JP2669913B2 - 振動波駆動装置および振動波駆動装置を駆動源とする移動機器 - Google Patents
振動波駆動装置および振動波駆動装置を駆動源とする移動機器Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/08—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、振動波駆動装置および振動波駆動装置を駆
動源とする移動機器に関する。
動源とする移動機器に関する。
［従来の技術］ リング状の金属などの弾性体に圧電素子などの電気−
機械エネルギー変換素子を貼りつけた振動体に該電気−
機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加することによ
り、該弾性体に進行性振動波を励起させ、表面粒子に楕
円運動を生ぜしめ、加圧接触した部材を回転運動させる
振動波駆動装置は既に実用化され、商品に使用されてい
る。また、直線駆動用の振動波駆動装置は、直線梁状の
弾性体の一端から振動を起こし、他端で吸収させること
により、進行性振動波を起こし、直線駆動するものま
た、閉ループ形状の振動体を使用するものでは、前記リ
ング状振動体の接線力を利用するものや円弧部と直線部
を有する振動体の直線部に接触させて直線運動させる方
法などが提案されていた。
機械エネルギー変換素子を貼りつけた振動体に該電気−
機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加することによ
り、該弾性体に進行性振動波を励起させ、表面粒子に楕
円運動を生ぜしめ、加圧接触した部材を回転運動させる
振動波駆動装置は既に実用化され、商品に使用されてい
る。また、直線駆動用の振動波駆動装置は、直線梁状の
弾性体の一端から振動を起こし、他端で吸収させること
により、進行性振動波を起こし、直線駆動するものま
た、閉ループ形状の振動体を使用するものでは、前記リ
ング状振動体の接線力を利用するものや円弧部と直線部
を有する振動体の直線部に接触させて直線運動させる方
法などが提案されていた。
ここでは、閉ループ形状の振動体及び、それを用いた
自走式振動波駆動装置を図に基づいて説明する。
自走式振動波駆動装置を図に基づいて説明する。
第２図は、従来の円弧部と直線部を有する振動体１の
一例であり、等間隔な溝1cを有する弾性体1aに、圧電素
子群1bが接合されている。
一例であり、等間隔な溝1cを有する弾性体1aに、圧電素
子群1bが接合されている。
第４図（ａ），（ｂ）は上記振動体を用いた自走式振
動波駆動装置の一例を示す。１は振動体、９は振動体１
と摩擦接触するレール状の摩擦部材で、摩擦部材９は振
動絶縁材２（例えばフェルト）を介して加圧バネ３によ
って振動体１と圧接している。
動波駆動装置の一例を示す。１は振動体、９は振動体１
と摩擦接触するレール状の摩擦部材で、摩擦部材９は振
動絶縁材２（例えばフェルト）を介して加圧バネ３によ
って振動体１と圧接している。
６はくし歯状の移動止めで、そのくし歯部6aが基台８
上の摩擦部材９と接触していない部分の振動体１のスリ
ットに差し込まれており、該くし歯部6aによりスリット
の底部に配置されたフェルト５を介して振動体１を支持
している。
上の摩擦部材９と接触していない部分の振動体１のスリ
ットに差し込まれており、該くし歯部6aによりスリット
の底部に配置されたフェルト５を介して振動体１を支持
している。
振動体１は、移動止め６、加圧バネ３等を介して置載
台４に支持されており、置載台４は予定移動方向以外の
変位を拘束する拘束部材７によって支持されている。
台４に支持されており、置載台４は予定移動方向以外の
変位を拘束する拘束部材７によって支持されている。
［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、上記従来例では、振動体１の振動のご
く一部のみ駆動に使用するため、効率が低く、また、振
動体と相対運動する被駆動体（接触体）との接触が均一
に当たりにくく、駆動力が増減したり、局部的に摩耗す
る欠点もしくは、振動体１及び被駆動体の接触面の平行
出し及び均一加圧を行なうために、部品点数や調整時間
の増加をまねくなどの欠点をもっていた。
く一部のみ駆動に使用するため、効率が低く、また、振
動体と相対運動する被駆動体（接触体）との接触が均一
に当たりにくく、駆動力が増減したり、局部的に摩耗す
る欠点もしくは、振動体１及び被駆動体の接触面の平行
出し及び均一加圧を行なうために、部品点数や調整時間
の増加をまねくなどの欠点をもっていた。
つまり、弾性体１上に形成される進行波の進行方向
は、対向する直線部において逆方向であるため、両直線
部を直線駆動に供することはできないのである。したが
って、一方の直線部のみしか駆動に供することができ
ず、上記した欠点が生じることになる。
は、対向する直線部において逆方向であるため、両直線
部を直線駆動に供することはできないのである。したが
って、一方の直線部のみしか駆動に供することができ
ず、上記した欠点が生じることになる。
本発明の目的は、上記した欠点を解消し、両直線部を
同時に直線駆動のために供することができる振動波駆動
装置および振動波駆動装置を駆動源とする移動機器を提
供することにある。
同時に直線駆動のために供することができる振動波駆動
装置および振動波駆動装置を駆動源とする移動機器を提
供することにある。
［課題を解決するための手段及び作用］ 上記の目的を達成するために、本発明では、閉ループ
状に形成された振動体に進行性振動波を発生させ、該振
動体と該振動体に接触する接触体とを相対移動させる振
動波駆動装置において、前記振動体に少なくとも２つの
突起群が前記接触体との接触方向側であり且つ対向する
ように設けられ、該２つの突起群の一方の突起群は奇数
次モードで振動し、他方の突起群は偶数次モードで振動
するように前記両突起群の突起部の高さ、厚さ、密度お
よびヤング率のうち少なくとも１つを異ならせている。
状に形成された振動体に進行性振動波を発生させ、該振
動体と該振動体に接触する接触体とを相対移動させる振
動波駆動装置において、前記振動体に少なくとも２つの
突起群が前記接触体との接触方向側であり且つ対向する
ように設けられ、該２つの突起群の一方の突起群は奇数
次モードで振動し、他方の突起群は偶数次モードで振動
するように前記両突起群の突起部の高さ、厚さ、密度お
よびヤング率のうち少なくとも１つを異ならせている。
この振動波駆動装置によれば、少なくとも２つの突起
群の駆動方向を同方向にすることができるので、接触体
は少なくとも２つの突起群と接触することができ、片当
たりによる送り速度ムラや、部分摩耗等を防止すること
ができ、駆動力の増大を可能とすることができる。
群の駆動方向を同方向にすることができるので、接触体
は少なくとも２つの突起群と接触することができ、片当
たりによる送り速度ムラや、部分摩耗等を防止すること
ができ、駆動力の増大を可能とすることができる。
また、この振動波駆動装置を駆動源とする移動機器に
あっては、高出力で高精度の駆動を行える。
あっては、高出力で高精度の駆動を行える。
［実 施 例］ 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説
明する。
明する。
第１図（ａ）は本発明による振動波駆動装置の一実施
例を示す振動体１の斜視図である。
例を示す振動体１の斜視図である。
図中１は例えばステンレスやリン青銅からなる円弧部
と直線部を有する弾性体1aの下面に、複数個に分極され
た２群の駆動用圧電素子を有し、弾性体1aと同じ横断面
形状の圧電素子群1bを耐熱性のエポキシ樹脂系接着剤な
どで固着した振動体である。また、弾性体1aは、基底部
1a0と、一方の直線部の上面に形成された複数の突起か
らなる突起部第１群1a、及び他方の直線部の上面に形成
された複数の突起からなる突起部第２群1a2よりなり、
第２群1a2の各突起は第１群1a1の各突起よりも周方向の
厚みが薄くなっている。
と直線部を有する弾性体1aの下面に、複数個に分極され
た２群の駆動用圧電素子を有し、弾性体1aと同じ横断面
形状の圧電素子群1bを耐熱性のエポキシ樹脂系接着剤な
どで固着した振動体である。また、弾性体1aは、基底部
1a0と、一方の直線部の上面に形成された複数の突起か
らなる突起部第１群1a、及び他方の直線部の上面に形成
された複数の突起からなる突起部第２群1a2よりなり、
第２群1a2の各突起は第１群1a1の各突起よりも周方向の
厚みが薄くなっている。
また振動体１の駆動モードの共振周波数をfr,突起部
第１群1a1の固定端−自由端振動の１次モードの共振周
波数をf11、突起部第２群1a2の固定端−自由端振動の１
次モードの共振周波数をf21、２次モードの共振周波数
をf22で表すと、その大小関係は、 fr＜f11 ……条件 f21＜fr＜f22 ……条件 となっている。
第１群1a1の固定端−自由端振動の１次モードの共振周
波数をf11、突起部第２群1a2の固定端−自由端振動の１
次モードの共振周波数をf21、２次モードの共振周波数
をf22で表すと、その大小関係は、 fr＜f11 ……条件 f21＜fr＜f22 ……条件 となっている。
ここで第１図（ｂ）のような突起の矢印方向の固定端
−自由端振動の共振周波数はおよそ （l:突起の高さ h:突起の厚さ E:ヤング率 ρ：密
度） で求まる。
−自由端振動の共振周波数はおよそ （l:突起の高さ h:突起の厚さ E:ヤング率 ρ：密
度） で求まる。
このような振動体１を、共振周波数fr付近の交流電圧
を印加して共振させ、進行性振動波を励起させると、振
動体１の各粒子は、楕円運動を起こし、突起部第１群1a
1は、前記条件により第１図（ｃ）のような１次モー
ドで振動し、基底部1a0と突起部第１群1a1の境界の楕円
運動とほぼ同位相で楕円運動をするが、突起部第２群1a
2は、前記条件により第１図（ｄ）のような２次モー
ドで振動し、その先端の粒子は、基底部1a0と突起部第
２群1a2の境界の楕円運動とほぼ180゜位相がずれた楕円
運動をおこす。そのため双方の突起群の先端で楕円運動
の最高点では同一方向に運動していることになる。
を印加して共振させ、進行性振動波を励起させると、振
動体１の各粒子は、楕円運動を起こし、突起部第１群1a
1は、前記条件により第１図（ｃ）のような１次モー
ドで振動し、基底部1a0と突起部第１群1a1の境界の楕円
運動とほぼ同位相で楕円運動をするが、突起部第２群1a
2は、前記条件により第１図（ｄ）のような２次モー
ドで振動し、その先端の粒子は、基底部1a0と突起部第
２群1a2の境界の楕円運動とほぼ180゜位相がずれた楕円
運動をおこす。そのため双方の突起群の先端で楕円運動
の最高点では同一方向に運動していることになる。
以下、本発明の振動体を用いた自走式振動波駆動装置
を図示の実施例に基づいて説明する。
を図示の実施例に基づいて説明する。
第３図において1aは、突起部第１群1a1と突起部第２
群1a2を有する振動体で、圧電素子1bが接合されてい
る。振動体１は、くし歯状の移動止め６が突起部第１群
1a1または突起部第２群1a2の間の溝部にさしこまれてお
り、移動止め６のくし歯部により溝の底部に配置された
フェルト５を介して置載台４に対して支持されている。
また置載台４はスラスト方向及び左右方向に拘束するガ
イドレール７により拘束されている。また、振動体１と
基台８の接触面は、耐摩耗処理もしくは耐摩耗材がコー
ティングされていて、振動体１はフェルト２をはさんで
板バネ３により基台８に適当な加圧で押圧されている。
群1a2を有する振動体で、圧電素子1bが接合されてい
る。振動体１は、くし歯状の移動止め６が突起部第１群
1a1または突起部第２群1a2の間の溝部にさしこまれてお
り、移動止め６のくし歯部により溝の底部に配置された
フェルト５を介して置載台４に対して支持されている。
また置載台４はスラスト方向及び左右方向に拘束するガ
イドレール７により拘束されている。また、振動体１と
基台８の接触面は、耐摩耗処理もしくは耐摩耗材がコー
ティングされていて、振動体１はフェルト２をはさんで
板バネ３により基台８に適当な加圧で押圧されている。
次にこの自走式振動波駆動装置を駆動した場合を説明
する。
する。
圧電素子群1bにある周波数の交流電圧を印加すると、
振動体１に進行性振動波が生ずる。前述のように突起部
第１群1a1と突起部第２群1a2の表面粒子は同方向に運動
するため、両突起部第１群1a1と突起部第２群1a2と基台
８との摩擦力により置載台４などとともに振動体１は第
３図の紙面の垂直方向に移動する。また進行性振動波の
向きを反対にすると、各粒子の楕円運動も反転するため
の逆方向に移動する。このように進行性振動波の向きを
適宜反転させることで往復運動をさせることができる。
振動体１に進行性振動波が生ずる。前述のように突起部
第１群1a1と突起部第２群1a2の表面粒子は同方向に運動
するため、両突起部第１群1a1と突起部第２群1a2と基台
８との摩擦力により置載台４などとともに振動体１は第
３図の紙面の垂直方向に移動する。また進行性振動波の
向きを反対にすると、各粒子の楕円運動も反転するため
の逆方向に移動する。このように進行性振動波の向きを
適宜反転させることで往復運動をさせることができる。
次に本発明による振動体をもちいたシート搬送系を図
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
第５図は周方向の厚みの違う２つの突起群を有する振
動体を２ケ対面押圧し、その間にはさんだ紙などのシー
ト状物体（接触体）を搬送する装置の駆動部分の一実施
例である。
動体を２ケ対面押圧し、その間にはさんだ紙などのシー
ト状物体（接触体）を搬送する装置の駆動部分の一実施
例である。
振動体１は、基台８に移動止め６によりそれぞれフェ
ルトを介して支持されている。また相対する振動体10は
上蓋12に同様に移動止め６によりフェルトを介して支持
されている。
ルトを介して支持されている。また相対する振動体10は
上蓋12に同様に移動止め６によりフェルトを介して支持
されている。
そして、上蓋12と基台８は斜行防止ガイド11とバネ性
を有する部材13により結合され、振動体１と振動体10は
適当な加圧力で押圧される。また振動体１及び振動体10
の前記条件を満たす突起部第１群1a,及び10a1が相対
し、条件を満たす突起部第２群1a2及び10a2が相対し
ている。
を有する部材13により結合され、振動体１と振動体10は
適当な加圧力で押圧される。また振動体１及び振動体10
の前記条件を満たす突起部第１群1a,及び10a1が相対
し、条件を満たす突起部第２群1a2及び10a2が相対し
ている。
ここで、同方向に進行性振動波が起きるよう、振動体
１及び10に夫々接合された圧電素子1b及び10bに同一周
波数の交流電圧を印加し、両振動体の振動の時間的位相
を適切に選び、両振動体の間にシート状物体14（例えば
紙）を挟むと、シート状物質14は振動体１及び10双方の
突起部第１群1a1,10a1と突起部第２群1a2,10a2から同じ
方向に力を受ける。ここで、振動体夫々の突起部第１群
と突起部第２群（1a1と1a2,10a1と10a2）の表面部の粒
子速度は一般に等しくないので、斜行防止ガイド11につ
きあてられることにより、直線的に駆動することができ
る。
１及び10に夫々接合された圧電素子1b及び10bに同一周
波数の交流電圧を印加し、両振動体の振動の時間的位相
を適切に選び、両振動体の間にシート状物体14（例えば
紙）を挟むと、シート状物質14は振動体１及び10双方の
突起部第１群1a1,10a1と突起部第２群1a2,10a2から同じ
方向に力を受ける。ここで、振動体夫々の突起部第１群
と突起部第２群（1a1と1a2,10a1と10a2）の表面部の粒
子速度は一般に等しくないので、斜行防止ガイド11につ
きあてられることにより、直線的に駆動することができ
る。
［発明の効果］ 請求項１に記載の発明によれば、少なくとも２つの突
起群の駆動方向を同方向にすることができるので、接触
体は少なくとも２つの突起群と接触することができ、片
当たりによる送り速度ムラや、部分摩耗等を防止するこ
とができ、駆動力の増大を可能とすることができる。
起群の駆動方向を同方向にすることができるので、接触
体は少なくとも２つの突起群と接触することができ、片
当たりによる送り速度ムラや、部分摩耗等を防止するこ
とができ、駆動力の増大を可能とすることができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、振動体の２つ
の直線部を使用して駆動力を同一方向に揃えることがで
きるので、直線部を１つ使用するのに比べ、 1.片当たりせず、押圧が容易である、 2.片当たりが起こらないため、駆動力のムラ、速度ムラ
が少なく、局部的な摩耗も起こらない、 3.2群で接触するため、駆動力が得やすく、保持力も大
きい、等の効果がある。
の直線部を使用して駆動力を同一方向に揃えることがで
きるので、直線部を１つ使用するのに比べ、 1.片当たりせず、押圧が容易である、 2.片当たりが起こらないため、駆動力のムラ、速度ムラ
が少なく、局部的な摩耗も起こらない、 3.2群で接触するため、駆動力が得やすく、保持力も大
きい、等の効果がある。
請求項３に記載の発明によれば、簡単な構成で奇数次
モードと偶数次モードを得ることができる。
モードと偶数次モードを得ることができる。
請求項４の記載の発明によれば、高出力で高精度の駆
動を行える。
動を行える。
第１図（ａ）は本発明による振動波駆動装置の一実施例
を示す振動体の斜視図、第１図（ｂ）は、その突起を示
した斜視図、第１図（ｃ）、（ｄ）は夫々固定端−自由
端振動の１次と２次のモードでの振動状態を示す図、第
２図は従来の振動体の斜視図、第３図は、本発明の振動
体を用いた自走式振動波駆動装置の断面図、第４図
（ａ），（ｂ）は従来の振動体を用いた自走式振動波駆
動装置の断面図、平面図、第５図は本発明の振動体を用
いた、シート搬送系を示す断面図である。 1:振動体、1a:弾性体、 1b:圧電素子、1a0:弾性体基底部、 1a1:突起部第１群、1a2:突起部第２群、 1c:突起部、2:フェルト、 3:板バネ、4:置載台、 5:フェルト、6:移動止め、 6:移動止めのくし歯、 7:拘束部材、8:基台、 9:摩擦部材、10:振動体、 10a1:突起部第１群、10a2:突起部第２群、 10b:圧電素子、11:斜行防止ガイド、 12:上蓋、13:バネ性部材、 14:シート。
を示す振動体の斜視図、第１図（ｂ）は、その突起を示
した斜視図、第１図（ｃ）、（ｄ）は夫々固定端−自由
端振動の１次と２次のモードでの振動状態を示す図、第
２図は従来の振動体の斜視図、第３図は、本発明の振動
体を用いた自走式振動波駆動装置の断面図、第４図
（ａ），（ｂ）は従来の振動体を用いた自走式振動波駆
動装置の断面図、平面図、第５図は本発明の振動体を用
いた、シート搬送系を示す断面図である。 1:振動体、1a:弾性体、 1b:圧電素子、1a0:弾性体基底部、 1a1:突起部第１群、1a2:突起部第２群、 1c:突起部、2:フェルト、 3:板バネ、4:置載台、 5:フェルト、6:移動止め、 6:移動止めのくし歯、 7:拘束部材、8:基台、 9:摩擦部材、10:振動体、 10a1:突起部第１群、10a2:突起部第２群、 10b:圧電素子、11:斜行防止ガイド、 12:上蓋、13:バネ性部材、 14:シート。
Claims (4)
- 【請求項１】閉ループ状に形成された振動体に進行性振
動波を発生させ、該振動体と該振動体に接触する接触体
とを相対移動させる振動波駆動装置において、 前記振動体には少なくとも２つの突起群が前記接触体と
の接触方向側であり且つ対向するように設けられ、該２
つの突起群の一方の突起群は奇数次モードで振動し、他
方の突起群は偶数次モードで振動するように前記両突起
群の突起部の高さ、厚さ、密度およびヤング率のうち少
なくとも１つを異ならせたことを特徴とする振動波駆動
装置。 - 【請求項２】前記振動体は少なくとも２つの略平行な直
線部を有する閉ループ状に形成され、該２つの直線部に
前記２つの突起群が設けられていることを特徴とする請
求項１記載の振動波駆動装置。 - 【請求項３】前記一方の突起群と他方の突起群とは突起
部の厚みを異ならせたことを特徴とする請求項１または
２記載の振動波駆動装置。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の振動
波駆動装置を駆動源とする移動機器。
Priority Applications (4)
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