JPH1056786A - 電気機械変換素子を使用した駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数が少なく小型で組み立てが容易な電
気機械変換素子を使用した駆動装置を提供する。 【解決手段】 基台１１には圧電素子室１１ａ、スライ
ダ室１１ｂが形成され、圧電素子１２の一端は端部１１
ｅに接着固定され、他端には駆動軸１３の端部が接着固
定される。隔壁１１ｃと端部１１ｄにより軸方向に移動
自在に支持された駆動軸１３にスライダ１４が移動自在
に支持される。スライダ１４の内部に駆動軸１３が貫通
した状態において、切り欠き１４ａに摩擦部材１５を配
置し、外側にコイルばね１７を嵌合させ、駆動軸１３と
スライダ１４及び摩擦部材１５を摩擦結合させる。コイ
ルばね１７は、スライダ１４及び摩擦部材１５とコイル
ばねの円周方向との接触部の長さをコイルばねの捲方向
の長さより短く設定して捲き締める。

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する。

【０００２】

【従来の技術】電気機械変換素子を使用した駆動装置は
既にいくつか提案されている。図２２及び図２３に示す
アクチエ−タはその一例で、電気機械変換素子として圧
電素子を使用したインパクト型のアクチエ−タである。
以下、その構成と動作を簡単に説明する。図２２はアク
チエ−タを構成部材を分解して示す斜視図、図２３はア
クチエ−タを組み立てた状態を示す斜視図である。

【０００３】図２２及び図２３において、アクチエ−タ
１００は、フレ−ム１０１、フレ−ム１０１上の支持ブ
ロツク１０３、１０４、駆動軸１０６、圧電素子１０
５、スライダ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。

【０００４】スライダ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１０６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。

【０００５】以上の構成により、パツド１０８を含むス
ライダ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。

【０００６】次に、その動作を説明する。まず、圧電素
子１０５に図２４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。

【０００７】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１０２を連続的に正方向に移動させること
ができる。

【０００８】なお、ここでいう実質的とは、正方向と反
対方向のいずれにおいてもスライダ１０２と駆動軸１０
６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。

【０００９】スライダ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１０５に印加す
る鋸歯状波駆動パルスの波形を変え、図２４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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記した圧電素子を使
用した駆動装置は、駆動部材（駆動軸）と移動部材（ス
ライダ）との間の摩擦力に依存して移動部材を移動させ
るものであるから、摩擦力の大きさは駆動装置の駆動特
性や信頼性に大きな影響を与える。先に説明したように
従来の駆動装置では、板ばねを利用して駆動部材と移動
部材との間の接触面に摩擦力を付与していたが、駆動装
置を小型にするためには板ばねの寸法も小さくなる。し
かしながら、板ばねの寸法を小さくすると、板ばねの支
点と作用点の長さが短くなるからばねが固くなり（ばね
定数が大きくなり）、摩擦力の大きさを細かく設定する
ことが難しくなるという問題があつた。

【００１１】

【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、請求項１記載の発明では、基台と、前記
基台にその伸縮方向の一端が固定された電気機械変換素
子と、前記電気機械変換素子の伸縮方向の他端に結合さ
れ、電気機械変換素子の伸縮方向に移動可能に支持され
た駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合され、前記電気
機械変換素子の伸縮方向に移動可能に支持された移動部
材と、前記駆動部材と移動部材との間に摩擦力を付与す
る摩擦力付与手段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、前記摩擦力付与手段はコイ
ルばねで構成され、その捲き締め方向の弾性力により駆
動部材と移動部材との間の接触面に摩擦力を付与するこ
とを特徴とする。

【００１２】そして、前記駆動部材は円柱状であり、前
記移動部材は円筒状部材を軸方向に沿つて複数に分割し
た複数の部材からなり、前記コイルばねから構成される
摩擦力付与手段は、前記複数の部材からなる移動部材を
駆動部材に対して捲き締めることにより駆動部材と移動
部材との間の接触面に摩擦力を付与するようにするとよ
い。

【００１３】また、前記コイルばねから構成される摩擦
力付与手段は、前記移動部材に接触する長さがコイルば
ねの１捲きの円周方向の長さよりも短くするとよい。

【００１４】さらに、前記複数の部材からなる移動部材
とコイルばねから構成される摩擦力付与手段とは、円柱
状の駆動部材と略同軸に配置される。

【００１５】また、前記移動部材は軸方向に沿つて延び
た突起部を備え、前記コイルばねはその突起部に当接し
て駆動部材を捲き締めるようにするとよい。

【００１６】請求項６記載の発明では、基台と、前記基
台にその伸縮方向の一端が固定され、その伸長時と縮小
時とでは異なる速度で伸縮するように駆動電圧が印加さ
れる電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の伸縮
方向の他端に結合され、電気機械変換素子の伸縮方向に
移動可能に支持された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦
結合され、前記電気機械変換素子の伸縮方向に移動可能
に支持された移動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、前記移動部材はコイル
ばねで構成され、その捲き締め方向の弾性力により駆動
部材に摩擦結合することを特徴とする。

【００１７】そして、前記駆動部材は円柱状であり、前
記コイルばねで構成された移動部材は、円柱状の駆動部
材と略同軸に配置するとよい。

【００１８】また、請求項１又は請求項６のいずれかに
記載の発明において、前記コイルばねで構成された移動
部材は複数回捲回されたコイルばねであつてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１及び図２において、基台１１
には圧電素子室１１ａ、スライダ室１１ｂが形成され
る。基台１１の端部１１ｄと、圧電素子室１１ａとスラ
イダ室１１ｂとの間の隔壁１１ｃには、その中心部分に
駆動軸１３を支持する軸受孔が形成され、駆動軸１３が
軸方向に移動自在に支持される。圧電素子室１１ａには
圧電素子１２が収納され、その一端は端部１１ｅの壁面
に接着固定され、他端には駆動軸１３の端部が接着固定
される。駆動軸１３は基台の隔壁１１ｃと端部１１ｄと
により軸方向に移動自在に支持され、スライダ１４及び
出力部１６は駆動軸１３上を軸方向に移動自在に支持さ
れている。

【００２０】スライダ１４には切り欠き１４ａが形成さ
れ、駆動軸１３の上半分が露出するように構成されてお
り、切り欠き１４ａには駆動軸１３の上半分に当接する
摩擦部材１５が配置される。スライダ１４の内部に駆動
軸１３が貫通した状態において、切り欠き１４ａに摩擦
部材１５を配置してその外側にコイルばね１７を嵌合さ
せ、駆動軸１３と、スライダ１４及び摩擦部材１５を摩
擦結合させる。出力部１６は被駆動部材に運動を伝達す
る部材である。コイルばね１７は、スライダ１４及び摩
擦部材１５とコイルばねの円周方向との接触部の長さを
コイルばねの捲方向の長さより短く設定して、スライダ
１４及び摩擦部材１５を捲き締めるようにするとよい。

【００２１】圧電素子１２に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１２が
緩やかに厚み方向に伸び変位し、これに結合する駆動軸
１３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１３に摩擦結合したスライダ１４は摩擦結
合力により駆動軸１３と共に正方向に移動するから、ス
ライダ１４に固定された出力部１６も正方向に移動す
る。

【００２２】駆動パルスの急速な立下り部分では、圧電
素子１２が急速に厚み方向に縮み変位し、これに結合す
る駆動軸１３も負方向（矢印ａと反対方向）に急速に変
位するが、駆動軸１３に摩擦結合したスライダ１４及び
出力部１６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２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１４
及び出力部１６を連続的に正方向に移動させることがで
きる。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。図１は
第１実施例の駆動装置を分解して構成を示した斜視図、
図２はその組立てた状態を示す斜視図である。図１及び
図２において、圧電素子を使用した駆動装置全体は符号
１０で示される。１１は基台で、全体は円柱状をなし、
その一部は側壁を残して削られ、それぞれ圧電素子１２
を収納する圧電素子室１１ａ、スライダ１４及びこれと
一体の出力部１６を収納するスライダ室１１ｂが形成さ
れている。

【００２４】基台１１の端部１１ｄと、圧電素子室１１
ａとスライダ室１１ｂとの間の隔壁１１ｃには、その中
心部分に駆動軸１３を支持する軸受孔が形成されてお
り、駆動軸１３が軸方向に移動自在に支持される。な
お、基台１１の他の端部１１ｅは駆動装置１０を固定す
るために使用される。

【００２５】圧電素子室１１ａには圧電素子１２が収納
され、圧電素子の一端が端部１１ｅの壁面に接着固定さ
れる。圧電素子の他の端には駆動軸１３の端部が接着固
定され、圧電素子に厚み方向の伸縮変位が発生すると、
駆動軸１３は軸方向に変位するように構成されている。

【００２６】スライダ室１１ｂにはスライダ１４及び出
力部１６が配置され、スライダ１４及び出力部１６の中
心付近には駆動軸１３が貫通している。スライダ１４及
び出力部１６は駆動軸１３に中心軸に対して点対称に構
成されている。駆動軸１３は基台の隔壁１１ｃと端部１
１ｄとにより軸方向に移動自在に支持され、スライダ１
４及び出力部１６は、駆動軸１３上を軸方向に移動自在
に支持されている。なお、出力部１６の側壁はスライダ
室１１ｂの側壁に接触して軸方向に案内するので、スラ
イダ１４及び出力部１６が駆動軸１３の回りに回動する
ことはない。

【００２７】スライダ１４には切り欠き１４ａが形成さ
れ、内部を貫通する駆動軸１３の上半分が露出するよう
に構成されており、切り欠き１４ａには駆動軸１３の上
半分に当接する摩擦部材１５は配置される。スライダ１
４の内部に駆動軸１３が貫通した状態において、切り欠
き１４ａに摩擦部材１５を配置してその外側にコイルば
ね１７を嵌合させる。これにより駆動軸１３と、スライ
ダ１４及び摩擦部材１５はコイルばね１７の弾性により
圧接し、摩擦結合させることができる。出力部１６は被
駆動部材に運動を伝達する部材で、例えば出力部１６の
外側に設けたねじ孔１６ａに適当な部材を固定し、被駆
動部材に結合するなどして、被駆動部材に運動を伝達す
る。

【００２８】コイルばね１７は、スライダ１４及び摩擦
部材１５とコイルばねの円周方向との接触部の長さをコ
イルばねの捲方向の長さより短く設定して、スライダ１
４及び摩擦部材１５を捲き締めるようにする。

【００２９】次に、その動作を説明する。まず、圧電素
子１２に図２４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１２が緩やかに厚み方向に伸び変位し、圧電素子１２
に結合する駆動軸１３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１３に摩擦結合したスラ
イダ１４は摩擦結合力により駆動軸１３と共に正方向に
移動するから、スライダ１４に固定された出力部１６も
正方向に移動する。

【００３０】駆動パルスの急速な立下り部分では、圧電
素子１２が急速に厚み方向に縮み変位し、圧電素子１２
に結合する駆動軸１３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１３に摩擦結合した
スライダ１４及び出力部１６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２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１４及び出力部１６を連続的に正方向に移
動させることができる。

【００３１】なお、ここでいう実質的とは、正方向と反
対方向のいずれにおいてもスライダ１４と駆動軸１３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。

【００３２】スライダ１４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１２に印加する鋸
歯状波駆動パルスの波形を変え、図２４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。

【００３３】第２実施例について説明する。図３は第２
実施例の駆動装置２０を分解して構成を示した斜視図、
図４はその組立てた状態を示す斜視図である。第２実施
例はスライダと摩擦部材の部分の構成が第１実施例と異
り、その他の部分の構成は第１実施例と変わらないの
で、相違部分についてのみ説明し、第１実施例と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。

【００３４】スライダ室１１ｂにはスライダ２４及びこ
れに結合されたばね固定部材２５が配置され、スライダ
及びばね固定部材の中心付近には駆動軸１３が貫通して
いる。スライダ２４及びばね固定部材２５は駆動軸１３
に中心軸に対して点対称に構成されている。スライダ２
４の一方の側面には、駆動軸１３の貫通する部分に環状
の突起２４ａが設けられ、ばね固定部材２５が後述する
コイルばね２６を内蔵した状態で環状の突起２４ａに嵌
合する。コイルばね２６は環状の突起２４ａとばね固定
部材２５との間に緩み無く挟まれているので、コイルば
ね２６は駆動軸１３に対して傾くことなく（傾くと摩擦
力が変化する）、コイルばね２６の移動はスライダ２４
に伝達される。スライダ２４には外側に設けたねじ孔２
４ａに適当な部材を固定し、被駆動部材に結合するなど
して被駆動部材に運動を伝達するように構成される。

【００３５】コイルばね２６は、駆動軸１３の外径より
も小さい内径を有する一部が開いた環状に形成し、その
弾性力で駆動軸１３に摩擦結合させる。これにより、駆
動軸１３の運動はコイルばね２６を介してスライダ２４
に伝達される。

【００３６】次に、その動作を説明する。まず、圧電素
子１２に図２４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１２が緩やかに厚み方向に伸び変位し、圧電素子１２
に結合する駆動軸１３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１３に摩擦結合したコイ
ルばね２６は摩擦結合力により駆動軸１３と共に正方向
に移動するから、コイルばね２６を内蔵したスライダ２
４も正方向に移動する。

【００３７】駆動パルスの急速な立下り部分では、圧電
素子１２が急速に厚み方向に縮み変位し、圧電素子１２
に結合する駆動軸１３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１３に摩擦結合した
コイルばね２６及びコイルばね２６を内蔵したスライダ
２４とばね固定部材２５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１２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２４を連続的に正方向に移動させることが
できる。なお、ここでいう実質的とは、正方向と反対方
向のいずれにおいてもコイルばね２６と駆動軸１３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。

【００３８】第３実施例について説明する。図５は第３
実施例の駆動装置３０を分解して構成を示した斜視図で
ある。図５において、３１は基台でここでは円柱である
が、円柱にかぎらず任意の形状のブロツクでよい。３２
は圧電素子で、圧電素子３２の一端は基台３１の端面に
接着固定され、圧電素子３２の他の端には円柱状の駆動
部材３３が接着固定される。駆動部材３３の外周面には
円周方向に溝３３ａが形成され、溝３３ａには一部が開
いた環状のコイルばね３６が嵌挿される。コイルばね３
６が溝３３ａに嵌挿されることで、コイルばねが駆動軸
に対して傾くおそれがない（傾くと摩擦力が変化す
る）。溝３３ａの形状寸法はコイルばね３６を形成する
ワイヤの直径に等しい幅と深さとし、嵌挿されたコイル
ばね３６の表面が駆動部材３３の外周面にほぼ一致する
ように構成する。

【００３９】３４はスライダで、その中心には軸方向に
延びた穴３４ａが形成されており、穴３４ａには円柱状
の駆動部材３３が挿入される。駆動部材３３の溝３３ａ
に嵌挿されたコイルばね３６は、コイルの直径が拡大す
る方向に付勢されているから、スライダ３４に駆動部材
３３が挿入されると、コイルばね３６はスライダ３４の
穴３４ａの内面に所定の圧力で圧接し、コイルばね３６
とスライダ３４とは摩擦結合する。

【００４０】次に、その動作を説明する。前記第１乃至
第２実施例の場合と同様に、図２４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圧電素
子３２に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３２が緩やかに厚
み方向に伸び変位し、圧電素子３２に結合する駆動部材
３３も正方向（矢印ａ方向）に緩やかに変位する。この
とき、駆動部材３３に嵌挿されたコイルばね３６に摩擦
結合したスライダ３４は摩擦結合力により駆動部材３３
と共に正方向に移動する。

【００４１】駆動パルスの急速な立下り部分では、圧電
素子３２が急速に厚み方向に縮み変位し、圧電素子３２
に結合する駆動部材３３及び駆動部材３３に嵌挿された
コイルばね３６も負方向（矢印ａと反対方向）に急速に
変位する。このとき、コイルばね３６に摩擦結合したス
ライダ３４は、その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３２
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３４を連続的に正方向に移動させることができる。
なお、ここでいう実質的とは、正方向と反対方向のいず
れにおいてもコイルばね３６とスライダ３４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。

【００４２】第４実施例について説明する。図６は第４
実施例の駆動装置４０を分解して構成を示した斜視図で
ある。図６において、４１は基台、４３は駆動部材、４
４はスライダ、４５はばね固定部材、４６はコイルばね
であり、スライダ４４上には駆動部材４３、ばね固定部
材４５、コイルばね４６が嵌挿されるとともに、スライ
ダ４４は基台４１に設けられた穴４１ａに摺動自在に貫
通している。

【００４３】４２は圧電素子で、圧電素子４２の一端は
基台４１の穴４１ａより離れた端面に接着固定され、圧
電素子４２の他の端には駆動部材４３の一方の側面が接
着固定される。駆動部材４３の他の側面には、スライダ
４４が貫通する部分に環状の突起４３ａが設けられ、ば
ね固定部材４５がコイルばね４６を内蔵した状態で環状
の突起４３ａに嵌合する。コイルばね４６は駆動部材４
３とばね固定部材４５との間に緩み無く挟まれているの
で、駆動部材４３の移動はコイルばね４６に伝達され
る。コイルばね４６は、スライダ４４の外径よりも小さ
い内径を有する一部が開いた環状に形成し、その弾性力
でスライダ４４に摩擦結合している。

【００４４】次に、その動作を説明する。前記第１乃至
第３実施例の場合と同様に、図２４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圧電素
子３２に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４２が緩やかに厚
み方向に伸び変位し、圧電素子４２に結合する駆動部材
４３も正方向（矢印ａ方向）に緩やかに変位する。この
とき、駆動部材４３とばね固定部材４５との間に緩み無
く挟まれているコイルばね４６はスライダ４４に摩擦結
合しているから、その摩擦結合力によりスライダ４４は
駆動部材４３と共に正方向に移動する。

【００４５】駆動パルスの急速な立下り部分では、圧電
素子４２が急速に厚み方向に縮み変位し、駆動部材４
３、固定部材４５及びコイルばね４６も負方向（矢印ａ
と反対方向）に急速に変位する。このとき、コイルばね
４６に摩擦結合したスライダ４４は、その慣性力により
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４２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４４を連続的に正方向に移動
させることができる。なお、ここでいう実質的とは、正
方向と反対方向のいずれにおいてもコイルばね４６とス
ライダ４４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。

【００４６】以上説明した図５に示す第３実施例、図６
に示す第４実施例では、固定された基台３１（４１）に
対してスライダ３４（４４）が移動するように説明した
が、スライダ３４（４４）を固定して基台３１（４１）
を移動させるような使用も可能である。

【００４７】図７及び図８は、第１実施例における駆動
軸１３とスライダ１４及び摩擦部材１５の摩擦結合部分
の構成の第１の変形例を示すもので、図８に示した駆動
軸１３の軸方向に対して垂直な断面形状から明かなよう
に、スライダ１４及び摩擦部材１５の側面１４ｓ、１５
ｓを削除し、この削除した部分ではコイルばね１７が接
触しないようにし、コイルばね１７の捲回方向の長さよ
りもスライダ１４及び摩擦部材１５との接触長さが短く
なるように構成されており、また、コイルばね１７は一
部が開いた環状のコイルばねを複数使用している。

【００４８】図８により摩擦結合部分に発生する摩擦力
の一例を説明する。コイルばね１７の捲き締め弾性力は
摩擦部材１５の側面の削除部分の角１５ａ、１５ｂに押
圧力Ｐ１、Ｐ２として作用するから、駆動軸１３と摩擦
部材１５及びスライダ１４との間の接触面に抗力Ｎ１が
発生する。駆動軸１３と摩擦部材１５及びスライダ１４
との間に発生する摩擦力は、抗力Ｎ１と接触面の摩擦係
数μの積として表される。

【００４９】図９及び図１０は、第１実施例における駆
動軸１３とスライダ１４及び摩擦部材１５の摩擦結合部
分の構成の第２の変形例を示すもので、図７に示す構成
と類似した構成であるが、コイルばね１７には間隔を隔
てないで複数回捲いたものを使用している。図１０によ
り摩擦結合部分に発生する摩擦力を説明する。コイルば
ね１７の捲き締め弾性力は摩擦部材１５の側面の削除部
分１５ｓの角１５ａ、１５ｂに押圧力Ｐ３、Ｐ４として
作用し、この結果、駆動軸１３と摩擦部材１５及びスラ
イダ１４との間の接触面に抗力Ｎ2 が発生する。

【００５０】図１１及び図１２は、第１実施例における
駆動軸１３とスライダ１４及び摩擦部材１５の摩擦結合
部分の構成の第３の変形例を示すもので、図１２に示す
駆動軸１３の軸方向に対して垂直な断面形状から明かな
ように、スライダ１４及び摩擦部材１５には軸方向に沿
つて延びた突起１４ｐ及び１５ｐが設けられている。コ
イルばね１７は突起１４ｐ及び１５ｐの外側に捲かれる
から、コイルばね１７の捲き締め弾性力は摩擦部材１５
の突起１５ｐの角１５ａ、１５ｂに押圧力Ｐ５、Ｐ６と
して作用する。この結果、駆動軸１３と摩擦部材１５及
びスライダ１４との間の接触面に抗力Ｎ３が発生し、駆
動軸１３と摩擦部材１５及びスライダ１４との間に摩擦
力が発生する。

【００５１】図１３及び図１４は、第１実施例における
駆動軸１３とスライダ１４及び摩擦部材１５の摩擦結合
部分の構成の第４の変形例を示すもので、図１４に示す
駆動軸１３の軸方向に対して垂直な断面形状から明かな
ように、スライダ１４及び摩擦部材１５は駆動軸１３を
囲んで配置されたとき、全体が軸方向に沿つて延びた６
角形断面をなすように形成される。そして、このうちス
ライダ１４及び摩擦部材１５のそれぞれの中央に位置す
る稜１４ｒ及び稜１５ｒが他の稜よりも半径方向の高さ
が高くなるように構成されている。コイルばね１７は稜
１４ｒ及び稜１５ｒの外側に捲かれるから、コイルばね
１７の捲き締め弾性力は摩擦部材１５の稜１５ｒに押圧
力Ｐ７として作用する。この結果、駆動軸１３と摩擦部
材１５及びスライダ１４との間の接触面に抗力Ｎ４が発
生し、駆動軸１３と摩擦部材１５及びスライダ１４との
間に摩擦力が発生する。

【００５２】図１５及び図１６は、第１実施例における
駆動軸１３とスライダ１４及び摩擦部材１５の摩擦結合
部分の構成の第５の変形例を示すもので、図１６に示す
駆動軸１３の軸方向に対して垂直な断面形状から明かな
ように、全体が軸方向に沿つて延びた円筒状であり、軸
方向に沿つてほぼ３分割され、スライダ１４は下側のほ
ぼ１／３を占め、摩擦部材は２つの摩擦部材１５ａ及び
１５ｂからなり、上側のほぼ２／３を占めるように構成
される。

【００５３】コイルばね１７は、スライダ１４、摩擦部
材１５ａ及び１５ｂの外側に捲かれるから、コイルばね
１７の捲き締め弾性力は摩擦部材１５ａ及び１５ｂに押
圧力Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１として作用する。この
結果、駆動軸１３と摩擦部材１５ａ及び１５ｂとの間の
接触面に抗力Ｎ５、Ｎ６が発生し、駆動軸１３と摩擦部
材１５ａ、１５ｂ及びスライダ１４との間に摩擦力が発
生する。

【００５４】図１７及び図１８は、第１実施例における
駆動軸１３とスライダ１４及び摩擦部材１５の摩擦結合
部分の構成の第６の変形例を示すもので、図１８に示す
駆動軸１３の軸方向に対して垂直な断面形状から明かな
ように、全体が軸方向に沿つて延びた円筒状で、軸方向
に沿つてほぼ２分割され、スライダ１４は下側のほぼ１
／２を占め、摩擦部材１５は上側のほぼ１／２を占める
ように構成される。

【００５５】コイルばね１７は、スライダ１４と摩擦部
材１５の外側に捲かれ、コイルばね１７はスライダ１４
と摩擦部材１５のほぼ全周面に接触し、コイルばね１７
の捲き締め弾性力は摩擦部材１５に押圧力Ｐ１２、Ｐ１
３として作用する。この結果、駆動軸１３と摩擦部材１
５との間の接触面に抗力Ｎ７が発生し、駆動軸１３と摩
擦部材１５及びスライダ１４との間に摩擦力が発生す
る。

【００５６】しかし、この構成においては、コイルばね
の組み込みの誤差やスライダ１４及び摩擦部材１５の形
状誤差などにより、コイルばねとスライダ１４及び摩擦
部材１５との接触状態は安定しない。図１８に示した前
記押圧力Ｐ１２、Ｐ１３の作用方向は最も効率の悪い接
触状態における押圧力の作用方向を示している。即ち、
コイルばねとスライダ１４及び摩擦部材１５との接触状
態によつては、所望の大きさの摩擦力を発生させるため
に著しく大きな押圧力を必要とし、また接触状態が変化
すると突然に大きな摩擦力が発生するなど、所望の摩擦
力を安定して発生させることが難かしい。

【００５７】以上説明した圧電素子を使用した駆動装置
では、駆動軸とスライダ及び摩擦部材との摩擦結合部の
接触面に摩擦力を発生させるため、コイルばねを使用し
ているが、ここでコイルばねの捲回数と発生する摩擦
力、及び摩擦力のばらつきとの関係についての実験結果
を説明する。

【００５８】図１９はコイルばねの捲回数と発生する摩
擦力（ばらつきの平均値）との関係を示す図で、摩擦力
はコイルばねの捲回数に比例して増加するが、捲回数が
ｎ1を越えると摩擦力の増加率が低くなることがわか
る。

【００５９】図２０はコイルばねの捲回数と発生する摩
擦力のばらつき（最大値と最小値の差）との関係を示す
図で、摩擦力のばらつきはコイルばねの捲回数に比例し
て増加するが、捲回数がｎ2 を越えると摩擦力のばらつ
きの増加率が高くなることがわかる。なお、捲回数ｎ2
は先に説明した捲回数ｎ1 とほぼ同じ値である。

【００６０】図２１はコイルばねの捲回数とコイルばね
の端点の組み込み方向の差による摩擦力のばらつきとの
関係を示す図で、縦軸はコイルばねの端点の位置をいろ
いろ変化させた場合に、摩擦力が最も大きい場合と最も
小さい場合の差を示している。摩擦力のばらつきは、コ
イルばねの捲回数が増加するにつれ減少するが、捲回数
がｎ3 を越えると摩擦力のばらつきは小さくなり、余り
変化しないことがわかる。なお、捲回数ｎ3 は先に説明
した捲回数ｎ2 よりも小さい値である。

【００６１】以上の実験結果から、コイルばねの捲回数
をｎ1 からｎ3 の間に設定すると良いことが判明した。
実施例では捲回数は１乃至３である。これにより、コイ
ルばねの端点の組み込み方向に特に注意を払う必要なし
に安定した摩擦力を発生させることができ、また、駆動
装置の組み立ても容易に行うことができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明は、電気
機械変換素子に伸長時と縮小時とで異なる速度で伸縮す
るように駆動電圧を印加し、電気機械変換素子の伸縮方
向に移動可能に支持された駆動部材に摩擦結合された移
動部材を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、駆動部材と移動部材との間の接触面に摩擦
力を付与する手段としてコイルばねを採用したものであ
る。コイルばねを採用することでばねの弾性力の調整が
容易に行えるから、従来のこの種の駆動装置における板
ばねを使用して摩擦力を付与する構成に比較して摩擦力
の大きさを細かく設定できるほか、予め最適の摩擦力を
決定してコイルばねの弾性力を設定した後は、個々の駆
動装置の組み立てにおいてばね力を調整する必要なしに
安定した摩擦力を付与することができ、また、部品点数
を減らし、組み立てを容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の駆動装置を分解して構成を示した
斜視図。

【図２】図１に示す第１実施例の駆動装置の組立てた状
態を示す斜視図。

【図３】第２実施例の駆動装置を分解して構成を示した
斜視図。

【図４】図３に示す第２実施例の駆動装置の組立てた状
態を示す斜視図。

【図５】第３実施例の駆動装置を分解して構成を示した
斜視図。

【図６】第４実施例の駆動装置を分解して構成を示した
斜視図。

【図７】第１実施例における摩擦結合部分の構成の第１
の変形例を示す斜視図。

【図８】図７に示す構成の摩擦結合部分に発生する摩擦
力を説明する図。

【図９】第１実施例における摩擦結合部分の構成の第２
の変形例を示す斜視図。

【図１０】図９に示す構成の摩擦結合部分に発生する摩
擦力を説明する図。

【図１１】第１実施例における摩擦結合部分の構成の第
３の変形例を示す斜視図。

【図１２】図１１に示す構成の摩擦結合部分に発生する
摩擦力を説明する図。

【図１３】第１実施例における摩擦結合部分の構成の第
４の変形例を示す斜視図。

【図１４】図１３に示す構成の摩擦結合部分に発生する
摩擦力を説明する図。

【図１５】第１実施例における摩擦結合部分の構成の第
５の変形例を示す斜視図。

【図１６】図１５に示す構成の摩擦結合部分に発生する
摩擦力を説明する図。

【図１７】第１実施例における摩擦結合部分の構成の第
６の変形例を示す斜視図。

【図１８】図１７に示す構成の摩擦結合部分に発生する
摩擦力を説明する図。

【図１９】コイルばねの捲回数と発生する摩擦力との関
係を示す図。

【図２０】コイルばねの捲回数と発生する摩擦力のばら
つきとの関係を示す図。

【図２１】コイルばねの捲回数とコイルばねの端点の組
み込み方向の差による摩擦力のばらつきとの関係を示す
図。

【図２２】従来の圧電素子を使用したアクチエ−タを分
解した斜視図。

【図２３】図２２に示す従来のアクチエ−タの組立てた
状態を示す斜視図。

【図２４】電気機械変換素子に印加する駆動パルスの波
形の一例を示す図。

【符号の説明】

１１ 基台 １１ａ 圧電素子室 １１ｂ スライダ室 １２ 圧電素子 １３ 駆動軸 １４ スライダ １５ 摩擦部材 １６ 出力部 １７ コイルばね ２４ スライダ ２５ ばね固定部材 ２６ コイルばね ３１ 基台 ３２ 圧電素子 ３３ 駆動部材 ３６ コイルばね ４１ 基台 ４２ 圧電素子 ４３ 駆動部材 ４４ スライダ ４５ ばね固定部材 ４６ コイルばね

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台と、 前記基台にその伸縮方向の一端が固定された電気機械変
   換素子と、 前記電気機械変換素子の伸縮方向の他端に結合され、電
   気機械変換素子の伸縮方向に移動可能に支持された駆動
   部材と、 前記駆動部材に摩擦結合され、前記電気機械変換素子の
   伸縮方向に移動可能に支持された移動部材と、 前記駆動部材と移動部材との間に摩擦力を付与する摩擦
   力付与手段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、 前記摩擦力付与手段はコイルばねで構成され、その捲き
   締め方向の弾性力により駆動部材と移動部材との間の接
   触面に摩擦力を付与す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。
2. 【請求項２】 前記駆動部材は円柱状であり、前記移動
   部材は円筒状部材を軸方向に沿つて複数に分割した複数
   の部材からなり、前記コイルばねから構成される摩擦力
   付与手段は、前記複数の部材からなる移動部材を駆動部
   材に対して捲き締めることにより駆動部材と移動部材と
   の間の接触面に摩擦力を付与す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。
3. 【請求項３】 前記コイルばねから構成される摩擦力付
   与手段は、前記移動部材に接触する長さがコイルばねの
   １捲きの円周方向の長さよりも短い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。
4. 【請求項４】 前記複数の部材からなる移動部材とコイ
   ルばねから構成される摩擦力付与手段とは、円柱状の駆
   動部材と略同軸に配置されていることを特徴とする請求
   項２記載の電気機械変換素子を使用した駆動装置。
5. 【請求項５】 前記移動部材は軸方向に沿つて延びた突
   起部を備え、前記コイルばねはその突起部に当接して駆
   動部材を捲き締めることを特徴とする請求項２記載の電
   気機械変換素子を使用した駆動装置。
6. 【請求項６】 基台と、 前記基台にその伸縮方向の一端が固定され、その伸長時
   と縮小時とでは異なる速度で伸縮するように駆動電圧が
   印加される電気機械変換素子と、 前記電気機械変換素子の伸縮方向の他端に結合され、電
   気機械変換素子の伸縮方向に移動可能に支持された駆動
   部材と、 前記駆動部材に摩擦結合され、前記電気機械変換素子の
   伸縮方向に移動可能に支持された移動部材とから構成さ
   れる電気機械変換素子を使用した駆動装置において、 前記移動部材はコイルばねで構成され、その捲き締め方
   向の弾性力により駆動部材に摩擦結合することを特徴と
   する電気機械変換素子を使用した駆動装置。
7. 【請求項７】 前記駆動部材は円柱状であり、前記コイ
   ルばねで構成された移動部材は、円柱状の駆動部材と略
   同軸に配置されていることを特徴とする請求項６記載の
   電気機械変換素子を使用した駆動装置。
8. 【請求項８】 前記コイルばねで構成された移動部材は
   複数回捲回されたコイルばねであることを特徴とする請
   求項１又は請求項６に記載の電気機械変換素子を使用し
   た駆動装置。