JP3417237B2

JP3417237B2 - 電気機械変換素子を使用した駆動装置

Info

Publication number: JP3417237B2
Application number: JP35668896A
Authority: JP
Inventors: 聡新家; 泰弘岡本; 龍一吉田; 治行中野; 順次藤田; 好隆杉本
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2003-06-16
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JPH10201261A

Description

【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−タを構成部材に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、１０
４、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１
０６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１
０５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１０
２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１０
５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
−タにおいて、スライダブロツク１０２の上部の開口部
１０２ａには駆動軸１０６の上半分に当接するパツド１
０８が嵌挿されており、開口部１０２ａとパツド１０８
との嵌合隙間は可能な限り小さく設定してあるが、組み
立てに必要な隙間が残されている。

【００１２】一方、スライダブロツク１０２とパツド１
０８の間に隙間があると、駆動軸１０６が軸方向に移動
するときパツド１０８は駆動軸１０６と共に隙間の分だ
け移動し、駆動軸１０６から受ける駆動エネルギがスラ
イダブロツク１０２に十分伝達できず、駆動エネルギの
損失が発生する。

【００１３】また、開口部１０２ａとパツド１０８との
嵌合隙間を可能な限り小さくするためには、高い加工精
度で加工する必要があり、コストを上昇させる結果とな
る。また、嵌合隙間を零にするためには、開口部１０２
ａにパツド１０８を圧入するなどの加工手段もあるが、
このような加工手段により嵌合隙間を零にすると、パツ
ド１０８を板ばね１０９により押し下げて駆動軸１０６
との間に適当な摩擦力を付与することができなくなると
いう不都合がある。

【００１４】この発明は、上記課題を解決し、嵌合隙間
に起因する駆動エネルギの損失の無い駆動装置を提供す
ることを目的とする。

【００１５】

【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、前記被駆動部材の開口部に嵌合して駆動部材に摩擦
結合する摩擦部材と、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、前記被
駆動部材の開口部に嵌合した摩擦部材と被駆動部材との
嵌合隙間に弾性部材が配置されていることを特徴とす
る。

【００１６】そして、被駆動部材の開口部に嵌合した摩
擦部材と被駆動部材との嵌合隙間に配置される弾性部材
は、弾性部材の電気機械変換素子変位方向のバネ定数を
ｋ、駆動部材と被駆動部材との間の摩擦力をＦ、電気機
械変換素子の変位をｘとしたとき、バネ定数ｋが、ｋ
＞Ｆ／１０ｘで表される値を持つ材料で構成された弾
性部材とするとよい。

【００１７】また、前記した嵌合隙間に配置される弾性
部材としては、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、及びゴムから選択される
１種又は２種以上の材料から構成するとよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１及び図２によりアクチエ−タ
１０の構成を説明する。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１２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１
６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。

【００１９】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は、図１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は板ばね２０によ
り押し下げられて駆動軸１６に当接する下向きの付勢力
Ｆが与えられており、パツド１８を含むスライダブロツ
ク１２と駆動軸１６とは摩擦結合している。

【００２０】図３に示すように、スライダブロツク１２
とパツド１８との間の隙間Ｈにはコイルバネ１９が嵌挿
される。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。

【００２１】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ｋ＞Ｆ／ｘで示す条件を満たしていること
が必要と考えられ、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ｋ＞Ｆ／１０ｘで示す
条件を満たしていれば、性能向上の効果が認められる。

【００２２】隙間Ｈに嵌挿される弾性部材は、コイルバ
ネのほか、板ばねや、合成樹脂板などが使用可能で、パ
ツドをスライダブロツクに接触した状態に保つことがで
きる。弾性部材として使用される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、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。

【００２３】

【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。

【００２４】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。

【００２５】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１
６、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。

【００２６】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１
６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２０の付勢力
Ｆにより圧接され、摩擦結合している。

【００２７】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２０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。

【００２８】以下、スライダブロツク１２及びパツド１
８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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】図５に示す構成は、隙間Ｈに合成樹脂板２
４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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】表１：―――：――――――――――――――：―――――――――――――：：負荷：合成樹脂板を圧入しない場合：合成樹脂板を圧入した場合：：――――――――――――――――――――――――――――――――：：４０ｇ：２３ｍｍ／ｓｅｃ：３１ｍｍ／ｓｅｃ：：６０ｇ：１８ｍｍ／ｓｅｃ：２３ｍｍ／ｓｅｃ：：―――：――――――――――――――：―――――――――――――：但し、合成樹脂板の厚み０．１ｍｍ、弾性係数約２００ｋｇｆ／ｍｍ²、バネ定数約１０００ｋｇｆ／ｍｍ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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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、３
３ａ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】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。

【００４６】スライダブロツク３１のフオ−ク状部材３
２、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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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２５０
００Ｈｚ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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】

【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、その被駆動部材の開口部に嵌
合して前記駆動部材に摩擦結合する摩擦部材とから構成
される電気機械変換素子を使用した駆動装置において、
被駆動部材の開口部に嵌合した摩擦部材と被駆動部材と
の嵌合隙間に弾性部材を配置したものである。

【００６４】この構成により、被駆動部材とその開口部
に嵌合した摩擦部材との間に隙間を無くすことができる
ので、駆動部材から受ける駆動エネルギは被駆動部材に
効率よく伝達され、駆動エネルギの損失を無くすことが
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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野治行大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13 号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者藤田順次大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13 号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者杉本好隆大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13 号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (56)参考文献特開平８−149860（ＪＰ，Ａ) 特開平８−111991（ＪＰ，Ａ) 特開平３−15007（ＪＰ，Ａ) 特開平７−7973（ＪＰ，Ａ) 特開平８−168245（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−162997（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims

(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、前記被駆動部材の開口部に嵌合して駆動部材に摩擦結合
する摩擦部材と、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、前記被駆動部材の開口部に嵌合した摩擦部材と被駆動部
材との嵌合隙間に弾性部材が配置されていることを特徴
とする電気機械変換素子を使用した駆動装置。
【請求項２】前記被駆動部材の開口部に嵌合した摩擦
部材と被駆動部材との嵌合隙間に配置される弾性部材
は、弾性部材の電気機械変換素子変位方向のバネ定数を
ｋ、駆動部材と被駆動部材との間の摩擦力をＦ、電気機
械変換素子の変位をｘとしたとき、バネ定数ｋが、ｋ＞Ｆ／１０ｘで表される値を持つ材料で構成された弾性部材であるこ
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。
【請求項３】前記被駆動部材の開口部に嵌合した摩擦
部材と被駆動部材との嵌合隙間に配置される弾性部材
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、及びゴムから選択される１種又は２
種以上の材料から構成され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。