JPH07312884A - 移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動装置の電気機械変換素子の損傷のおそれ
をなくす。 【構成】 移動装置３０は、非対称波形を有する電圧を
電気機械変換素子３１，３２に与え、電気機械変換素子
３１，３２を伸縮運動させることにより、電気機械変換
素子３１，３２に接合する振動体３４と、振動体３４に
所定の摩擦力で接触する物体３５とを相対移動させるも
のである。移動装置３０は、固定部３３の一端に固定さ
れ、振動体３４に接合された第１の電気機械変換素子３
１と、固定部３３の他端に固定され、第１の電気機械変
換素子３１と略同一の伸縮方向を有するように振動体３
４に接合された第２の電気機械変換素子３２と、第１の
電気機械変換素子３１と第２の電気機械変換素子３２と
が反対に伸縮するように電圧を与える電圧付与部３６と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば圧電素子のよ
うな電気機械変換素子を用いて移動対象物を移動させる
移動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧電素子に高周波電圧を与え
てその圧電素子を伸縮運動させ、この伸縮運動を利用し
て物体を移動させる移動装置が知られている。図７は、
従来のこの種の移動装置の第１の例であるインパクト装
置の構成を示す図である。この移動装置１０は、移動体
１２及び物体１３と、両者に接合された圧電素子１１と
から構成されている。移動体１２は、所定の面１４上に
設置されている。物体１３は、面１４とは接触していな
い。

【０００３】図中（ａ）において、先ず、圧電素子１１
が伸びる方向に電圧が与えられる。このときに電圧を急
激に変化させると、移動体１２と面１４とは動摩擦状態
となり、移動体１２が面１４に対して相対移動する（移
動量Ｌ）。次に、圧電素子１１が縮む方向に電圧が与え
られる。このときに電圧を緩やかに変化させると、移動
体１２と面１４とは静摩擦状態となり、移動体１２は面
１４に対して移動されず、物体１３のみが移動体１２に
対して接近する。以上のように、圧電素子１１が１回伸
縮運動することにより、移動体１２が面１４に対して図
中右方向にＬだけ移動される。また、図中（ｂ）におい
て、最初に圧電素子１１が縮む方向に急激に電圧が与え
られると、移動体１２が面１４に対して図中右方向に移
動し、次に圧電素子１１が伸びる方向に緩やかに電圧が
与えられると、移動体１２は面１４に対して移動され
ず、物体１３のみが移動体１２に対して離反する。この
ように制御すれば、圧電素子１１を伸縮運動させること
により、移動体１２を図中右方向に移動させることがで
きる。

【０００４】図８は、従来の移動装置の第２の例の構成
を示す図である。図８の移動装置２０において、圧電素
子２１の一方の電極２１ａは、固定体である台２２に固
定されている。また、他方の電極２１ｂは、振動体２３
に接合されている。支持子２４は、振動体２３と台２２
との間に転動自在に設けられている。電圧源２５は、圧
電素子２１に電圧を与えるためのものであり、圧電素子
２１の電極２１ａ，２１ｂと電気的に接続されている。
物体２６は、振動体２３上に載置されており、この移動
装置２０により移動されるものである。

【０００５】電圧源２５から圧電素子２１の電極２１
ａ，２１ｂに高周波電圧が供給されると、圧電素子２１
が伸縮される。ここで圧電素子２１には、非対称波形の
電圧が供給される。すなわち、例えば最初に圧電素子２
１が縮む方向に急激に変化する電圧が与えられ、振動体
２３が図中左方向に大きな加速度で移動する。この結
果、振動体２３と物体２６とは、動摩擦状態になり、物
体２６の位置が変化せずに、振動体２３が物体２６に対
して相対移動する。次に、圧電素子１１が伸びる方向に
緩やかに変化する電圧が与えられ、振動体２３が図中右
方向に小さな加速度で移動する。この結果、振動体２３
と物体２６とは、静摩擦状態になり、物体２６と振動体
２３とは相対移動しない。以上の動作により、圧電素子
２１の伸縮運動により、物体２６が振動体２３に対して
図中右方向に相対移動する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来の
移動装置１０，２０において、圧電素子１１，２１は、
圧縮力に対しては強いが、引張力に対しては弱い。これ
は、圧電素子１１，２１は、主に積層型のもの（複数の
素子が積層して形成されたもの）であり、引張力が大き
くなると、積層された素子が破壊されてしまうからであ
る。従って、図７の移動装置１０においては、圧電素子
１１に作用する引張力を大きくしないためには、物体１
３の重量を軽くする必要がある。しかし、移動装置１０
の駆動力や移動体１２の移動量は、物体１３が重いほど
大きい。

【０００７】そこで、物体１３を重くする場合には、圧
電素子１１が縮むときには緩やかに変化させる必要があ
った。しかし、このように制御する場合には、１方向の
みにしか移動体１２を移動させることができない。そこ
で、図９に示すように、２つの圧電素子１１と物体１３
とが必要となる。

【０００８】しかし、移動装置１０のように自走式のも
のは、図９のような構成にすることにより圧電素子１１
に過負荷がかかることを防止することができるが、図８
の移動装置２０のような他走式のものは、圧電素子２１
に過負荷がかかることを避けることができないという問
題がある。

【０００９】本発明は、上述のような課題を解消するた
めになされたものであって、移動装置の電気機械変換素
子の損傷のおそれをなくすことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明による移動装置の第１の解決手段（３０）
は、非対称波形を有する電圧を電気機械変換素子に与
え、前記電気機械変換素子を伸縮運動させることによ
り、前記電気機械変換素子に接合する振動体と、前記振
動体に所定の摩擦力で接触する物体（３５）とを相対移
動させる移動装置であって、所定の部材（３３）の一端
に固定され、前記振動体（３４）に接合された第１の電
気機械変換素子（３１）と、所定の部材（３３）の他端
に固定され、前記第１の電気機械変換素子と略同一の伸
縮方向を有するように前記振動体に接合された第２の電
気機械変換素子（３２）と、前記第１の電気機械変換素
子及び前記第２の電気機械変換素子に対し、前記第１の
電気機械変換素子と前記第２の電気機械変換素子とが反
対に伸縮するように電圧を与える電圧付与部（３６）と
を備えることを特徴とする。

【００１１】第２の解決手段は、移動装置の第１の解決
手段において、前記電圧付与部は、前記第１の電気機械
変換素子及び前記第２の電気機械変換素子のうちの一方
の電気機械変換素子に作用する圧縮力が、他方の電気機
械変換素子に作用する引張力より大きくなるように、電
圧を与えることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の解決手段においては、第１及び第２の
電気機械変換素子に電圧が供給されると、一方の電気機
械変換素子が伸び、他方の電気機械変換素子が縮むこと
により、振動体が振動される。他方の電気機械変換素子
には縮むことにより引張力が作用するが、一方の電気機
械変換素子が伸びることにより振動体を介して他方の電
気機械変換素子が押されるので、引張力により他方の電
気機械変換素子にかかる負荷が低減される。さらに第２
の解決手段にあっては、一方の電気機械変換素子に作用
する圧縮力が他方の電気機械変換素子の引張力以上とな
るように電圧が供給されるので、他方の電気機械変換素
子に引張力による負荷がかかることがなくなる。

【００１３】

【実施例】以下、図面等を参照して、本発明の一実施例
について説明する。図１は、本発明による移動装置の第
１の実施例の構成を示す図である。圧電素子３１の一方
の電極３１ａは、固定体である台３３に固定されてお
り、他方の電極３１ｂは、振動体３４に接合されてい
る。また、圧電素子３２の一方の電極３２ａは、振動体
３４に接合されており、他方の電極３２ｂは、台３３に
固定されている。

【００１４】実施例の圧電素子３１，３２は、同一の性
能を有するものであり、略同一の伸縮方向（図中左右方
向）となるように取り付けられている。移動体３５は、
振動体３４上に載置されている。振動体３４と移動体３
５との接触面は、所定の摩擦力を有している。電圧源３
６は、圧電素子３１，３２に、圧電素子３１，３２を伸
縮させるための電圧を供給するためのものである。電圧
源３６の一方の電極３６ａは、圧電素子３１の電極３１
ａ及び圧電素子３２の電極３２ｂと電気的に接続されて
いる。また、電圧源３６の他方の電極３６ｂは、圧電素
子３１の電極３１ｂ及び圧電素子３２の電極３２ａと電
気的に接続されている。これにより、圧電素子３１と３
２の分極方向に対する電圧の極性が反対となる。支持子
３７は、振動体３４を支持するためのものであり、振動
体３４と台３３との間に転動自在に配置されている。

【００１５】電圧源３６から、圧電素子３１，３２の各
電極３１ａ及び３１ｂ，３２ａ及び３２ｂに電圧が供給
されると、圧電素子３１，３２は、それぞれ伸縮する。
ここで、圧電素子３１，３２に供給される電圧は、同一
の波形のものである。これにより、圧電素子３１，３２
は、圧電素子３１が伸びるときには圧電素子３２が縮む
ように伸縮し、圧電素子３１が縮むときには圧電素子３
２が伸びるように伸縮する。

【００１６】特に実施例のように、圧電素子３１と３２
とが同一のものであり、圧電素子３１，３２に与える電
圧源３６が同じものである場合に、圧電素子３１，３２
の伸縮量と、圧電素子３１，３２に与える電圧とが線形
である領域で伸縮させれば、圧電素子３１，３２の伸び
量と縮み量とが等しくなる。

【００１７】図２は、電圧源３６の時間と印加電圧との
関係の第１の実施例を示す図である。時間ｔ１とｔ２ま
での間では、電圧が急に変化する。この結果、振動体３
４は大きな加速度で移動されるので、振動体３４と移動
体３５とは動摩擦状態となり、振動体３４は、移動体３
５に対して相対移動する。次の時間ｔ２とｔ３との間で
は、電圧が緩やかに変化する。この結果、振動体３４は
小さな加速度で移動されるので、振動体３４と移動体３
５とは静摩擦状態となり、移動体３５は振動体３４に対
して移動しない。従って、時間ｔ１からｔ３までの１周
期で、移動体３５は、振動体３４に対して図１中左方向
に移動する。移動体３５が１周期に移動する距離は、圧
電素子３１，３２の性能（ｄ定数等）、圧電素子３１，
３２に加える電圧、摩擦面の状態等により異なるが、サ
ブミクロン単位の精度での移動が可能である。図３は、
電圧源３６の時間と印加電圧との関係の第２の実施例を
示す図である。図２に示すような波形の電圧に限らず、
図３に示すような鋸歯状波形の電圧を与えても良い。

【００１８】圧電素子３１，３２に、それぞれ図２又は
図３のような波形を有する電圧が与えられ、例えば圧電
素子３１が伸びて圧電素子３２が縮むときには、圧電素
子３２及びその電極３２ａ，３２ｂには引張力が作用す
るが、同時に圧電素子３１が伸びて振動体３４を圧電素
子３２側に押しているので、圧電素子３２及びその各電
極３２ａ，３２ｂに引張力により作用する負荷が低減さ
れる。圧電素子３１が縮み圧電素子３２が伸びるときも
同様である。これにより、振動体３４の重量が大きいと
きや、移動時の加速度が大きいときでも、圧電素子３
１，３２にかかる負荷が低減される。

【００１９】図４は、電圧源３６の時間と印加電圧との
関係の第３の実施例を示す図である。圧電素子３１には
電圧Ｖａが与えられ、圧電素子３２には電圧Ｖｂが与え
られる。電圧が０のときには圧電素子３１と３２とに発
生する力は０である。電圧が増加するときには圧電素子
３１には振動体３４を押す力が発生し、圧電素子３２に
は振動体３４を引っ張る力が発生する。ここで、Ｖａ＝
Ｖｂのときには押す力と引っ張る力とが等しくなるが、
図のようにＶａ＞Ｖｂであれば、圧電素子３１，３２に
は、両者の電圧差である押す力が常に作用することとな
る。これにより、圧電素子３１，３２に過負荷がかかる
ことを防止することができる。

【００２０】図５は、本発明による移動装置の第２の実
施例の構成を示す図であり、ステッパーのレンズ位置の
微調整機構を示している。この移動装置４０において、
光学的な精度を確保するためには、レンズ４９の位置を
サブミクロン単位で調整する必要がある。また、図４に
示すように、一度調整したレンズ４９の位置がずれない
ようにして、位置調整を繰り返す必要をなくすため、レ
ンズ４９を両側からスプリング４７ａ，４７ｂ等により
加圧し、大きな力でレンズ４９を保持している。このよ
うに、保持力を大きくするために加圧力を強くした場合
には、圧電素子４１ａ，４１ｂの伸縮時に、圧電素子４
１ａ，４１ｂの接着部分に作用する引張力が大きくなる
が、本発明を適用すれば、この引張力を低減することが
できる。

【００２１】図６は、本発明による移動装置の第３の実
施例の構成を示す図である。この移動装置５０は、自走
式のものを示している。圧電素子５１が縮み圧電素子５
２が伸びるときには、電圧が急激に変化し、振動体５４
と面５６との間に相対移動が生じる。また、圧電素子５
１が伸び圧電素子５２が縮むときには電圧が緩やかに変
化し、振動体５４と面５６との間には相対移動は生じな
い。これにより、移動装置５０は、圧電素子５１，５２
の伸縮により、面５６に対し図中左方向に移動する。ま
た、これとは逆の電圧の供給を行えば、移動装置５０を
図中右方向に移動させることができる。

【００２２】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は、上述した実施例に限定されることなく、
その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であ
る。例えば、本発明による電気機械変換素子として、実
施例では圧電素子で説明したが、これに限らず、電歪素
子等を用いることもできる。

【００２３】

【発明の効果】本発明による移動装置によれば、伸縮方
向が略同一であり、かつ、反対に伸縮する第１，第２の
電気機械変換素子を用いて、振動体と物体とを相対移動
させるようにしたので、電気機械変換素子が縮むときの
電気機械変換素子にかかる負荷を低減することができ
る。さらに請求項２に記載の移動装置によれば、一方の
電気機械変換素子の圧縮力が他方の電気機械変換素子の
引張力以上となるようにしたので、引張力により電気機
械変換素子に過負荷がかかることを防止することができ
る。これにより、電気機械変換素子が損傷したり、電気
機械変換素子と他の部材との接合部分が剥離してしまう
おそれをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による振動装置の第１の実施例の構成を
示す図である。

【図２】電圧源３６の時間と印加電圧との関係の第１の
実施例を示す図である。

【図３】電圧源３６の時間と印加電圧との関係の第２の
実施例を示す図である。

【図４】電圧源３６の時間と印加電圧との関係の第３の
実施例を示す図である。

【図５】本発明による移動装置の第２の実施例の構成を
示す図である。

【図６】本発明による移動装置の第３の実施例の構成を
示す図である。

【図７】従来のこの種の移動装置の第１の例であるイン
パクト装置の構成を示す図である。

【図８】従来の移動装置の第２の例の構成を示す図であ
る。

【図９】図７の移動装置の他の構成例を示す図である。

【符号の説明】

３０ 移動装置 ３１，３２ 圧電素子 ３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ 電極 ３３ 台 ３４ 振動体 ３５ 移動体 ３６ 電圧源 ３６ａ，３６ｂ 電極 ３７ 支持子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非対称波形を有する電圧を電気機械変換
   素子に与え、前記電気機械変換素子を伸縮運動させるこ
   とにより、前記電気機械変換素子に接合する振動体と、
   前記振動体に所定の摩擦力で接触する物体とを相対移動
   させる移動装置であって、 所定の部材の一端に固定され、前記振動体に接合された
   第１の電気機械変換素子と、 所定の部材の他端に固定され、前記第１の電気機械変換
   素子と略同一の伸縮方向を有するように前記振動体に接
   合された第２の電気機械変換素子と、 前記第１の電気機械変換素子及び前記第２の電気機械変
   換素子に対し、前記第１の電気機械変換素子と前記第２
   の電気機械変換素子とが反対に伸縮するように電圧を与
   える電圧付与部とを備えることを特徴とする移動装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の移動装置において、 前記電圧付与部は、前記第１の電気機械変換素子及び前
   記第２の電気機械変換素子のうちの一方の電気機械変換
   素子に作用する圧縮力が、他方の電気機械変換素子に作
   用する引張力より大きくなるように、電圧を与えること
   を特徴とする移動装置。