JP2000270569A - 球面アクチュエータのステータ - Google Patents
球面アクチュエータのステータInfo
- Publication number
- JP2000270569A JP2000270569A JP11068119A JP6811999A JP2000270569A JP 2000270569 A JP2000270569 A JP 2000270569A JP 11068119 A JP11068119 A JP 11068119A JP 6811999 A JP6811999 A JP 6811999A JP 2000270569 A JP2000270569 A JP 2000270569A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- contact piece
- contact
- rotor
- stator
- stators
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電素子により駆動されて微小振動を発生す
る接触片を円環状に配置した複数のステータを、球状ロ
ータの表面に接触させてロータを回転駆動する球面アク
チュエータにおいて、ステータの励振状態が安定で、ロ
ータと接触片との接触状態も安定しており、滑り等の損
失が低減されたステータを提供すること。 【課題解決手段】 接触片の円環状配列の直径を従来よ
り小さくし、接触片をステータの中心寄りに配置すると
共に、接触片の高さ及び大きさを従来より低減する。圧
電素子をステータ最外周部の表裏両面に配置してもよ
い。
る接触片を円環状に配置した複数のステータを、球状ロ
ータの表面に接触させてロータを回転駆動する球面アク
チュエータにおいて、ステータの励振状態が安定で、ロ
ータと接触片との接触状態も安定しており、滑り等の損
失が低減されたステータを提供すること。 【課題解決手段】 接触片の円環状配列の直径を従来よ
り小さくし、接触片をステータの中心寄りに配置すると
共に、接触片の高さ及び大きさを従来より低減する。圧
電素子をステータ最外周部の表裏両面に配置してもよ
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面波型の超音波
振動を利用した３方向の自由度を有する球面超音波モー
タに関し、さらに具体的には、出力特性を決めるステー
タ部の構造を変更することにより、同等の駆動条件で従
来の構造を上回る出力特性を得ることを可能にした球面
アクチュエータの構造に関する。
振動を利用した３方向の自由度を有する球面超音波モー
タに関し、さらに具体的には、出力特性を決めるステー
タ部の構造を変更することにより、同等の駆動条件で従
来の構造を上回る出力特性を得ることを可能にした球面
アクチュエータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は従来の多自由度アクチュエータの
一例を示す（特開平５−２５２２７３号公報）。この多
自由度アクチュエータにおいては、等間隔で配置された
４個のステータ６、７、８、９により略球体状ないしは
略球殻状をしたロータ４が把持されている。このステー
タ６、７、８、９は図２に示すような構造の回転型表面
波振動子からなる。
一例を示す（特開平５−２５２２７３号公報）。この多
自由度アクチュエータにおいては、等間隔で配置された
４個のステータ６、７、８、９により略球体状ないしは
略球殻状をしたロータ４が把持されている。このステー
タ６、７、８、９は図２に示すような構造の回転型表面
波振動子からなる。
【０００３】すなわち、金属等の弾性材料によって形成
された、固定部１１から伸びる薄い円錐殻状をなす支持
体１０外周の円環状平坦部（以下、「円環状部分」とい
う。）の表面には、一定間隔で突設された接触片１２が
環状に配列されており、円環状部分の裏面には接触片１
２に対応してＰＺＴ等の圧電素子１３が貼り付けられて
いる。ステータは図３に示すように接触片１２をロータ
４と接触させてロータ４を支持するようになっており、
そのため接触片１２の上面にはロータ４の表面曲率と同
一の曲率を有する凹状のアール面１２ａが施されてい
る。
された、固定部１１から伸びる薄い円錐殻状をなす支持
体１０外周の円環状平坦部（以下、「円環状部分」とい
う。）の表面には、一定間隔で突設された接触片１２が
環状に配列されており、円環状部分の裏面には接触片１
２に対応してＰＺＴ等の圧電素子１３が貼り付けられて
いる。ステータは図３に示すように接触片１２をロータ
４と接触させてロータ４を支持するようになっており、
そのため接触片１２の上面にはロータ４の表面曲率と同
一の曲率を有する凹状のアール面１２ａが施されてい
る。
【０００４】このステータ６、７、８、９は通常超音波
モータとして使用されているものと同様の原理によって
ロータ４を駆動するものであって、円環状部分裏面に貼
り付けた圧電素子１３に超音波領域に相当する２相の高
周波交流電圧を印加することにより、圧電素子は印加さ
れた交流電圧の周波数に等しい周期で振動する。このよ
うに圧電素子を振動させることにより接触片１２を共振
させ、接触片１２にたわみ振動や伸縮振動等を発生させ
るのである。
モータとして使用されているものと同様の原理によって
ロータ４を駆動するものであって、円環状部分裏面に貼
り付けた圧電素子１３に超音波領域に相当する２相の高
周波交流電圧を印加することにより、圧電素子は印加さ
れた交流電圧の周波数に等しい周期で振動する。このよ
うに圧電素子を振動させることにより接触片１２を共振
させ、接触片１２にたわみ振動や伸縮振動等を発生させ
るのである。
【０００５】この共振現象のうち、駆動力を取り出すこ
とができる振動モードを「駆動モード」と呼ぶ。円環状
部分を所定の駆動モードで励振すると、接触片１２の列
の特定の位置に振動の腹と節が生じ、圧電素子に印加す
る２相交流電圧を調節することによって、節の位置が次
々に移動し接触片１２の列中を円周方向に進む進行波
（接触片１２のたわみ振動）となる。この進行波により
接触片１２表面の粒子が周方向と縦方向を軸とする楕円
軌道を描いて運動し、ロータ４の表面がステータの円周
方向へ駆動される。ステータ６、７、８、９相互の駆動
方向を整合させれば、ロータ４は各ステータの軸心のま
わりに回転する。この場合、ロータ４に伝達される駆動
力及び回転速度は、接触片１２の表面粒子が描く楕円軌
道の大きさと形に影響される。
とができる振動モードを「駆動モード」と呼ぶ。円環状
部分を所定の駆動モードで励振すると、接触片１２の列
の特定の位置に振動の腹と節が生じ、圧電素子に印加す
る２相交流電圧を調節することによって、節の位置が次
々に移動し接触片１２の列中を円周方向に進む進行波
（接触片１２のたわみ振動）となる。この進行波により
接触片１２表面の粒子が周方向と縦方向を軸とする楕円
軌道を描いて運動し、ロータ４の表面がステータの円周
方向へ駆動される。ステータ６、７、８、９相互の駆動
方向を整合させれば、ロータ４は各ステータの軸心のま
わりに回転する。この場合、ロータ４に伝達される駆動
力及び回転速度は、接触片１２の表面粒子が描く楕円軌
道の大きさと形に影響される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】超音波モータにおいて
は、圧電素子の振動によって生じる運動エネルギーを取
り出すために接触片１２を設けなければならない。この
接触片１２、支持体１０及び円環状部分を含む弾性体の
全体形状は、これを駆動モードで励振したとき良好な共
振性を示し、共振による振動増幅率が高い形状であるこ
とが求められる。
は、圧電素子の振動によって生じる運動エネルギーを取
り出すために接触片１２を設けなければならない。この
接触片１２、支持体１０及び円環状部分を含む弾性体の
全体形状は、これを駆動モードで励振したとき良好な共
振性を示し、共振による振動増幅率が高い形状であるこ
とが求められる。
【０００７】しかしこのステータ６、７、８、９を球面
アクチュエータに適用するには、図３に示すように、略
球体状ないしは略球殻状のロータ４に接触させなければ
ならない。そのため、環状に配列されている接触片１２
のアール面１２ａはロータの表面の曲率と同一の曲率を
有する凹状のアール面となり、外周に向かって高さが高
くなる。接触片１２の高さが高くなると質量及び剛性が
増加し、これらが振動モードに悪い影響を与えて所望す
る駆動モードを得られないことや、所望の共振状態にな
らないことがある。
アクチュエータに適用するには、図３に示すように、略
球体状ないしは略球殻状のロータ４に接触させなければ
ならない。そのため、環状に配列されている接触片１２
のアール面１２ａはロータの表面の曲率と同一の曲率を
有する凹状のアール面となり、外周に向かって高さが高
くなる。接触片１２の高さが高くなると質量及び剛性が
増加し、これらが振動モードに悪い影響を与えて所望す
る駆動モードを得られないことや、所望の共振状態にな
らないことがある。
【０００８】図９に、従来形状の接触片１２を備えたス
テータを球面アクチュエータに適用し、円環状部分に６
箇所の節を持つ駆動モードを発生させた状態を示す。こ
れは有限要素法及びモーダル解析法により計算したもの
である。これによれば、駆動モードが影響を受け、接触
片１２のアール面１２ａにおけるたわみ振動や伸縮振動
が不安定になっていることが分かる。接触片１２の形状
が大きいことが邪魔をしていると考えられる。このよう
に接触片１２の高さが高く、また半径方向に長い場合に
は、駆動モードの生成状態が不安定になり、この状態で
接触片１２がロータ４に接触しても、ロータ表面がステ
ータの円周方向へ円滑に駆動されない。
テータを球面アクチュエータに適用し、円環状部分に６
箇所の節を持つ駆動モードを発生させた状態を示す。こ
れは有限要素法及びモーダル解析法により計算したもの
である。これによれば、駆動モードが影響を受け、接触
片１２のアール面１２ａにおけるたわみ振動や伸縮振動
が不安定になっていることが分かる。接触片１２の形状
が大きいことが邪魔をしていると考えられる。このよう
に接触片１２の高さが高く、また半径方向に長い場合に
は、駆動モードの生成状態が不安定になり、この状態で
接触片１２がロータ４に接触しても、ロータ表面がステ
ータの円周方向へ円滑に駆動されない。
【０００９】また従来形状の接触片１２とロータ４との
接触圧力が大きいと、この接触片１２が変形してしま
い、十分に振動を伝達することができない。また振動を
増幅する作用を持たないこの部分の質量が増大すると、
慣性モーメントの作用によって振動は低く抑えられてし
まう。このため、圧電素子１３が発生した振動の増幅率
が低くなり、球面アクチュエータのエネルギー効率が悪
くなるという問題があった。
接触圧力が大きいと、この接触片１２が変形してしま
い、十分に振動を伝達することができない。また振動を
増幅する作用を持たないこの部分の質量が増大すると、
慣性モーメントの作用によって振動は低く抑えられてし
まう。このため、圧電素子１３が発生した振動の増幅率
が低くなり、球面アクチュエータのエネルギー効率が悪
くなるという問題があった。
【００１０】また、円環状部分を支持している支持体１
０に関しては、ステータの振動に影響を与えないこと、
外部に振動が漏れないこと、支持体１０自身の振動が低
いことが必要である。このため、支持体１０の厚みを他
の部分より薄くして剛性を低下させ、変形しやすくする
ことでこれらの条件を満たしている。しかし接触片１２
とロータ４との接触圧力が大きいと、支持体１０の剛性
が低いために変形してアール面１２ａがステータの半径
方向に広がってしまう。そのため、ロータ４に均一に接
触できなくなり、駆動力を十分に伝達できないという問
題があった。
０に関しては、ステータの振動に影響を与えないこと、
外部に振動が漏れないこと、支持体１０自身の振動が低
いことが必要である。このため、支持体１０の厚みを他
の部分より薄くして剛性を低下させ、変形しやすくする
ことでこれらの条件を満たしている。しかし接触片１２
とロータ４との接触圧力が大きいと、支持体１０の剛性
が低いために変形してアール面１２ａがステータの半径
方向に広がってしまう。そのため、ロータ４に均一に接
触できなくなり、駆動力を十分に伝達できないという問
題があった。
【００１１】本発明は上述した従来例における問題点に
鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、常に所望の駆動モードを安定して発生させ、接触片
先端表面が行う楕円運動を安定させ、またその運動を増
大させると共に、ロータとの接触状態を安定させること
のより、滑り等の損失を低減しうるステータの形状とそ
の組立方法を提供することにある。
鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、常に所望の駆動モードを安定して発生させ、接触片
先端表面が行う楕円運動を安定させ、またその運動を増
大させると共に、ロータとの接触状態を安定させること
のより、滑り等の損失を低減しうるステータの形状とそ
の組立方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の球面アクチュエ
ータのステータは、駆動力に影響を与える接触片の高さ
を抑えるために、接触片が配列される円環の直径を従来
より減じ、接触片を少なくともステータの中心寄りに移
すことを特徴としている。
ータのステータは、駆動力に影響を与える接触片の高さ
を抑えるために、接触片が配列される円環の直径を従来
より減じ、接触片を少なくともステータの中心寄りに移
すことを特徴としている。
【００１３】本発明の上記ステータでは、円環状部分の
裏面に接触片と同様な形状を持った突起を配置してもよ
い。これにより、接触片が表面にのみ存在することによ
る振動の不均一を解消することができ、また、前記突起
が接触片と同様に楕円状の振動軌跡を生じて振動するの
で、裏面からも振動によるエネルギーを取り出すことが
できる。
裏面に接触片と同様な形状を持った突起を配置してもよ
い。これにより、接触片が表面にのみ存在することによ
る振動の不均一を解消することができ、また、前記突起
が接触片と同様に楕円状の振動軌跡を生じて振動するの
で、裏面からも振動によるエネルギーを取り出すことが
できる。
【００１４】上記のステータでは、接触片をステータの
中心寄りに移したことで生まれる場所にさらに圧電素子
を貼り付け、振動源を弾性体の両面に持たせても良い。
中心寄りに移したことで生まれる場所にさらに圧電素子
を貼り付け、振動源を弾性体の両面に持たせても良い。
【００１５】本発明の上記ステータの作用は以下の通り
である。すなわち、環状に配列される接触片を円環状部
分の中心寄りに配置するので、接触片の高さをこれまで
よりも低く、またその質量を少なくすることができる。
これにより接触片の形状がこれまでよりも全体的に小さ
くなり、駆動のためにロータに押し付けられた際も変形
し難くなる。
である。すなわち、環状に配列される接触片を円環状部
分の中心寄りに配置するので、接触片の高さをこれまで
よりも低く、またその質量を少なくすることができる。
これにより接触片の形状がこれまでよりも全体的に小さ
くなり、駆動のためにロータに押し付けられた際も変形
し難くなる。
【００１６】特に、接触片の形状がこれまでよりも小さ
くなることで、駆動モードの生成がが安定し、また振動
の増幅率が向上する。従って、接触片表面に発生する楕
円状振動軌跡の大きさを増大させることができるので、
ロータを円滑に回転させることができ、ロータ駆動特性
を向上することができる。
くなることで、駆動モードの生成がが安定し、また振動
の増幅率が向上する。従って、接触片表面に発生する楕
円状振動軌跡の大きさを増大させることができるので、
ロータを円滑に回転させることができ、ロータ駆動特性
を向上することができる。
【００１７】また、接触片をステータの中心寄りに移動
させたことにより、圧電素子を、その振幅が最も大きく
なるステータの円環状部分最外周部に、しかも裏側だけ
でなく表側にも配置することが可能になる。これによ
り、両面から圧電素子の振動が入力されるので、ステー
タの円環状部分をより大きく駆動モードに励振すること
ができる。その結果、接触片表面における楕円振動軌跡
を大きくすることができるので、ステータを大型化する
ことなく駆動力を増大させることができる。
させたことにより、圧電素子を、その振幅が最も大きく
なるステータの円環状部分最外周部に、しかも裏側だけ
でなく表側にも配置することが可能になる。これによ
り、両面から圧電素子の振動が入力されるので、ステー
タの円環状部分をより大きく駆動モードに励振すること
ができる。その結果、接触片表面における楕円振動軌跡
を大きくすることができるので、ステータを大型化する
ことなく駆動力を増大させることができる。
【００１８】さらに、接触片の先端が接触片が配列され
る円環の面に対して略平行な面を持つように加工すれ
ば、この面を接触面として、極端に半径が大きいロータ
や、平板状のロータに対して駆動力を伝達することが可
能になる。
る円環の面に対して略平行な面を持つように加工すれ
ば、この面を接触面として、極端に半径が大きいロータ
や、平板状のロータに対して駆動力を伝達することが可
能になる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を幾つか挙げ、
添付図面を参照しつつ説明する。
添付図面を参照しつつ説明する。
【００２０】（実施例１）図４は、本発明の実施例１と
しての球面アクチュエータのステータの構造を示す平面
図（ａ）及び断面図（ｂ）である。各ステータ２６、２
７、２８、２９は図４に示すような構造の回転型表面波
振動子からなる。すなわち、金属等の弾性材料によって
形成された弾性体であり、その外周部に位置する円環状
部分３４の表面には一定のピッチで接触片３２が環状に
突設されており、円環状部分３４の裏面には接触片３２
と対応してＰＺＴ等の圧電素子３３が貼り付けられてい
る。ステータ２６、２７、２８、２９は接触片３２をロ
ータ４と接触させるようになっており、そのため接触片
３２の上面にはロータ表面に安定して接触するための接
触面３２ａがある。
しての球面アクチュエータのステータの構造を示す平面
図（ａ）及び断面図（ｂ）である。各ステータ２６、２
７、２８、２９は図４に示すような構造の回転型表面波
振動子からなる。すなわち、金属等の弾性材料によって
形成された弾性体であり、その外周部に位置する円環状
部分３４の表面には一定のピッチで接触片３２が環状に
突設されており、円環状部分３４の裏面には接触片３２
と対応してＰＺＴ等の圧電素子３３が貼り付けられてい
る。ステータ２６、２７、２８、２９は接触片３２をロ
ータ４と接触させるようになっており、そのため接触片
３２の上面にはロータ表面に安定して接触するための接
触面３２ａがある。
【００２１】ステータ２６、２７、２８、２９は通常の
超音波モータとして使用されるものと同様の原理によっ
てロータ４を駆動するものであって、圧電素子３３を振
動させることによって弾性体上の接触片３２の表面３２
ａにたわみ振動や伸縮振動等を発生させるものである。
そして、この圧電素子３３を所定の駆動モードで駆動す
ると、円環状部分３４の表面を円周方向に進む進行波
（接触片３２のたわみ振動）により、接触片３２の表面
の粒子が周方向及び縦方向を軸とする楕円軌道を描いて
運動し、ロータ４はこの運動によって駆動されて回転す
る。
超音波モータとして使用されるものと同様の原理によっ
てロータ４を駆動するものであって、圧電素子３３を振
動させることによって弾性体上の接触片３２の表面３２
ａにたわみ振動や伸縮振動等を発生させるものである。
そして、この圧電素子３３を所定の駆動モードで駆動す
ると、円環状部分３４の表面を円周方向に進む進行波
（接触片３２のたわみ振動）により、接触片３２の表面
の粒子が周方向及び縦方向を軸とする楕円軌道を描いて
運動し、ロータ４はこの運動によって駆動されて回転す
る。
【００２２】図５は、上記のステータ２６、２７、２
８、２９を組み込んだ球面アクチュエータを示す一部破
断平面図である。ここに示す球面アクチュエータにおい
ては、円形ないしは多角形の窓２を有するケーシング１
の空洞３内に略球体状ないしは略球殻状をしたロータ４
が納められている。ロータ４は空洞３の内壁面に接する
ことなく、同一円周上に配置された４個ないしは３個の
ステータ２６、２７、２８（２９）のみによって支持さ
れる。
８、２９を組み込んだ球面アクチュエータを示す一部破
断平面図である。ここに示す球面アクチュエータにおい
ては、円形ないしは多角形の窓２を有するケーシング１
の空洞３内に略球体状ないしは略球殻状をしたロータ４
が納められている。ロータ４は空洞３の内壁面に接する
ことなく、同一円周上に配置された４個ないしは３個の
ステータ２６、２７、２８（２９）のみによって支持さ
れる。
【００２３】図６は、上記のステータ２６、２７、２
８、２９がロータ４に接触する状態を説明する概念図で
ある。ステータ２６、２７、２８、２９では、図４に示
すように、接触片３２は平板状をなす円環状部分３４の
中心寄りに突設配列されているから、それらの先端は、
図６に示すような状態でロータ４に接触することが可能
であると共に、接触片３２の高さを相対的に低くし、形
状を小さくすることができる。
８、２９がロータ４に接触する状態を説明する概念図で
ある。ステータ２６、２７、２８、２９では、図４に示
すように、接触片３２は平板状をなす円環状部分３４の
中心寄りに突設配列されているから、それらの先端は、
図６に示すような状態でロータ４に接触することが可能
であると共に、接触片３２の高さを相対的に低くし、形
状を小さくすることができる。
【００２４】図１０は実施例１のステータにおいて、円
環状部分の円周方向上に５個の腹が存在する駆動モード
を示す状態図である。ここに見られるように、駆動モー
ドは安定し、接触片の表面粒子は安定にたわみ振動や伸
縮振動をしている。この状態で接触片の表面がロータと
接触すると、ロータ表面はステータの円周方向へ円滑に
駆動される。
環状部分の円周方向上に５個の腹が存在する駆動モード
を示す状態図である。ここに見られるように、駆動モー
ドは安定し、接触片の表面粒子は安定にたわみ振動や伸
縮振動をしている。この状態で接触片の表面がロータと
接触すると、ロータ表面はステータの円周方向へ円滑に
駆動される。
【００２５】（実施例２）図７は、本発明の実施例２と
しての球面アクチュエータのステータの構造を説明する
平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図７に示すステ
ータ２６、２７、２８、２９では、円環状部分３４の裏
面に、接触片３２と同様の形状をした突起３５が配置さ
れている。ロータ４と接触片３２との接触圧力が過大で
接触片３２の振動が抑制され駆動力を取り出せなくなっ
た状態でも、突起３５は振動を持続し、これが持つ慣性
力が円環状部分３４に作用し、接触片３２の励振を助け
てその振動を誘起する。この作用により、ロータ４と接
触片３２との接触圧力を従来より増大させても、ロータ
に対して支障なく駆動力を働かせることが可能になる。
しての球面アクチュエータのステータの構造を説明する
平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図７に示すステ
ータ２６、２７、２８、２９では、円環状部分３４の裏
面に、接触片３２と同様の形状をした突起３５が配置さ
れている。ロータ４と接触片３２との接触圧力が過大で
接触片３２の振動が抑制され駆動力を取り出せなくなっ
た状態でも、突起３５は振動を持続し、これが持つ慣性
力が円環状部分３４に作用し、接触片３２の励振を助け
てその振動を誘起する。この作用により、ロータ４と接
触片３２との接触圧力を従来より増大させても、ロータ
に対して支障なく駆動力を働かせることが可能になる。
【００２６】（実施例３）図８は、本発明の実施例３と
しての球面アクチュエータのステータ２６、２７、２
８、２９の構造を説明する平面図（ａ）及び断面図
（ｂ）である。図８に示すステータ２６、２７、２８、
２９では、円環状部分３４の背面だけでなく、接触片３
２を円環状部分３４の中心寄りに移したことにより生じ
る円環状部分３４表面の空間にも、圧電素子３３が配置
されている。これにより、振動を発生する圧電素子３３
の面積を増加することができ、しかも円環状部分３４の
両面から振動を入力することができる。その結果、接触
片３２表面における楕円振動軌跡を大きくすることがで
きるので、ステータを大型化することなく駆動力を増大
させることができる。
しての球面アクチュエータのステータ２６、２７、２
８、２９の構造を説明する平面図（ａ）及び断面図
（ｂ）である。図８に示すステータ２６、２７、２８、
２９では、円環状部分３４の背面だけでなく、接触片３
２を円環状部分３４の中心寄りに移したことにより生じ
る円環状部分３４表面の空間にも、圧電素子３３が配置
されている。これにより、振動を発生する圧電素子３３
の面積を増加することができ、しかも円環状部分３４の
両面から振動を入力することができる。その結果、接触
片３２表面における楕円振動軌跡を大きくすることがで
きるので、ステータを大型化することなく駆動力を増大
させることができる。
【００２７】（比較例）本明細書冒頭及び図１〜図３に
記載した従来型の多自由度アクチュエータを実施例１〜
３に対する比較例とする。この多自由度アクチュエータ
の出力特性の一例は、日本ロボット学会誌 Vol.13 No.
2, pp.235〜241, 1995に掲載されている。
記載した従来型の多自由度アクチュエータを実施例１〜
３に対する比較例とする。この多自由度アクチュエータ
の出力特性の一例は、日本ロボット学会誌 Vol.13 No.
2, pp.235〜241, 1995に掲載されている。
【００２８】表１は、実施例１〜３のステータを上記日
本ロボット学会誌論文に記載されている多自由度アクチ
ュエータに適用し、同論文と同条件下で測定した出力特
性を比較例と対比したものである。表の各項目の単位
は、印加電圧が［Vp-p］、ロータ回転数が［rpm］、駆
動トルクが［g・cm］である。なお、各実施例における印
加電圧は、圧電素子が破壊に到らない範囲に留めた。
本ロボット学会誌論文に記載されている多自由度アクチ
ュエータに適用し、同論文と同条件下で測定した出力特
性を比較例と対比したものである。表の各項目の単位
は、印加電圧が［Vp-p］、ロータ回転数が［rpm］、駆
動トルクが［g・cm］である。なお、各実施例における印
加電圧は、圧電素子が破壊に到らない範囲に留めた。
【表１】
【００２９】表１から、実施例１〜３の出力特性は、比
較例に対してロータ回転数、駆動トルクとも大幅に向上
していることが分かる。
較例に対してロータ回転数、駆動トルクとも大幅に向上
していることが分かる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、球面超音波モータに用
いられるステータにおいて、接触片を従来よりも円環状
部分の中心寄りに配置したことにより、接触片の大きさ
を小さくすることが可能であるので、駆動モード時の振
動の損失がこれまでより減少し振動の効率を向上するこ
とができる。
いられるステータにおいて、接触片を従来よりも円環状
部分の中心寄りに配置したことにより、接触片の大きさ
を小さくすることが可能であるので、駆動モード時の振
動の損失がこれまでより減少し振動の効率を向上するこ
とができる。
【００３１】接触片の大きさが小さくなったことで、ロ
ータと接触片との接触圧力を大きくした場合にも接触片
が変形することがなく、円環状部分に励起される振動を
接触片の接触面に十分に伝達することができ、しかも接
触圧力に比例して増大する摩擦力が駆動トルクに反映さ
れるので、駆動トルクを有効に増大させることができ
る。
ータと接触片との接触圧力を大きくした場合にも接触片
が変形することがなく、円環状部分に励起される振動を
接触片の接触面に十分に伝達することができ、しかも接
触圧力に比例して増大する摩擦力が駆動トルクに反映さ
れるので、駆動トルクを有効に増大させることができ
る。
【００３２】本発明に従って、接触片と同様の形状を有
する突起を円環状部分の裏面に環状に配置するならば、
ロータと接触片との接触圧力が過大なため接触片の振動
が抑制される場合においても、円環状部分の裏面に配し
た突起はその運動を阻害されることなく振動を続け、こ
の振動が円環状部分に逆伝播して接触片の励振を助け、
接触片の振動を誘起する。そのためロータと接触片との
接触圧力をさらに増大させることができるので、より大
きい駆動力を取り出すことが可能となり、エネルギー変
換効率を向上できる。
する突起を円環状部分の裏面に環状に配置するならば、
ロータと接触片との接触圧力が過大なため接触片の振動
が抑制される場合においても、円環状部分の裏面に配し
た突起はその運動を阻害されることなく振動を続け、こ
の振動が円環状部分に逆伝播して接触片の励振を助け、
接触片の振動を誘起する。そのためロータと接触片との
接触圧力をさらに増大させることができるので、より大
きい駆動力を取り出すことが可能となり、エネルギー変
換効率を向上できる。
【００３３】また本発明に従って、接触片が円環状部分
の中心寄りに移動することで生じる空間に圧電素子を増
設するならば、振動源としての圧電素子の面積を増加す
ることができるので、ステータの体積もしくは大きさを
増加することなく、接触片の表面粒子が描く楕円軌道を
大きくして、駆動トルク及びロータ回転速度を増大する
ことができる。
の中心寄りに移動することで生じる空間に圧電素子を増
設するならば、振動源としての圧電素子の面積を増加す
ることができるので、ステータの体積もしくは大きさを
増加することなく、接触片の表面粒子が描く楕円軌道を
大きくして、駆動トルク及びロータ回転速度を増大する
ことができる。
【００３４】また、接触片先端に円環面と略平行な面を
持たせれば、この面を接触面として、極端に半径が大き
いロータや、平板状のロータに対して駆動力を伝達する
ことができる。
持たせれば、この面を接触面として、極端に半径が大き
いロータや、平板状のロータに対して駆動力を伝達する
ことができる。
【００３５】
【図１】従来例としての多自由度アクチュエータを示す
一部破断平面図である。
一部破断平面図である。
【図２】図１のアクチュエータ中のステータを示す正面
図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図３】図２と同じ従来のステータがロータに接触する
様子を示す概念図である。
様子を示す概念図である。
【図４】本発明の一実施例としての球面アクチュエータ
のステータを示す正面図（ａ）及び断面図（ｂ）であ
る。
のステータを示す正面図（ａ）及び断面図（ｂ）であ
る。
【図５】図４と同じ実施例のステータを用いた球面アク
チュエータを示す一部破断平面図である。
チュエータを示す一部破断平面図である。
【図６】図４と同じ実施例のステータがロータに接触す
る様子を示す概念図である。
る様子を示す概念図である。
【図７】本発明の他の実施例としてのステータを示す正
面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図８】本発明のさらに他の実施例としてのステータを
示す正面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
示す正面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図９】従来のステータにおいて、接触片が大きいこと
によって駆動モードに影響を及ぼした場合の状態を示す
図である。
によって駆動モードに影響を及ぼした場合の状態を示す
図である。
【図１０】本発明の一実施例によるステータにおいて、
駆動モードが安定して発生している状態を示す図であ
る。
駆動モードが安定して発生している状態を示す図であ
る。
１…ケーシング ２…ケーシングの窓 ３…空洞 ４…ロータ ５…アーム ６、７、８、９…従来のステータ ２３…圧電素子駆動電源 ２６、２７、２８、２９…本発明によるステータ １０、３０…支持体 １１、３１…固定部 １２、３２…接触片 １２ａ、３２ａ…アール面（接触面） １３、３３…圧電素子 ３４…円環状部分 ３５…突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深谷 直樹 東京都足立区鹿浜４−17−13 (72)発明者 和田 博 神奈川県藤沢市長後903番地の３ ダブル 技研株式会社内 Ｆターム(参考） 5H680 AA12 AA15 BB03 BB12 BB17 BB20 CC02 CC07 DD33 DD44 DD45 DD46 DD67 FF03
Claims (4)
- 【請求項１】圧電素子により駆動されて微小振動を発生
する接触片を円環状に配置した複数のステータを、略球
状のロータ表面に接触させてロータを回転駆動するよう
にした球面アクチュエータにおいて、 接触片が配列される前記円環の直径を従来より減じて、
接触片を少なくともステータの中心寄りに配置すると共
に、接触片の高さおよび大きさを従来よりも低減したこ
とを特徴とする球面アクチュエータのステータ。 - 【請求項２】前記接触片をステータの中心寄りに配置す
ることから生じた空間に、圧電素子をさらに配置したこ
とを特徴とする請求項１記載のステータ。 - 【請求項３】前記接触片をステータの中心寄りに配置す
ると共に、接触片と同様の形状を有する突起をステータ
の裏面にも配置したことを特徴とする請求項１記載のス
テータ。 - 【請求項４】前記接触片の先端に、前記円環がなす面に
略平行な面を持たせたことを特徴とする請求項１記載の
ステータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06811999A JP4130031B2 (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 球面アクチュエータ用ステータ及びそれを用いた球面アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06811999A JP4130031B2 (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 球面アクチュエータ用ステータ及びそれを用いた球面アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000270569A true JP2000270569A (ja) | 2000-09-29 |
| JP4130031B2 JP4130031B2 (ja) | 2008-08-06 |
Family
ID=13364550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06811999A Expired - Fee Related JP4130031B2 (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 球面アクチュエータ用ステータ及びそれを用いた球面アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4130031B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007221845A (ja) * | 2006-02-14 | 2007-08-30 | Double Giken Kk | 球面超音波モータ |
| US8061047B2 (en) | 2009-04-08 | 2011-11-22 | Schlumberger Technology Corporation | Active positioning of downhole devices using spherical motors |
| WO2018107330A1 (en) * | 2016-12-12 | 2018-06-21 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Method and system for stabilizing a payload |
| KR20210069751A (ko) * | 2019-12-03 | 2021-06-14 | 한국철도기술연구원 | 전동기 회전자 진동 저감 구조 |
-
1999
- 1999-03-15 JP JP06811999A patent/JP4130031B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007221845A (ja) * | 2006-02-14 | 2007-08-30 | Double Giken Kk | 球面超音波モータ |
| US8061047B2 (en) | 2009-04-08 | 2011-11-22 | Schlumberger Technology Corporation | Active positioning of downhole devices using spherical motors |
| WO2018107330A1 (en) * | 2016-12-12 | 2018-06-21 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Method and system for stabilizing a payload |
| US11036228B2 (en) | 2016-12-12 | 2021-06-15 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Method and system for stabilizing a payload |
| KR20210069751A (ko) * | 2019-12-03 | 2021-06-14 | 한국철도기술연구원 | 전동기 회전자 진동 저감 구조 |
| KR102358411B1 (ko) | 2019-12-03 | 2022-02-07 | 한국철도기술연구원 | 전동기 회전자 진동 저감 구조 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4130031B2 (ja) | 2008-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2935504B2 (ja) | モータ | |
| EP0665636B1 (en) | Vibration driven motor | |
| KR101108455B1 (ko) | 초음파 모터 | |
| JP2002058266A (ja) | 超音波駆動装置 | |
| JP2004519984A (ja) | 圧電駆動装置 | |
| JP2000270569A (ja) | 球面アクチュエータのステータ | |
| JP4261894B2 (ja) | 振動型駆動装置 | |
| JPH0217877A (ja) | 振動子及び該振動子を用いた超音波モータ | |
| US6628045B2 (en) | Ring-type piezoelectric ultrasonic motor | |
| JPH0349576A (ja) | 超音波モータ | |
| JPS61191278A (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2975072B2 (ja) | アクチュエータの駆動方法及びこの駆動方法を実現した超音波アクチュエータ | |
| JPH0780793A (ja) | 多自由度アクチュエータ | |
| JP2754625B2 (ja) | 振動アクチュエータ | |
| JPS61262091A (ja) | 振動波モ−タ | |
| JP3213570B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JPH08331875A (ja) | モータ | |
| JPH06276767A (ja) | 超音波モータ | |
| JPH02266877A (ja) | 超音波モータ | |
| JPH07312882A (ja) | 超音波モータ | |
| JP2808573B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JPH06106025B2 (ja) | 振動波モ−タ | |
| JPH06113564A (ja) | アクチュエータ | |
| JPH06153541A (ja) | 超音波モータ | |
| JPH02146967A (ja) | 超音波アクチュエ−タ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050221 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071128 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071211 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080212 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20080306 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20080304 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080516 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080520 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110530 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110530 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120530 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130530 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130530 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140530 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |