦部材を筐体にバネ等で弾性保持することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来例の駆動装置の原理説明図である。
【図２】  従来例の駆動装置の分解斜視図である。
【図３】  従来例の駆動装置の駆動特性のグラフである。
【図４】  本発明の第１実施形態の駆動装置の分解斜視図および要部平面図である。
【図５】  本発明の第２実施形態の駆動装置の分解斜視図および要部平面図である。
【図６】  本発明の第３実施形態の駆動装置の分解斜視図および要部平面図である。
【図７】  本発明の第４実施形態の駆動装置の分解斜視図および要部平面図である。
【図８】  図５の駆動装置の駆動特性のグラフである。
【図９】  変形例の要部斜視図である。
【符号の説明】
１，２，３，４  駆動装置
１０  筐体
１２，１４  台座
１８，１９  弾性接着剤
２０  筐体
２２  台座
２８  弾性接着剤
３０  筐体
３２  台座
３４  板ばね
４０  筐体
４２，４３  台座
４６，４８  板ばね（ばね部材）
５０，５２  圧電素子（電気機械変換素子）
６０  駆動摩擦部材
８０  係合部材
【図１】
0004154851.tif 000002
【図２】
0004154851.tif 000003
【図３】
0004154851.tif 000004
【図４】
0004154851.tif 000005
【図５】
0004154851.tif 000006
【図６】
0004154851.tif 000007
【図７】
0004154851.tif 000008
【図８】
0004154851.tif 000009
【図９】
0004154851.tif 000010