JPH08111989A

JPH08111989A - 微小移動装置

Info

Publication number: JPH08111989A
Application number: JP6245368A
Authority: JP
Inventors: Kazuyasu One; 一泰大根
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1994-10-11
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構造で移動体に働く摩擦力を調整可能
な微小移動装置を提供する。【構成】固定体４上の移動体１と、この移動体１の装
着側面１ａに装着された電気／機械変換素子２と、この
電気／機械変換素子２に装着された質量体３とで構成さ
れ、移動体１は、装着側面１ａを固定体４の表面４ａに
対して鋭角に傾斜させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気／機械変換素子の
急速変形によって生じる衝撃力を利用して移動体を移動
させる微小移動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の微小移動装置としては、
例えば特開昭６３−２９９７８５号公報に記載された圧
電アクチュエータがある。図８は、その圧電アクチュエ
ータの動作説明図である。この圧電アクチュエータ１０
０は、移動体１０１に電気／機械変換素子である圧電体
１０２が装着され、この圧電体１０２の端部に質量体１
０３が装着されている。また、移動体１０１は、固定体
１０４に摩擦面１０１ａを介して接触しており、圧電体
１０２及び質量体１０３は固定体１０４に接触していな
い。

【０００３】次に、この圧電アクチュエータの動作を説
明する。図８の（ａ）のｔa時点では、圧電体１０２
は、駆動信号が印加される寸前の状態であり、移動体１
０１に対する駆動力は生じていない。図８の（ｂ）のｔ
b時点では、電圧増加率の大きな駆動信号が急激に印加
され圧電体１０２がその電圧値に応じて急激に伸びる。
圧電体１０２が急激に伸びると、衝撃力が移動体１０１
と質量体１０３とに加わり、移動体１０１と質量体１０
３とが固定体１０４の静止摩擦力に抗して逆方向に移動
する。図８の（ｃ）のｔc時点では、圧電体１０２は、
伸び切って、変位が生じていないので、移動体１０１は
移動を停止する。

【０００４】図８の（ｄ）のｔd時点では、圧電体１０
２は、電圧減少率の小さな駆動信号が印加され、その電
圧値に応じて縮む。これにより、質量体１０３だけが一
定の加速度でゆっくり引き戻される。図８の（ｅ）のｔ
e時点では、前述した加速度で引き戻されてきた質量体
１０３を急激に止める。これにより、質量体１０３が移
動体１０１に衝突した状態になり、図８の（ｂ）に示し
た動作と同様にして、移動体１０１が左方向に移動す
る。そして、移動体１０１は、固定体１０４の動摩擦力
によって静止し、図８の（ａ）と同様な初期状態とな
る。以後同様に、非対称波形の駆動信号の一連のサイク
ルによって、移動体１０１が移動する。

【０００５】つまり、この圧電アクチュエータ１００
は、非対称な駆動信号を入力すると、その駆動信号の前
半は、電圧増加率が大きいために、圧電体１０２の急激
な伸びによる衝撃力が移動体１０１に加わり、移動体１
０１が静止摩擦力に打ち勝って移動する。

【０００６】一方、駆動信号の後半は、電圧減少率が小
さいので、質量体１０３による衝撃力が移動体１０１に
加わるが、その衝撃力が移動体摩擦面１０１ａと固定体
１０４との間の静止摩擦力より小さいので、質量体１０
３の移動中は、移動体１０１は移動しない。そして、質
量体１０３が急激に停止すると、質量体１０３が移動体
１０１に衝突した状態となり、移動体１０１が移動す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の圧電ア
クチュエータ１００においては、移動体１０１の移動量
や速度が、移動体１０１に働く静止摩擦力や動摩擦力の
大きさによって大きく影響される。したがって、移動体
１０１の移動量や速度を所望の値に調整するには、固定
体１０４の表面を磨く等して、固定体１０４の静止摩擦
係数を調整する必要がある。しかし、固定体１０４の材
質や表面粗さ等の点から、固定体１０４の表面を所望の
静止摩擦係数に調整することは困難である。

【０００８】この問題を解決する微小移動装置として、
特開平４−２０７９８２号公報等に記載された圧電アク
チュエータがある。図９に示すように、この圧電アクチ
ュエータ２００は、移動体１０１の上面にさらに圧電体
１０５と質量体１０６とを取り付け、圧電体１０５の駆
動信号を調整することで、固定体１０４の移動体１０１
に対する静止摩擦力や動摩擦力を調整することができる
ようになっている。つまり、圧電体１０５を伸ばし、移
動体１０１を固定体１０４に押し付けて静止摩擦力や動
摩擦力を増加させる。また、圧電体１０５を縮め、移動
体１０１を固定体１０４から離すようにして静止摩擦力
や動摩擦力を減少させるようにしている。したがって、
この圧電アクチュエータ２００では、圧電体１０５の伸
縮によって、摩擦力を増減させることがで前記電気／
機械変換素子の装着される前記移動体の側面を、前記固
定体の表面に対して鋭角に傾斜させたきるので、固定体
１０４の表面を磨く等して、摩擦係数を調整する必要が
ない。

【０００９】しかし、前述した圧電アクチュエータ２０
０では、圧電体１０５に駆動信号を印加するための装置
が必要不可欠であり、しかも、圧電体１０２に対する駆
動信号と圧電体１０５に対する駆動信号とのタイミング
を調整することができる装置も必要であるので、装置全
体の構造が複雑になり、装置のコストが高く付くという
問題がある。

【００１０】本発明の目的は、簡単な構造で移動体に働
く摩擦力を調整可能な微小移動装置を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、固定体と、前記固定体上を移動
する移動体と、前記移動体の対向する一対の側面のうち
少なくとも一方の側面に装着された電気／機械変換素子
と、前記電気／機械変換素子に装着された質量体と、を
備える微小移動装置において、前記電気／機械変換素子
の装着される前記移動体の側面を、前記固定体の表面に
対して傾斜させたことを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１に記載の微小
移動装置において、前記電気／機械変換素子の装着され
る前記移動体の側面を、前記固定体の表面に対して鋭角
に傾斜させたことを特徴としている。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１に記載の微小
移動装置において、前記電気／機械変換素子の装着され
る前記移動体の側面を、前記固定体の表面に対して鈍角
に傾斜させたことを特徴としている。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１に記載の微小
移動装置において、前記移動体の前記一対の側面の一方
を、前記固定体の表面に対して鋭角に傾斜させると共
に、前記一対の側面の他方を鈍角に傾斜させて、これら
の側面に前記電気／機械変換素子を装着したことを特徴
としている。

【００１５】

【作用】請求項１の発明においては、電気／機械変換素
子の急激な伸縮によって、電気／機械変換素子が装着さ
れた移動体の側面に衝撃力が働く。このとき、電気／機
械変換素子の装着側面が、固定体の表面に対して傾斜し
ているので、前述した衝撃力の固定体方向の分力が、移
動体と固定体との間に働く静止摩擦力及び動摩擦力を増
減させる。

【００１６】請求項２の発明においては、電気／機械変
換素子の装着側面が固定体の表面に対して鋭角に傾斜し
ているので、電気／機械変換素子を急激に伸ばすと、電
気／機械変換素子の装着側面に働く衝撃力の固定体方向
の分力によって、静止摩擦力及び動摩擦力が減少し、移
動体が電気／機械変換素子の伸び方向に移動する。

【００１７】請求項３の発明においては、電気／機械変
換素子の装着側面が固定体の表面に対して鋭角に傾斜し
ているので、電気／機械変換素子を急激に縮めると、電
気／機械変換素子の装着側面に働く衝撃力の固定体方向
の分力によって、静止摩擦力及び動摩擦力が減少し、移
動体が電気／機械変換素子の縮み方向に移動する。

【００１８】請求項４の発明においては、鋭角な傾斜面
に装着された電気／機械変換素子を急激に伸ばすと共
に、鈍角な傾斜面に装着された電気／機械変換素子を急
激に縮めると、これらの電気／機械変換素子の協働によ
って、移動体が移動する。

【００１９】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明の実施例について図面を参
照して説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る微
小移動装置を示す概略図である。本実施例の微小移動装
置は、図８に示した微小移動装置と同様に、移動体１と
電気／機械変換素子２と質量体３とから構成され、図示
しない駆動信号発生装置からの駆動信号を電気／機械変
換素子２に印加することによって移動するようになって
いる。図１において、移動体１は、質量Ｍを有する固体
であり、静止摩擦係数μを有する固定体４上に載置され
ている。この移動体１の一方の側面、即ち電気／機械変
換素子２の装着側面１ａは、固定体４の表面４ａに対し
て鋭角に傾斜している。すなわち、固定体４の表面４ａ
の垂線Ｌに対して図の右側にθだけ傾斜するように、電
気／機械変換素子２の装着側面１ａが形成されている。

【００２０】電気／機械変換素子２は、前述した駆動信
号により中心線Ｃ方向に伸縮する積層型の圧電体等であ
り、中心線Ｃが装着側面１ａに対して垂直になるよう
に、その装着側面１ａに装着されている。質量体３は、
質量ｍの固体であり、電気／機械変換素子２の端部に装
着されている。

【００２１】これにより、移動体１の電気／機械変換素
子２の装着側面１ａに衝撃力Ｆが加わると、その水平分
力Ｆhによって、移動体１が左方向に移動するが、この
ときの静止摩擦力ｆは、上方を向く垂直分力Ｆvによっ
て減少する。すなわち、ｆ＝μ（Ｍｇ−Ｆv）となる
（ｇは重力加速度である）。このとき、Ｆv＝Ｆ・sinθ
であるので、電気／機械変換素子２の装着側面１ａの傾
斜角θを調整することによって、静止摩擦力ｆを増減す
ることができる。傾斜角θを調整することにより、動摩
擦力に対しても同様に増減することができる。

【００２２】次に、本実施例の微小移動装置の動作につ
いて説明する。図２は、微小移動装置の動作説明図であ
る。図２の（ａ）のｔa時点では、電気／機械変換素子
２は、駆動信号が印加される寸前の状態であり、移動体
１に対する駆動力は生じていない。図２の（ｂ）のｔb
時点では、電圧増加率の大きな駆動信号が急激に印加さ
れ、電気／機械変換素子２がその電圧値に応じて急激に
伸びる。電気／機械変換素子２が急激に伸びると、衝撃
力Ｆが中心線Ｃ方向両側に発生し、移動体１と質量体３
とに加わる。このとき、電気／機械変換素子２の装着側
面１ａが垂線Ｌに対してθだけ傾斜しているので、前述
したように、静止摩擦力ｆは、衝撃力Ｆの垂直分力Ｆv
によって減少する。このために、移動体１は、衝撃力Ｆ
の水平分力Ｆhによって、楽に左方向に移動する。一
方、質量体３も、加わった衝撃力Ｆによって右方向に移
動する。すなわち、衝撃力Ｆが生じると、固定体４によ
る静止摩擦力が減少して、移動体１と質量体３とが逆方
向に移動する。図２の（ｃ）のｔc時点では、電気／機
械変換素子２は、伸び切って、変位が生じていないの
で、移動体１は移動を停止する。

【００２３】図２の（ｄ）のｔd時点では、電気／機械
変換素子２は、電圧減少率の小さな駆動信号が印加さ
れ、その電圧値に応じて縮む。これにより、質量体３が
一定の加速度ａでゆっくり引き戻される。このときに、
移動体１の電気／機械変換素子装着側面１ａにｍａの力
が右方向斜め下に加わる。このために、移動体１に力ｍ
ａの水平分力ｍａ・cosθが右方向に加わる。これに対
して、静止摩擦力ｆは、ｆ＝μ（Ｍｇ＋ｍａ・sinθ）
であるので、静止摩擦力ｆ＝μ（Ｍｇ＋ｍａ・sinθ）
＞水平分力ｍａ・cosθとなるように、加速度ａを調整
しておくことにより、移動体１が静止した状態で、質量
体３だけがゆっくり引き戻される。図２の（ｅ）のｔe
時点では、加速度ａで引き戻されてきた質量体３を急激
に止める。これにより、質量体３が移動体１に衝突した
状態になり、図２の（ｂ）に示した動作と同様にして、
移動体１が左方向に移動する。そして、移動体１は、固
定体４の動摩擦力によって静止し、図２の（ａ）と同様
な初期状態となる。以後同様に、非対称波形の駆動信号
の一連のサイクルによって、移動体１が移動する。

【００２４】このように、本実施例の微小移動装置によ
れば、傾斜角θを調整することによって、移動体１に働
く静止摩擦力や動摩擦力を調整することができるので、
移動体１の下面や固定体４の表面４ａの摩擦係数等の条
件を考慮することなく、自由に設計することができ、装
置の駆動効率の向上を図ることができる。さらに、移動
体１の電気／機械変換素子２の装着側面１ａを固定体４
の表面４ａの垂線Ｌに対して右側に角度θで傾斜させた
という簡単な構造であるので、装置のコストを低減する
ことができる。

【００２５】（第２実施例）図３は、本発明の第２実施
例に係る微小移動装置を示す概略図である。なお、図１
に示した部材と同一部材については、同一符号を付して
説明する。図３において、移動体１０の装着側面１０ａ
は、固定体４の表面４ａに対して鈍角に傾斜している。
すなわち、この装着側面１０ａは、固定体４の表面４ａ
の垂線Ｌに対して図の左側にθだけ傾斜している。

【００２６】第２実施例は、このように構成されている
ので、電気／機械変換素子２を急激に縮ませると、移動
体１０の装着側面１０ａに右方向の衝撃力Ｆが加わる。
このときの静止摩擦力ｆは、上方を向く垂直分力Ｆvに
よって減少するので、移動体１０は衝撃力Ｆの水平分力
Ｆhによって、楽に右方向に移動する。一方、質量体３
も、加わった衝撃力Ｆによって左方向に移動する。すな
わち、衝撃力Ｆが生じると、固定体４による静止摩擦力
が減少して、移動体１０と質量体３とが近付くように移
動する。その他の構成，作用効果は前述した第１実施例
と同様であるので、その記載は省略する。

【００２７】（第３実施例）図４は、本発明の第３実施
例に係る微小移動装置を示す概略図である。なお、図１
及び図３に示した部材と同一部材については、同一符号
を付して説明する。図４において、移動体２０の装着側
面２０ａも、固定体４の表面４ａに対して鈍角に傾斜し
ている点は前述した第２実施例と同様である。しかし、
本実施例の装着側面２０ａは、その傾斜角θを前述した
第２実施例の装着側面１０ａよりも大きく設定した点が
前述した第２実施例と異なる。

【００２８】第３実施例は、電気／機械変換素子２の急
激な縮み時に、装着側面２０ａに加わる衝撃力Ｆの垂直
分力Ｆvが前述した第２実施例における垂直分力Ｆvより
も大きくなる。したがって、水平分力Ｆhは、第２実施
例の水平分力Ｆhよりも小さくなるので、移動体２０の
移動量や速度は少なくなるが、移動体２０と固定体４の
表面４ａとの間に働く静止摩擦力や動摩擦力はより小さ
くなる。その他の構成，作用効果は前述した第２実施例
と同様であるので、その記載は省略する。

【００２９】（第４実施例）図５は、本発明の第４実施
例に係る微小移動装置を示す概略図である。なお、図１
〜図４に示した部材と同一部材については、同一符号を
付して説明する。本実施例においては、移動体３０の両
側に、固定体４の表面４ａに対して鈍角に傾斜する装着
側面３０ａ，３０ｂを形成し、これらの装着側面３０
ａ，３０ｂに各々、質量体３を有した電気／機械変換素
子２（２−１，２−２）を装着した構成となっている。

【００３０】第４実施例は、電気／機械変換素子２−１
を急激に縮ませると、移動体３０が右方向に移動し、電
気／機械変換素子２−２を急激に縮ませると、移動体３
０が左方向に移動する。すなわち、本実施例によれば、
移動体３０を両方向に移動させることができる。その他
の構成，作用効果は前述した第２及び第３実施例と同様
であるので、その記載は省略する。

【００３１】（第５実施例）図６は、本発明の第５実施
例に係る微小移動装置を示す概略図である。なお、図１
〜図５に示した部材と同一部材については、同一符号を
付して説明する。本実施例においては、移動体４０の両
側に、固定体４の表面４ａに対して鋭角に傾斜する装着
側面４０ａ，４０ｂを形成し、これらの装着側面４０
ａ，４０ｂに各々質量体３を有した電気／機械変換素子
２（２−１，２−２）を装着した構成となっている。

【００３２】第５実施例は、電気／機械変換素子２−１
を急激に伸ばすと、移動体３０が左方向に移動し、電気
／機械変換素子２−２を急激に伸ばすと、移動体３０が
右方向に移動する。すなわち、本実施例も、移動体４０
を両方向に移動させることができる。その他の構成，作
用効果は前述した第１実施例と同様であるので、その記
載は省略する。

【００３３】（第６実施例）図７は、本発明の第６実施
例に係る微小移動装置を示す概略図である。なお、図１
〜図６に示した部材と同一部材については、同一符号を
付して説明する。本実施例においては、移動体５０の右
側に、固定体４の表面４ａに対して鈍角に傾斜する装着
側面５０ａを形成し、移動体５０の左側に、固定体４の
表面４ａに対して鋭角に傾斜する装着側面５０ｂを形成
している。そして、これらの装着側面５０ａ，５０ｂに
各々質量体３を有した電気／機械変換素子２（２−１，
２−２）を装着した構成となっている。

【００３４】第５実施例は、電気／機械変換素子２−１
を急激に縮めると共に、電気／機械変換素子２−２を急
激に伸ばすと、電気／機械変換素子２−１，２−２の合
力によって移動体３０が右方向に移動する。すなわち、
本実施例は、２つの電気／機械変換素子２−１，２−２
の協働によって、移動体５０を効率良く移動させること
にができるようになっている。その他の構成，作用効果
は前述した第１から第５実施例と同様であるので、その
記載は省略する。

【００３５】以上説明した実施例に限定されず、種々の
変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれ
る。前述した各実施例においては、電気／機械変換素子
２（２−１，２−２）を、その中心線が装着側面１ａ
（１０ａ，２０ａ，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ，
５０ａ，５０ｂ）に対して垂直になるように装着した
が、これに限るものではなく、例えば、電気／機械変換
素子２（２−１，２−２）の装着側面１ａ等への装着角
度を変えることができるような構造にしてもよい。ま
た、移動体１（１０〜５０）や質量体３の形状，大きさ
及び材質と、固定体４の材質と、電気／機械変換素子２
の大きさ，長さ及び太さとを限定するものではなく、種
々の態様で前述した効果を達成することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、請求項１〜
請求項３の発明によれば、移動体と固定体との間に働く
静止摩擦力や動摩擦力を増減調整することができるの
で、移動体や固定体表面の摩擦係数等の条件を考慮する
ことなく、自由に設計することができ、装置の駆動効率
の向上を図ることができるようになった。さらに、移動
体は、電気／機械変換素子の装着側面が固定体の表面に
対して鋭角又は鈍角で傾斜した簡単な構造なので、装置
のコストを低減することができるになった。

【００３７】請求項４の発明によれば、２つの電気／機
械変換素子の協働によって、移動体を効率良く移動させ
ることにができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る微小移動装置を示す
概略図である。

【図２】第１実施例の動作説明図であり、図２の（ａ）
は初期状態を示し、図２の（ｂ）は移動体と質量体の移
動状態を示し、図２の（ｃ）は移動体の停止状態を示
し、図２の（ｄ）は質量体の引き戻し状態を示し、図２
の（ｅ）は質量体の急停止による移動体の移動状態を示
す。

【図３】第２実施例に係る微小移動装置を示す概略図で
ある。

【図４】第３実施例に係る微小移動装置を示す概略図で
ある。

【図５】第４実施例に係る微小移動装置を示す概略図で
ある。

【図６】第５実施例に係る微小移動装置を示す概略図で
ある。

【図７】第６実施例に係る微小移動装置を示す概略図で
ある。

【図８】従来例に係る微小移動装置の動作説明図であ
る。

【図９】他の従来例に係る微小移動装置を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

１，１０〜５０移動体１ａ，１０ａ〜５０ａ，３０ｂ〜５０ｂ電気／機械変
換素子装着側面２，２−１，２−２電気／機械変換素子３質量体４固定体４ａ固定体表面 θ 傾斜角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定体と、前記固定体上を移動する移動体と、前記移動体の対向する一対の側面のうち少なくとも一方
の側面に装着された電気／機械変換素子と、前記電気／機械変換素子に装着された質量体と、を備え
る微小移動装置において、前記電気／機械変換素子の装着される前記移動体の側面
を、前記固定体の表面に対して傾斜させたことを特徴と
する微小移動装置。
【請求項２】請求項１に記載の微小移動装置におい
て、前記電気／機械変換素子の装着される前記移動体の側面
を、前記固定体の表面に対して鋭角に傾斜させたことを
特徴とする微小移動装置。
【請求項３】請求項１に記載の微小移動装置におい
て、前記電気／機械変換素子の装着される前記移動体の側面
を、前記固定体の表面に対して鈍角に傾斜させたことを
特徴とする微小移動装置。
【請求項４】請求項１に記載の微小移動装置におい
て、前記移動体の前記一対の側面の一方を、前記固定体の表
面に対して鋭角に傾斜させると共に、前記一対の側面の
他方を鈍角に傾斜させて、これらの側面に前記電気／機
械変換素子を装着したことを特徴とする微小移動装置。