JPH1189257A - 振動型アクチュエータ - Google Patents
振動型アクチュエータInfo
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- JPH1189257A JPH1189257A JP9242552A JP24255297A JPH1189257A JP H1189257 A JPH1189257 A JP H1189257A JP 9242552 A JP9242552 A JP 9242552A JP 24255297 A JP24255297 A JP 24255297A JP H1189257 A JPH1189257 A JP H1189257A
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- vibration
- vibrator
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- axis
- vibrators
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動型のアクチュエータとして圧電モータが
あるが、動力伝達部に摩擦構造が必要であり、摩耗や発
熱の問題がある。 【解決手段】 y方向へ移動可能なように車輪を有する
支持体1に振動子3が支持されている。振動子3には圧
電素子4により捻り振動の角速度+Ωと−Ωが交互に与
えられ、これに同期して圧電素子5により曲げ振動の速
度+Vと−Vが交互に与えられる。その結果、振動子に
コリオリ力Fcが発生し、支持体1が等加速度にて移動
する。移動力の発揮に摩擦力が作用しない。
あるが、動力伝達部に摩擦構造が必要であり、摩耗や発
熱の問題がある。 【解決手段】 y方向へ移動可能なように車輪を有する
支持体1に振動子3が支持されている。振動子3には圧
電素子4により捻り振動の角速度+Ωと−Ωが交互に与
えられ、これに同期して圧電素子5により曲げ振動の速
度+Vと−Vが交互に与えられる。その結果、振動子に
コリオリ力Fcが発生し、支持体1が等加速度にて移動
する。移動力の発揮に摩擦力が作用しない。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自らが所定方向へ
移動する振動型アクチュエータ、または被制御物に対し
て所定方向の力を与え続ける振動型アクチュエータに関
する。
移動する振動型アクチュエータ、または被制御物に対し
て所定方向の力を与え続ける振動型アクチュエータに関
する。
【0002】
【従来の技術】例えば圧電素子を用いたアクチュエータ
として、圧電モータがある。これは、圧電素子により振
動体を直線的に往復するように振動させ、または振動体
に軸回りの歪みが与えられる。そして、前記振動体が接
する可動体が、前記振動体との摩擦により直線的に連続
送りされ、または前記摩擦により可動体が軸回りに回転
させられる。
として、圧電モータがある。これは、圧電素子により振
動体を直線的に往復するように振動させ、または振動体
に軸回りの歪みが与えられる。そして、前記振動体が接
する可動体が、前記振動体との摩擦により直線的に連続
送りされ、または前記摩擦により可動体が軸回りに回転
させられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記圧電モータは、低
速度回転で高トルクを実現でき、また低騒音である点で
優れている。しかし、振動体と可動体との摩擦力で、前
記可動体を動作させる構造であるため、摩擦によるエネ
ルギー損失が発生し、エネルギーの伝達効率が必ずしも
良いとはいえない。また摩擦力により振動体と可動体と
の接触部に磨耗が生じ、また発熱する問題点がある。ま
た、従来の圧電モータでは、可動体に等速度運動を与え
ることは可能であるが、等加速度運動を与えることはで
きない。
速度回転で高トルクを実現でき、また低騒音である点で
優れている。しかし、振動体と可動体との摩擦力で、前
記可動体を動作させる構造であるため、摩擦によるエネ
ルギー損失が発生し、エネルギーの伝達効率が必ずしも
良いとはいえない。また摩擦力により振動体と可動体と
の接触部に磨耗が生じ、また発熱する問題点がある。ま
た、従来の圧電モータでは、可動体に等速度運動を与え
ることは可能であるが、等加速度運動を与えることはで
きない。
【0004】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、摩擦力が発生する伝達手段を介在させることな
く、支持体を所定の方向へ移動させることができ、また
等加速度運動を生じさせることが可能な振動型アクチュ
エータを提供することを目的としている。
あり、摩擦力が発生する伝達手段を介在させることな
く、支持体を所定の方向へ移動させることができ、また
等加速度運動を生じさせることが可能な振動型アクチュ
エータを提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の振動型アクチュ
エータは、支持体に、所定の質量と、この質量に対し所
定の軸回りに逆向きの角速度を交互に且つ周期的に与え
る角速度付与手段と、前記質量に対し、前記軸と交叉す
る方向への振動を、前記逆向きの角速度が与えられる周
期と同じ周期で与える振動付与手段とが設けられ、前記
質量に対し、前記角速度と前記振動の速度に基づくコリ
オリ力が、前記軸および前記振動方向の双方と交叉する
同じ方向へ与えられ、前記支持体は、このコリオリ力が
作用する方向へ移動可能とされていることを特徴とする
ものである。
エータは、支持体に、所定の質量と、この質量に対し所
定の軸回りに逆向きの角速度を交互に且つ周期的に与え
る角速度付与手段と、前記質量に対し、前記軸と交叉す
る方向への振動を、前記逆向きの角速度が与えられる周
期と同じ周期で与える振動付与手段とが設けられ、前記
質量に対し、前記角速度と前記振動の速度に基づくコリ
オリ力が、前記軸および前記振動方向の双方と交叉する
同じ方向へ与えられ、前記支持体は、このコリオリ力が
作用する方向へ移動可能とされていることを特徴とする
ものである。
【0006】また、支持体と、この支持体が移動する固
定部との間に、クラッチ機構を有するローラやレールま
たは摩擦機構を介在させ、支持体が前記コリオリ力が作
用する方向にのみ移動し、これと逆方向へ移動しないよ
うに構成することが好ましい。
定部との間に、クラッチ機構を有するローラやレールま
たは摩擦機構を介在させ、支持体が前記コリオリ力が作
用する方向にのみ移動し、これと逆方向へ移動しないよ
うに構成することが好ましい。
【0007】例えば、前記質量を有する振動子が設けら
れ、前記角速度付与手段と前記振動付与手段とで、前記
振動子に軸回りの捻り振動と、前記軸と交叉する方向へ
の曲げ振動の、複合振動が与えられるものとなる。
れ、前記角速度付与手段と前記振動付与手段とで、前記
振動子に軸回りの捻り振動と、前記軸と交叉する方向へ
の曲げ振動の、複合振動が与えられるものとなる。
【0008】上記振動子の構成としては、以下のものが
例示される。軸体が設けられ、この軸体は中心部を節と
してその両側にそれぞれ振動子が形成され、前記角速度
付与手段により前記両振動子に互いに逆回りの捻り振動
が与えられ、且つ前記振動付与手段により、両振動子に
前記軸と交叉する方向の互いに逆位相の曲げ振動が与え
られる。
例示される。軸体が設けられ、この軸体は中心部を節と
してその両側にそれぞれ振動子が形成され、前記角速度
付与手段により前記両振動子に互いに逆回りの捻り振動
が与えられ、且つ前記振動付与手段により、両振動子に
前記軸と交叉する方向の互いに逆位相の曲げ振動が与え
られる。
【0009】または、基端部が互いに連結されて平行に
延びる複数の振動子を有する音叉型の振動体が設けら
れ、前記角速度付与手段により、各振動子に互いに逆回
りの捻り振動が与えられ、且つ前記振動付与手段によ
り、各振動子に対し振動子の自由端が開閉する振動が与
えられる。
延びる複数の振動子を有する音叉型の振動体が設けら
れ、前記角速度付与手段により、各振動子に互いに逆回
りの捻り振動が与えられ、且つ前記振動付与手段によ
り、各振動子に対し振動子の自由端が開閉する振動が与
えられる。
【0010】あるいは、円板状の振動子が設けられ、前
記角速度付与手段により、前記円板に対しその軸回りの
角速度が与えられ、且つ前記振動付与手段により、前記
円板に、前記軸に交叉する方向への膨張と収縮とを交互
に繰り返す振動が与えられる。
記角速度付与手段により、前記円板に対しその軸回りの
角速度が与えられ、且つ前記振動付与手段により、前記
円板に、前記軸に交叉する方向への膨張と収縮とを交互
に繰り返す振動が与えられる。
【0011】本発明では、空間内または液体内で移動可
能な支持体が設けられ、この支持体上に設けられた所定
の質量に、互いに逆方向の角速度が与えられ、且つこの
角速度が変化する周期に同期させて、前記質量に、角速
度の中心となる軸と交叉する方向、好ましくは直交する
方向へ振動が与えられる。この振動による質量の速度と
前記角速度とで、コリオリ力が発生する。前記の角速度
の周期と振動の周期が同期しているため、前記コリオリ
力は常に同じ方向へ高い周波数の増減力として作用す
る。よって支持体は空間内または液体内で移動する。特
に、支持体をコリオリ力が作用する方向へのみ移動でき
るようにしその逆方向へ移動できない構造としておくこ
とにより、支持体はコリオリ力が作用する方向へスムー
スに移動できるようになる。
能な支持体が設けられ、この支持体上に設けられた所定
の質量に、互いに逆方向の角速度が与えられ、且つこの
角速度が変化する周期に同期させて、前記質量に、角速
度の中心となる軸と交叉する方向、好ましくは直交する
方向へ振動が与えられる。この振動による質量の速度と
前記角速度とで、コリオリ力が発生する。前記の角速度
の周期と振動の周期が同期しているため、前記コリオリ
力は常に同じ方向へ高い周波数の増減力として作用す
る。よって支持体は空間内または液体内で移動する。特
に、支持体をコリオリ力が作用する方向へのみ移動でき
るようにしその逆方向へ移動できない構造としておくこ
とにより、支持体はコリオリ力が作用する方向へスムー
スに移動できるようになる。
【0012】この振動型アクチュエータは、振動力が支
持体の駆動力に変換される過程で、従来の圧電モータの
ような摩擦力に頼る部分が存在しないため、移動抵抗
は、支持体が移動する際の摩擦抵抗、空気抵抗、流体抵
抗などのみとなり、エネルギーの利用効率がよくなる。
また従来の圧電モータのように、摩擦による磨耗しやす
い部分や、発熱する部分がなくなる。よって長寿命を実
現でき、また使用している環境に大きな熱を与えること
がなく、恒温環境化での使用に適する。
持体の駆動力に変換される過程で、従来の圧電モータの
ような摩擦力に頼る部分が存在しないため、移動抵抗
は、支持体が移動する際の摩擦抵抗、空気抵抗、流体抵
抗などのみとなり、エネルギーの利用効率がよくなる。
また従来の圧電モータのように、摩擦による磨耗しやす
い部分や、発熱する部分がなくなる。よって長寿命を実
現でき、また使用している環境に大きな熱を与えること
がなく、恒温環境化での使用に適する。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の振動型アクチュエ
ータの第1の実施の形態を示す斜視図、図2(A)
(B)はその動作モードの説明図である。支持体1は、
空間内や液体内で移動可能なものであり、例えば車輪2
を有し、またはレールなどを有してy方向へ移動可能と
されている。特に支持体が+y方向にのみ移動でき、そ
の逆方向へ移動できないように、一方向クラッチローラ
などを設けることが好ましい。
ータの第1の実施の形態を示す斜視図、図2(A)
(B)はその動作モードの説明図である。支持体1は、
空間内や液体内で移動可能なものであり、例えば車輪2
を有し、またはレールなどを有してy方向へ移動可能と
されている。特に支持体が+y方向にのみ移動でき、そ
の逆方向へ移動できないように、一方向クラッチローラ
などを設けることが好ましい。
【0014】支持体1の上には、この支持体1の移動方
向となるy方向と直交する方向に軸Oを有する振動子3
が設けられている。この振動子3は、円柱状の腕部3a
とこの腕部3aの自由端に固定された錘3bとを有して
おり、腕部3aの基端部は、支持体1の上面に固定され
ている。前記振動子3の腕部3aは恒弾性材料により形
成されている。振動子3の腕部3aのうちの振動部分の
質量をm1、錘3bの質量をm2とすると、この振動子
3の振動部分の質量は、ほぼM=m1+m2である。
向となるy方向と直交する方向に軸Oを有する振動子3
が設けられている。この振動子3は、円柱状の腕部3a
とこの腕部3aの自由端に固定された錘3bとを有して
おり、腕部3aの基端部は、支持体1の上面に固定され
ている。前記振動子3の腕部3aは恒弾性材料により形
成されている。振動子3の腕部3aのうちの振動部分の
質量をm1、錘3bの質量をm2とすると、この振動子
3の振動部分の質量は、ほぼM=m1+m2である。
【0015】腕部3aの基端には、角速度付与手段とし
て、捻り振動を発生する圧電素子4が設けられている。
この圧電素子4により、前記腕部3aおよび錘3bに対
して軸Oに対して時計回りの角速度+Ωと、これと逆向
きの反時計回りの角速度−Ωとが、交互に一定の周期で
与えられる。また腕部3aのx方向の両側面または片側
面に、振動付与手段として、圧電素子5が貼着されてい
る。この圧電素子5により、腕部3aおよび錘3bに、
x方向への曲げ振動が与えられ、腕部3aおよび錘3b
に、前記軸Oと直交する+x方向への速度+Vと、−x
方向への速度−Vとが、交互に与えられる。
て、捻り振動を発生する圧電素子4が設けられている。
この圧電素子4により、前記腕部3aおよび錘3bに対
して軸Oに対して時計回りの角速度+Ωと、これと逆向
きの反時計回りの角速度−Ωとが、交互に一定の周期で
与えられる。また腕部3aのx方向の両側面または片側
面に、振動付与手段として、圧電素子5が貼着されてい
る。この圧電素子5により、腕部3aおよび錘3bに、
x方向への曲げ振動が与えられ、腕部3aおよび錘3b
に、前記軸Oと直交する+x方向への速度+Vと、−x
方向への速度−Vとが、交互に与えられる。
【0016】圧電素子4に与えられる駆動電力と、圧電
素子5に与えられる駆動電力は、その周期が一致してい
る。その結果、振動子3は、捻り振動と曲げ振動との複
合振動を発生する。また、図2(A)に示すように、振
動子3に対し角速度−Ωが与えられているときに、曲げ
振動による速度−Vが与えられ、図2(B)に示すよう
に、角速度+Ωが与えられるとき、曲げ振動による速度
+Vが与えられる。その結果、支持体1に搭載されてい
る運動系により、前記角速度Ωの中心となる軸O方向
(z方向)、および速度Vが与えられる振動方向(x方
向)の双方に直交する方向(y方向)に、コリオリ力F
cが作用し、支持体1は+y方向への力を受けて移動す
る。このコリオリ力は、前記捻り振動および曲げ振動の
周期と同じ周期で増減するものであるが、この増減する
コリオリ力の平均値が、支持体1に対する移動力として
常に作用し、その結果、支持体1は等加速度運動を生じ
る。
素子5に与えられる駆動電力は、その周期が一致してい
る。その結果、振動子3は、捻り振動と曲げ振動との複
合振動を発生する。また、図2(A)に示すように、振
動子3に対し角速度−Ωが与えられているときに、曲げ
振動による速度−Vが与えられ、図2(B)に示すよう
に、角速度+Ωが与えられるとき、曲げ振動による速度
+Vが与えられる。その結果、支持体1に搭載されてい
る運動系により、前記角速度Ωの中心となる軸O方向
(z方向)、および速度Vが与えられる振動方向(x方
向)の双方に直交する方向(y方向)に、コリオリ力F
cが作用し、支持体1は+y方向への力を受けて移動す
る。このコリオリ力は、前記捻り振動および曲げ振動の
周期と同じ周期で増減するものであるが、この増減する
コリオリ力の平均値が、支持体1に対する移動力として
常に作用し、その結果、支持体1は等加速度運動を生じ
る。
【0017】また、車輪2を一方向クラッチローラとし
ておき、支持体1が+y方向へのみ移動できる構造にし
ておくと、振動子3に対して周期的に作用するコリオリ
力Fcにより、支持体1が+Y方向へスムースに移動で
きるようになる。ここで前記コリオリ力Fc(絶対値)
は、以下の数1で表される
ておき、支持体1が+y方向へのみ移動できる構造にし
ておくと、振動子3に対して周期的に作用するコリオリ
力Fcにより、支持体1が+Y方向へスムースに移動で
きるようになる。ここで前記コリオリ力Fc(絶対値)
は、以下の数1で表される
【0018】
【数1】Fc=2・M・V・Ω
【0019】(ただし、Fc,V,Ω,はそれぞれ絶対
値) 次に、前記ΩおよびVを求める。振動子3の捻り振動の
最大振幅をAθ(rad;ラジアン)、振動子3のx方
向への曲げ振動の最大振幅をAuとすると、捻り振動に
よる振動子3の変位量θおよび曲げ振動の変位量uは、
以下の式で近似できる。
値) 次に、前記ΩおよびVを求める。振動子3の捻り振動の
最大振幅をAθ(rad;ラジアン)、振動子3のx方
向への曲げ振動の最大振幅をAuとすると、捻り振動に
よる振動子3の変位量θおよび曲げ振動の変位量uは、
以下の式で近似できる。
【0020】
【数2】θ=Aθ・cos(ω・t) u=Au・cos(ω・t)
【0021】(ただし、ω=2・π・fである。fは振
動周波数であるが、捻り振動と曲げ振動が同期している
ため、捻り振動と曲げ振動においてωは同一である。t
は時間である。)よって、経時的に変化する捻り振動に
より振動子3に生じる角速度Ωと、曲げ振動により振動
子3に生じる速度Vは以下の通りである。
動周波数であるが、捻り振動と曲げ振動が同期している
ため、捻り振動と曲げ振動においてωは同一である。t
は時間である。)よって、経時的に変化する捻り振動に
より振動子3に生じる角速度Ωと、曲げ振動により振動
子3に生じる速度Vは以下の通りである。
【0022】
【数3】 Ω=(dθ/dt)=Aθ・ω・sin(ω・t) V=(du/dt)=Au・ω・sin(ω・t)
【0023】例えば、前記質量M=10(g)、振動周
波数f=20(kHz)、捻りによる最大振幅Aθ=π
/180(rad)、曲げ振動による最大振幅Au=
1.0(μm)、とすると、前記コリオリ力Fcは、約
551.2×103(dyne)であり、これはほぼ5
60(g重)である。この条件のとき、支持体1は常に
前記コリオリ力Fcを受けながら、等加速度運動を生じ
る。また、このアクチュエータにより、常に他の被制御
物に押圧力を与え続けることも可能である。
波数f=20(kHz)、捻りによる最大振幅Aθ=π
/180(rad)、曲げ振動による最大振幅Au=
1.0(μm)、とすると、前記コリオリ力Fcは、約
551.2×103(dyne)であり、これはほぼ5
60(g重)である。この条件のとき、支持体1は常に
前記コリオリ力Fcを受けながら、等加速度運動を生じ
る。また、このアクチュエータにより、常に他の被制御
物に押圧力を与え続けることも可能である。
【0024】図3は本発明の振動型アクチュエータの第
2の実施の形態を示す斜視図、図4(A)(B)はその
動作モードの説明図である。図3に示す振動型アクチュ
エータでは、支持体1の上に所定の質量の軸体13が、
その軸中心Oをx方向に向けて設置されている。この軸
体13は恒弾性材料で形成されており、その軸方向の中
心が、振動の節となるように、ブラケット11で、支持
体1上に剛性支持されている。そしてこのブラケット1
1での支持部の両側の部分が振動子13aと振動子13
bになっている。
2の実施の形態を示す斜視図、図4(A)(B)はその
動作モードの説明図である。図3に示す振動型アクチュ
エータでは、支持体1の上に所定の質量の軸体13が、
その軸中心Oをx方向に向けて設置されている。この軸
体13は恒弾性材料で形成されており、その軸方向の中
心が、振動の節となるように、ブラケット11で、支持
体1上に剛性支持されている。そしてこのブラケット1
1での支持部の両側の部分が振動子13aと振動子13
bになっている。
【0025】振動子13aと13bの基端部とブラケッ
ト11との間には、角速度付与手段として捻り振動型の
圧電素子14,14が介装されている。また各振動子1
3aと13bのz方向の両側面または一方の側面に、振
動付与手段として曲げ振動を生じさせる圧電素子15,
15が貼着されている。この実施の形態では、圧電素子
14と14とで、振動子13aと13bに対し、軸中心
O回りの互いに逆向きの捻り振動が与えられる。例えば
振動子13aが角速度−Ωを生じる捻り振動の位相のと
き、振動子13bは角速度+Ωを生じる捻り振動の位相
となる。また、振動子13aが+Ωの角速度を持つと
き、振動子13bは−Ωの角速度を持つ。
ト11との間には、角速度付与手段として捻り振動型の
圧電素子14,14が介装されている。また各振動子1
3aと13bのz方向の両側面または一方の側面に、振
動付与手段として曲げ振動を生じさせる圧電素子15,
15が貼着されている。この実施の形態では、圧電素子
14と14とで、振動子13aと13bに対し、軸中心
O回りの互いに逆向きの捻り振動が与えられる。例えば
振動子13aが角速度−Ωを生じる捻り振動の位相のと
き、振動子13bは角速度+Ωを生じる捻り振動の位相
となる。また、振動子13aが+Ωの角速度を持つと
き、振動子13bは−Ωの角速度を持つ。
【0026】また圧電素子15,15により、振動子1
3aと振動子13bに対しz方向への互いに逆向きの
(逆位相となる)曲げ振動が与えられる。例えば、振動
子13aに速度−Vを有する曲げ振動が与えられると
き、振動子13bにはその逆向きの速度+Vを有する曲
げ振動が与えられる。しかも、捻り振動の周波数と、曲
げ振動の周波数は一致しており、捻り振動と曲げ振動は
同期している。
3aと振動子13bに対しz方向への互いに逆向きの
(逆位相となる)曲げ振動が与えられる。例えば、振動
子13aに速度−Vを有する曲げ振動が与えられると
き、振動子13bにはその逆向きの速度+Vを有する曲
げ振動が与えられる。しかも、捻り振動の周波数と、曲
げ振動の周波数は一致しており、捻り振動と曲げ振動は
同期している。
【0027】図4(A)に示すように、振動子13aに
角速度−Ωが与えられているとき、振動子13aにはz
方向の速度−Vが与えられ、このとき振動子13bに角
速度+Ωが与えられ、且つ振動子13bにはz方向の速
度+Vが与えられる。よって、支持体1には、捻り振動
の軸(x方向)と、曲げ振動の方向(z方向)の双方に
対して直交する+y方向へ常にコリオリ力Fcが作用す
る。図4(B)は、捻り振動および曲げ振動の位相が図
4(B)と逆となった瞬間を示している。このときに、
振動子13aと13bに与えられる捻り振動の角速度Ω
の方向および曲げ振動による速度Vの方向が、図4
(A)と逆向きとなるが、このときも、+y方向へコリ
オリ力が発生し、支持体1は+y方向へ等加速度にて移
動する。
角速度−Ωが与えられているとき、振動子13aにはz
方向の速度−Vが与えられ、このとき振動子13bに角
速度+Ωが与えられ、且つ振動子13bにはz方向の速
度+Vが与えられる。よって、支持体1には、捻り振動
の軸(x方向)と、曲げ振動の方向(z方向)の双方に
対して直交する+y方向へ常にコリオリ力Fcが作用す
る。図4(B)は、捻り振動および曲げ振動の位相が図
4(B)と逆となった瞬間を示している。このときに、
振動子13aと13bに与えられる捻り振動の角速度Ω
の方向および曲げ振動による速度Vの方向が、図4
(A)と逆向きとなるが、このときも、+y方向へコリ
オリ力が発生し、支持体1は+y方向へ等加速度にて移
動する。
【0028】図5は本発明の振動型アクチュエータの第
3の実施の形態を示す斜視図、図6(A)(B)はその
動作モードの説明図である。この振動型アクチュエータ
では、図1および図3に示すように+y方向へ移動可能
な支持体の上に音叉型の振動体20が搭載されている。
ただし、図5では支持体1および車輪2の図示を省略し
ている。図5に示す振動体20は圧電材料で形成されて
おり、一対の振動子21aと21bがz方向に平行に延
び、且つ各振動21aと21bの基端部は連結部22に
より一体に連結されている。
3の実施の形態を示す斜視図、図6(A)(B)はその
動作モードの説明図である。この振動型アクチュエータ
では、図1および図3に示すように+y方向へ移動可能
な支持体の上に音叉型の振動体20が搭載されている。
ただし、図5では支持体1および車輪2の図示を省略し
ている。図5に示す振動体20は圧電材料で形成されて
おり、一対の振動子21aと21bがz方向に平行に延
び、且つ各振動21aと21bの基端部は連結部22に
より一体に連結されている。
【0029】各振動子21aと21bは厚さ方向(x方
向)へ誘電分極されている。振動子21bの外面には、
角速度付与手段として、捻り振動を生じさせるための電
極23と24が、y方向の両縁部で且つz方向に距離を
開けて形成されており、y方向の中央部には、振動付与
手段として曲げ振動を生じさせる電極25が設けられて
いる。また、振動子21bの内面にはアース電極26が
形成されている。他方の振動子21aにも振動子21b
と対称に電極が形成されている。ただし、一方の振動子
のみに電極が形成されていてもよい。
向)へ誘電分極されている。振動子21bの外面には、
角速度付与手段として、捻り振動を生じさせるための電
極23と24が、y方向の両縁部で且つz方向に距離を
開けて形成されており、y方向の中央部には、振動付与
手段として曲げ振動を生じさせる電極25が設けられて
いる。また、振動子21bの内面にはアース電極26が
形成されている。他方の振動子21aにも振動子21b
と対称に電極が形成されている。ただし、一方の振動子
のみに電極が形成されていてもよい。
【0030】この振動体20では、角速度付与手段とな
る電極23と24とに位相が180度相違する逆位相の
駆動電圧が与えられる。よって、電極23が形成されて
いる部分で振動子21bの圧電材料が膨張するときに、
電極24が形成されている部分で振動子21bの圧電材
料が収縮し、次に電極23が形成されている部分で圧電
材料が収縮すると、電極24が形成されている部分で圧
電材料が膨張する。よって、振動子21bにはz方向に
延びる軸を中心として捻り振動を生じる。さらに、中央
に設けられた電極25に、前記電極23,24に与えら
れる駆動電圧と同じ周波数の駆動電圧が与えられるが、
この電極25は振動子21bの中央に形成されているた
め、この電極25に与えられる駆動電圧により、振動子
21bはx方向へ振動する。
る電極23と24とに位相が180度相違する逆位相の
駆動電圧が与えられる。よって、電極23が形成されて
いる部分で振動子21bの圧電材料が膨張するときに、
電極24が形成されている部分で振動子21bの圧電材
料が収縮し、次に電極23が形成されている部分で圧電
材料が収縮すると、電極24が形成されている部分で圧
電材料が膨張する。よって、振動子21bにはz方向に
延びる軸を中心として捻り振動を生じる。さらに、中央
に設けられた電極25に、前記電極23,24に与えら
れる駆動電圧と同じ周波数の駆動電圧が与えられるが、
この電極25は振動子21bの中央に形成されているた
め、この電極25に与えられる駆動電圧により、振動子
21bはx方向へ振動する。
【0031】よって、振動子21bは、z軸回りに角速
度+Ωと−Ωが交互に変化する捻り振動と、x方向への
曲げ振動との複合振動を生じる。振動子21aにも同様
に電極が設けられて駆動電圧が与えられ、あるいは振動
子21bにのみ電極が設けられるが、いずれにせよ振動
体20全体で所定の固有振動数で振動が発生する。すな
わち、振動子21aと振動子21bの捻り振動の方向は
図6(A)(B)に示すように常に互いに逆であり、一
方の振動子に角速度+Ωが発生しているとき、他方の振
動子に角速度−Ωが発生する。また、振動子21aと2
1bのx方向の曲げ振動は、振動子21aと振動子21
bの自由端が共に閉じる方向への曲げと開く方向への曲
げとが交互に繰返される。そして、前記の捻り振動と曲
げ振動の周波数と同じに設定されている。
度+Ωと−Ωが交互に変化する捻り振動と、x方向への
曲げ振動との複合振動を生じる。振動子21aにも同様
に電極が設けられて駆動電圧が与えられ、あるいは振動
子21bにのみ電極が設けられるが、いずれにせよ振動
体20全体で所定の固有振動数で振動が発生する。すな
わち、振動子21aと振動子21bの捻り振動の方向は
図6(A)(B)に示すように常に互いに逆であり、一
方の振動子に角速度+Ωが発生しているとき、他方の振
動子に角速度−Ωが発生する。また、振動子21aと2
1bのx方向の曲げ振動は、振動子21aと振動子21
bの自由端が共に閉じる方向への曲げと開く方向への曲
げとが交互に繰返される。そして、前記の捻り振動と曲
げ振動の周波数と同じに設定されている。
【0032】図6(A)に示すように、振動子21aが
捻り振動による−Ωの角速度を持つとき、振動子21b
は+Ωの角速度を持ち、同時に振動子21aは曲げ振動
による−Vの速度を持ち、振動子21bは速度+Vを持
つ。このとき両振動子21aと21bに+y方向へのコ
リオリ力が発生する。その直後に、図6(B)に示すよ
うに、振動子21aに角速度+Ωが、振動子21bに角
速度−Ωが発生し、同時に振動子21aに速度+Vが、
振動子21bに速度−Vが発生する。このとき各振動子
21aと21bに作用するコリオリ力Fcが作用する方
向も+y方向である。
捻り振動による−Ωの角速度を持つとき、振動子21b
は+Ωの角速度を持ち、同時に振動子21aは曲げ振動
による−Vの速度を持ち、振動子21bは速度+Vを持
つ。このとき両振動子21aと21bに+y方向へのコ
リオリ力が発生する。その直後に、図6(B)に示すよ
うに、振動子21aに角速度+Ωが、振動子21bに角
速度−Ωが発生し、同時に振動子21aに速度+Vが、
振動子21bに速度−Vが発生する。このとき各振動子
21aと21bに作用するコリオリ力Fcが作用する方
向も+y方向である。
【0033】図5に示す音叉型の振動体20の各振動子
21aと21bの断面形状では、コリオリ力Fcが作用
する方向の幅寸法が大きく+y方向への剛性が高くなっ
ている。よって、前記コリオリ力Fcが作用したとき
に、振動子21aと21bは+y方向へ変形しにくく、
前記コリオリ力Fcは、主に支持体1に対する移動力と
して作用しやすくなっている。
21aと21bの断面形状では、コリオリ力Fcが作用
する方向の幅寸法が大きく+y方向への剛性が高くなっ
ている。よって、前記コリオリ力Fcが作用したとき
に、振動子21aと21bは+y方向へ変形しにくく、
前記コリオリ力Fcは、主に支持体1に対する移動力と
して作用しやすくなっている。
【0034】図7(A)(B)は、図5に示す振動体の
変形例であり、圧電材料などで形成されているが、この
振動体では、基端が固定された3本の平行な振動子21
c,21d,21eが一体に形成されている。各振動子
21c,21d,21e,あるいは例えば中央の振動子
21dに、図5に示す振動子21bと同じ電極が設けら
れ、3個の振動子21c,21d,21eが共に固有振
動数で振動する。
変形例であり、圧電材料などで形成されているが、この
振動体では、基端が固定された3本の平行な振動子21
c,21d,21eが一体に形成されている。各振動子
21c,21d,21e,あるいは例えば中央の振動子
21dに、図5に示す振動子21bと同じ電極が設けら
れ、3個の振動子21c,21d,21eが共に固有振
動数で振動する。
【0035】図7(A)に示すように、ある時点で、振
動子21cと振動子21eに、捻り振動による角速度−
Ωが生じるとき、中央の振動子21dには前記と逆の角
速度+Ωが生じる。同時に振動子21cと21eには、
曲げ振動により、x方向へ速度−Vが、振動子21dに
は速度+Vが生じる。次の位相では、図7(B)に示す
ように、振動子21cと振動子21eに角速度+Ωが、
振動子21dに角速度−Ωが作用し、振動子21cと2
1eに速度+Vが、振動子21dに速度−Vが作用す
る。よって図7(A)の位相と図7(B)の位相とで、
コリオリ力Fcが作用し、この振動体が搭載された支持
体にコリオリ力Fcによる駆動力が与えられる。
動子21cと振動子21eに、捻り振動による角速度−
Ωが生じるとき、中央の振動子21dには前記と逆の角
速度+Ωが生じる。同時に振動子21cと21eには、
曲げ振動により、x方向へ速度−Vが、振動子21dに
は速度+Vが生じる。次の位相では、図7(B)に示す
ように、振動子21cと振動子21eに角速度+Ωが、
振動子21dに角速度−Ωが作用し、振動子21cと2
1eに速度+Vが、振動子21dに速度−Vが作用す
る。よって図7(A)の位相と図7(B)の位相とで、
コリオリ力Fcが作用し、この振動体が搭載された支持
体にコリオリ力Fcによる駆動力が与えられる。
【0036】図8(A)(B)(C)は、本発明の振動
型アクチュエータの第4の実施の形態を示すものであ
り、(A)は斜視図、(B)は側面図、(C)は平面図
である。車輪2を有する支持体1の上に、駆動軸31が
設けられ、この駆動軸31の上端に、所定質量の円板状
の振動子32が固定されている。図8(B)に示すよう
に、前記駆動軸31には、角速度付与手段として捻り振
動型の圧電素子33が設けられ、この圧電素子33によ
り、振動子32に対して軸O回りの互いに逆向きの角速
度+Ωと−Ωが交互に与えられる。
型アクチュエータの第4の実施の形態を示すものであ
り、(A)は斜視図、(B)は側面図、(C)は平面図
である。車輪2を有する支持体1の上に、駆動軸31が
設けられ、この駆動軸31の上端に、所定質量の円板状
の振動子32が固定されている。図8(B)に示すよう
に、前記駆動軸31には、角速度付与手段として捻り振
動型の圧電素子33が設けられ、この圧電素子33によ
り、振動子32に対して軸O回りの互いに逆向きの角速
度+Ωと−Ωが交互に与えられる。
【0037】前記振動子32は圧電材料で形成されてお
り、厚み方向に分極されている。振動子32の表面に
は、振動付与手段として、x方向に2分割された駆動電
極35aと35bが形成され、裏面には前面にアース電
極が形成されている。駆動電極35aと35bには位相
が互いに180度相違する駆動電圧が与えられる。また
この駆動電圧の周波数は、捻り振動を発生する圧電素子
33に与えられる駆動電圧の周波数と同じであり且つ同
期している。
り、厚み方向に分極されている。振動子32の表面に
は、振動付与手段として、x方向に2分割された駆動電
極35aと35bが形成され、裏面には前面にアース電
極が形成されている。駆動電極35aと35bには位相
が互いに180度相違する駆動電圧が与えられる。また
この駆動電圧の周波数は、捻り振動を発生する圧電素子
33に与えられる駆動電圧の周波数と同じであり且つ同
期している。
【0038】図8(C)に示すように、駆動電極35a
と35bに位相が180度相違する駆動電圧が与えられ
ると、ある時点では、振動子32のx方向に分割された
半分が延び、他方の半分が縮む。次の時点で、膨張と収
縮が前記と逆になる。これは(1,1)モードと称さ
れ、x方向へ交番的に速度+Vと−Vを発生する。この
x方向の速度と、捻り振動による角速度−Ω,+Ωとが
同期しているため、支持体1にy方向のコリオリ力Fc
が作用し、支持体1が等加速度で移動する。
と35bに位相が180度相違する駆動電圧が与えられ
ると、ある時点では、振動子32のx方向に分割された
半分が延び、他方の半分が縮む。次の時点で、膨張と収
縮が前記と逆になる。これは(1,1)モードと称さ
れ、x方向へ交番的に速度+Vと−Vを発生する。この
x方向の速度と、捻り振動による角速度−Ω,+Ωとが
同期しているため、支持体1にy方向のコリオリ力Fc
が作用し、支持体1が等加速度で移動する。
【0039】
【発明の効果】以上のように本発明では、コリオリ力を
利用することにより、駆動力発生部に摩擦力を生じない
駆動力を発揮できる。また発熱も摩耗も生じにくく、長
寿命で、且つ恒温環境下で使用しやすいものとなる。さ
らに等加速度運動も実現できる。
利用することにより、駆動力発生部に摩擦力を生じない
駆動力を発揮できる。また発熱も摩耗も生じにくく、長
寿命で、且つ恒温環境下で使用しやすいものとなる。さ
らに等加速度運動も実現できる。
【図1】本発明の振動型アクチュエータの第1の実施の
形態を示す斜視図、
形態を示す斜視図、
【図2】(A)(B)は図1のアクチュエータの動作モ
ードの説明図、
ードの説明図、
【図3】本発明の振動型アクチュエータの第2の実施の
形態を示す斜視図、
形態を示す斜視図、
【図4】(A)(B)は図3のアクチュエータの動作モ
ードの説明図、
ードの説明図、
【図5】本発明の振動型アクチュエータの第3の実施の
形態を示す斜視図、
形態を示す斜視図、
【図6】(A)(B)は図5のアクチュエータの動作モ
ードの説明図、
ードの説明図、
【図7】(A)(B)は図5のアクチュエータの変形例
における動作モードの説明図、
における動作モードの説明図、
【図8】本発明の振動型アクチュエータの第4の実施の
形態を示すものであり、(A)は斜視図、(B)は側面
図、(C)は平面図、
形態を示すものであり、(A)は斜視図、(B)は側面
図、(C)は平面図、
1 支持体 2 車輪 3 振動子 4 角速度付与手段となる圧電素子 5 振動付与手段となる圧電素子 13 軸体 13a,13b 振動子 14 角速度付与手段となる圧電素子 15 振動付与手段となる圧電素子 20 音叉型の振動体 21a,21b 振動子 23,24,25 電極 31 駆動軸 32 円板状の振動子
Claims (5)
- 【請求項1】 支持体に、所定の質量と、この質量に対
し所定の軸回りに逆向きの角速度を交互に且つ周期的に
与える角速度付与手段と、前記質量に対し、前記軸と交
叉する方向への振動を、前記逆向きの角速度が与えられ
る周期と同じ周期で与える振動付与手段とが設けられ、
前記質量に対し、前記角速度と前記振動の速度に基づく
コリオリ力が、前記軸および前記振動方向の双方と交叉
する同じ方向へ与えられ、前記支持体は、このコリオリ
力が作用する方向へ移動可能とされていることを特徴と
する振動型アクチュエータ。 - 【請求項2】 前記質量を有する振動子が設けられ、前
記角速度付与手段と前記振動付与手段とで、前記振動子
に軸回りの捻り振動と、前記軸と交叉する方向への曲げ
振動の、複合振動が与えられる請求項1記載の振動型ア
クチュエータ。 - 【請求項3】 軸体が設けられ、この軸体は中心部を節
としてその両側にそれぞれ振動子が形成され、前記角速
度付与手段により前記両振動子に互いに逆回りの捻り振
動が与えられ、且つ前記振動付与手段により、両振動子
に前記軸と交叉する方向の互いに逆位相の曲げ振動が与
えられる請求項2記載の振動型アクチュエータ。 - 【請求項4】 基端部が互いに連結されて平行に延びる
複数の振動子を有する音叉型の振動体が設けられ、前記
角速度付与手段により、各振動子に互いに逆回りの捻り
振動が与えられ、且つ前記振動付与手段により、各振動
子に対し振動子の自由端が開閉する振動が与えられる請
求項2記載の振動型アクチュエータ。 - 【請求項5】 円板状の振動子が設けられ、前記角速度
付与手段により、前記円板に対しその軸回りの角速度が
与えられ、且つ前記振動付与手段により、前記円板に、
前記軸に交叉する方向への膨張と収縮とを交互に繰り返
す振動が与えられる請求項2記載の振動型アクチュエー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9242552A JPH1189257A (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 振動型アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9242552A JPH1189257A (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 振動型アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1189257A true JPH1189257A (ja) | 1999-03-30 |
Family
ID=17090808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9242552A Withdrawn JPH1189257A (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 振動型アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1189257A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007527689A (ja) * | 2004-02-17 | 2007-09-27 | ピエゾモーター ウプサラ エイビー | 広周波数域電気機械式アクチュエータ |
-
1997
- 1997-09-08 JP JP9242552A patent/JPH1189257A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007527689A (ja) * | 2004-02-17 | 2007-09-27 | ピエゾモーター ウプサラ エイビー | 広周波数域電気機械式アクチュエータ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041207 |