JP2001211676A - 球体及び圧電駆動部を具えるアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電気モータによるパン−チルト機構
は、容積をとるものであり、例えば、壁に埋め込んで平
坦にすることができない。更に、電気モータは、ビデオ
カメラを複雑な機構の助けを借りてスムーズで連続的に
回転運動させることができるに過ぎず、比較的大きな電
力、及び定期保守を必要とする。 【解決手段】 複数の圧電駆動モータ（1a,1b,1c）、及
び、少なくとも２つの回転軸（7a,7b,7c）で回転するこ
とができる球体（2）を有するアクチュエータ、または
このアクチュエータを具える画像や音声を伝送すること
ができる装置を提供する。本アクチュエータは、柔軟に
利用でき、最低限のコストで実現できる。この目的のた
め、球体(2)を自在に回転させることができる少なくと
も２つの圧電駆動部（1a,1b,1c）を設け、この圧電駆動
部によって、球体表面の接線方向への振動による摩擦力
によってそれぞれの回転軸で回転させるために、球体
（2）に力を伝達することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の圧電駆動
部、及び、少なくとも２つの回転軸で回転可能である球
体を具えるアクチュエータに関するものである。また、
このアクチュエータを具えた画像や音声を取得する装置
のようなカメラ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建造物をビデオカメラで昼夜続けて監視
することはよく行われている。この目的の場合、所望の
エリアをカバーするためには、建造物の内部や外に多数
のビデオカメラを設置することとなる。これらのビデオ
カメラは、最大限の監視範囲を得られるように、電気モ
ータによりパンやチルトすることができるパン−チルト
機構を具える装置に装着される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらのパン−チルト
機構は、容積をとるものであり、例えば、壁に埋め込ん
で平坦にすることができない。更に、電気モータでは、
ビデオカメラを複雑な機構の助けを借りてスムーズで連
続的に回転運動させることができるに過ぎず、比較的大
きな電力、及び定期保守を必要とする。この複雑な機構
による解決手段は高価格を導き出し、従って、大量生産
としては魅力が無いものである。

【０００４】電気モータの代替品としては、特に、圧電
アクチュエータ装置が挙げられるが、これは、回転運動
を連続的に効率的に実行でき、最小限の保守しか必要と
しない。しかしながら、圧電アクチュエータ装置は、摩
擦抵抗を介して力を伝達するので、所定の接触圧力を必
要とする。

【０００５】本発明の目的は、柔軟に利用でき、最小限
のコストで実現できるアクチュエータを提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
目的は、少なくとも２つの回転軸で球体を回転させるた
めに少なくとも２つの圧電駆動部を具え、この圧電駆動
部は球体の表面に対して接線方向への振動による摩擦に
よりそれぞれの回転軸で球体を回転させるために、その
力を球体に伝達することができることによって達成され
る。

【０００７】従って、２つの圧電駆動部のみによって球
体を空間的に回転させることができるようになり、この
圧電駆動部は、２つの異なる空間的な固定された回転軸
と、第３の低摩擦のボールベアリングが埋め込まれた支
柱に相当するものである。てこ棒として球体の半径の全
体を利用することができるため、圧電駆動部の接線方向
への伝達する力によって、高いトルクを得ることができ
る。

【０００８】更に、連結−共振型圧電（CRP:coupled-re
sonance piezoelectric）モータを圧電駆動部として使
用することを提案するが、このモータは、第１運転モー
ドでは球体表面の接線方向に力を伝達し、第２運転モー
ドでは縦振動を実行し、スイッチを切った状態ではセル
フ制動方式で最後に到達した位置で前記球体を固定する
ことができるものである。

【０００９】第１運転モードでは、球体を回転させるこ
とができ、一方、第２運転モードでは、縦振動により、
非回転用の圧電モータと球体との間の摩擦力を減少させ
るという利点がある。これによって、球体の位置決めの
正確さを増すことができ、また圧電モータの出力定格を
減少させる。圧電モータのスイッチを切ったとき、モー
タと球体との摩擦力が、球体の位置の僅かなズレも防止
する。

【００１０】本発明のその他の実施態様では、球体の内
部に圧電モータを設け、力は、圧電モータから球体を覆
うシェルの内側の部分に伝達される。

【００１１】このアクチュエータの実施態様は、球体が
大きく、球体の内部に圧電モータを収める余地が十分あ
る場合に利点がある。球体やこれを覆うシェル以外に
は、この圧電モータには他の装置を装着する必要がな
い。その結果、アクチュエータのサイズを、これを覆う
シェルのサイズまで小型化できる。

【００１２】更に、本発明のその他の実施態様では、３
つの直交する回転軸を持ち、第１圧電駆動部が、ある回
転軸で前記球体を回転させ、一方、第２圧電駆動部が、
振動の接平面が前記回転軸に対して平行に延伸され、前
記球体を支持するこの第２圧電駆動部と接している点に
おける摩擦力を減少させ、第３圧電駆動部が、前記回転
軸に沿って配置され、この第３圧電駆動部がスイッチを
切られた状態において前記球体を支持する点と接してい
る状態で、前記回転軸を安定させる、という手段で制御
される３つの圧電駆動部を具える。

【００１３】特に宇本実施態様の利点は、３つの直交す
る空間的に固定された回転軸のうちの１つに沿って、常
に、１つだけ圧電モータを回転させるので、球体の回転
運動を個別にシンプルに制御できることである。同時
に、スイッチが切られたモータは、このモータが球体を
支持する点において、回転が起こる回転軸を安定化させ
るものである。その結果、回転運動がより正確になる。
第３のモータを設けるが、このモータにより、縦振動を
発生させ、その結果、モータと球体との間にある摩擦力
を最小化することができる。その理由は、縦振動によ
り、振動している圧電モータから球体が上昇するからで
ある。回転軸を直交するように配置すると、複数の回転
軸に沿って構成される回転運動中の調整が簡単になる。

【００１４】更に、球体は、圧電モータ上に接触圧力を
加えるが、この接触圧力は、球体そのものの重さ、磁
石、或いは、回転すべき球体に装着された第２の球体の
重さによって提供される。

【００１５】球体の重さでは、圧電モータ上に適切な接
触圧力を加えることができない場合、磁石やボールベア
リングによって接触圧力を大きくすることができる。接
触圧力を大きくすればするほど、より確実に力を伝達す
ることができる。その結果、回転運動をより正確に実行
することができる。

【００１６】更に、上記の実施態様の１つにおいて、映
像及び／または音声を記録する装置をアクチュエータに
装着する、即ち、上記の球体に、カメラ及び／または、
マイクを装着できるようにすることが好適である。

【００１７】従って、映像や音声を伝送するビデオカメ
ラは、正確に、回転させたり、方向を指示したりするこ
とが可能である。また、この場合においては、従来の電
気モータに比して無摩擦型（wear-free）の圧電モータ
を使うと非常に効果がある。即ち、スイッチを切った状
態でビデオカメラを、何らの手段を用いずに静止した状
態でロックさせることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施態様を、付属の図面
を参照しつつ更に詳細に説明するが、これは単なる例示
に過ぎないものである。

【００１９】図１は、デジタルビデオカメラ３を具える
装置を示すものであり、このカメラはＰＣ、テレビ受像
機、或いは、テレビ電話に接続されており、全ての方向
へ旋廻可能である。

【００２０】例えば、テレビ会議中やビデオメールを作
成するときに、本発明の装置によれば、カメラで空間上
のユーザを追跡することができ、その結果、このユーザ
はカメラの正面に座る必要なく、自由に空間上を動き回
ることができる。デジタルビデオカメラ３、及び図示は
しないが所望であればマイクを、金属や、耐衝撃性の硬
い表面を具えるその他の材料の球体２に装着する。ま
た、監視目的で、例えば赤外線センサなどのセンサを装
着することもできる。球体２は、ビデオカメラ、或い
は、所望であればマイク装着するのに適した窪みを具
え、同様に、ケーブル、電力供給用、及びデータ交換の
ための配線用管４を具えるものである。球体２は、３つ
の圧電モータ1a、1b、1c上の３点で支持されるものであ
る。

【００２１】圧電モータ1a、1b、1cは、いわゆる連結−
共振型圧電モータ（CRP）であり、特別なタイプの圧電
駆動部である。圧電モータによるこの振動部材は、方形
のプレートで構成される。この連結−共振型圧電モータ
の詳細な操作原理は、DE19817038という文書で説明され
ている。ＣＲＰ型の圧電モータを使用すると、２つのモ
ードで運転できるという利点がある。これらの圧電モー
タの駆動の仕方によって、圧電モータは、第１に、球体
２の表面に対して接線方向への振動によって球体２を回
転させることができる。第２に、球体２に対して半径方
向への縦振動を発生させる。その結果、球体２は、振動
する圧電モータにより縦方向に上昇し、即ち、機械的な
接触や摩擦なしで実質的に球体２を浮き上がらせること
となる。重要なことは、どちらのモードも、同じ共振回
路によって振動させることができることである。

【００２２】これらの圧電モータ１a、1b、1cは、直交
する三脚5a、5b、5cに配置される。これらは、圧電モー
タ1a、1b、1cの振動の影響を受けないように或いは軽減
するように、ガイド手段や弾力性のある支持体６により
支持される。全ての回転軸7a、7b、7cは、互いに直交す
るものである。従って、空間的に固定された回転軸7a、
7b、7cで球体２を回転させるのが、特に効果がある方法
である。第１圧電モータ、例えば圧電モータ1aは、球体
を回転させ、一方、第２圧電モータ1bは、回転軸7cと直
交する同じ平面上に配置され、第１圧電モータによる摩
擦力に打ち勝つことができるものであり、摩擦力を減少
させるために真っ直ぐな縦振動モードに設定される。第
３圧電モータ1cは、球体を支持する点が瞬時の回転軸7c
に正確に配置され、球体２に対して回転軸7cが変動した
ときだけ制動動作を行うようになっている。従って、ス
イッチが切られた状態では、第３圧電モータは、回転軸
7cを安定化させ、所望の回転軸7cから球体２がずれるの
を防止するものであ。このようにして、３つの圧電モー
タ1a、1b、1cのいずれかによって、ある回転軸に沿って
球体２を回転させることができ、その他の２つの圧電モ
ータは、それぞれ、回転軸を安定化させように、また、
摩擦を軽減するように働くものである。

【００２３】或いは、球体２の内部に圧電モータ1a、1
b、1cを設けることも可能であり、この場合、力は球体
２を覆うシェルへと伝達する。圧電モータは、その力を
摩擦抵抗を介して伝達するため、球体２と圧電モータ1
a、1b、1cとの間には、適切な接触圧力が必要である。
この接触圧力は、球体２の十分な重さによって加えるこ
とができ、この接触圧力は、圧電モータ1a、1b、1c上に
球体２表面を押し付け、それ故に必要とする摩擦力が得
られる。

【００２４】球体２の重さが十分に大きくない場合、こ
こでは金属でできた球体２を引力で引き付ける磁石を、
球体２の下部、かつ、圧電モータ1a、1b、1cの三脚5a、
5b、5cの間に装着することによって、接触圧力を大きく
することができる。球体２が、例えばセラミック材料な
どのその他の硬い物質でできている場合、球体２の内部
に小さな鉄の芯を入れることによって、適切な引力を得
ることができる。その他として、適切な接触圧力を発生
させるためには、第２の球体を球体２に装着することで
ある。この第２の球体は、上方から圧電モータ1a、1b、
1c上で支持するものである。更に、必要な接触圧力を加
えるために、コンプレッサーにより球体２の上方から球
体２と支持体との間に力を加えるような空気ベアリング
を利用することも考えられる。球体２が動いていない場
合、装置全体は、球体表面と圧電モータ1a、1b、1cとの
間の摩擦力により、自身で、制動するものである。従っ
て、静止するのに電力を消費せず、また、その他にロッ
ク機構を設ける必要もない。

【００２５】既知のアクチュエータに比べると、本発明
は、ＣＲＰ型の圧電モータを、１つのモータにより２つ
の運転モードで使用することできること、縦振動を発生
させるモードは、１つの圧電モータだけで、回転してい
ないモータの実質的な摩擦力に打ち勝たせなくとも、球
体２を回転させることができるという大きな利点があ
る。これによって、僅かな電力で回転運動をスムーズか
つ連続的に実施させることができ、そして必要な電力、
必然的に電流の消費も減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるアクチュエータ、及び、デジタ
ルビデオカメラ３を具える装置を示す斜視図である。

【符号の説明】

１a,１b,１c 圧電駆動モータ ２ 球体 ３ デジタルビデオカメラ ４ 配線用管 ５a,５b,５c 三脚 ６ 支持体 ７a,７b,７c 回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ゲルハルト ディーフェンバッハ ドイツ国 52080 アーヘン カルクベル クシュトラーセ 194 (72)発明者 アストリッド レヴァルター ドイツ国 52070 アーヘン ローベンス シュトラーセ 38 (72)発明者 クリスティアン ライヒンガー ドイツ国 52477 アルスドルフ フォッ スプファヒェン ６

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の圧電駆動部、及び、少なくとも２
   つの回転軸で回転可能である球体を具えるアクチュエー
   タにおいて、 少なくとも２つの回転軸で前記球体を回転させるために
   少なくとも２つの圧電駆動部を具え、この圧電駆動部
   は、球体の表面の接線方向での振動を用いた摩擦力によ
   って、球体を各々の回転軸で回転させるために力を球体
   に伝達することができる、ことを特徴とするアククエー
   タ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のアクチュエータにおい
   て、圧電駆動部に連結−共振型圧電モータを使用し、こ
   のモータは、第１運転モードでは球体表面の接線方向に
   力を伝達し、第２運転モードでは縦振動を発生させ、ス
   イッチを切った状態ではセルフ制動方式で最後に到達し
   た位置で前記球体を固定することができる、ことを特徴
   とするアクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のアクチュエー
   タにおいて、 前記球体をシェルで覆い、このシェル内に前記圧電駆動
   部を設け、この圧電駆動部から前記シェルの内側の部分
   へ力を伝達する、ことを特徴とするアクチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいすれか１項に記載のア
   クチュエータにおいて、 ３つの直交する回転軸を持ち、 第１圧電駆動部が、ある回転軸で前記球体を回転させ、 一方、第２圧電駆動部が、振動の接平面が前記回転軸に
   対して平行に延伸され、前記球体を支持するこの第２圧
   電駆動部と接している点における摩擦力を減少させ、 第３圧電駆動部が、前記回転軸で配置され、この第３圧
   電駆動部がスイッチを切られた状態において前記球体を
   支持する点と接している状態で、前記回転軸を安定させ
   る、という手段で制御される３つの圧電駆動部を、具え
   ることを特徴とするアクチュエータ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいすれか１項に記載のア
   クチュエータにおいて、 前記球体そのものの重さ、磁石、或いは、回転するべき
   前記球体に装着された第２の球体による接触圧力が、前
   記球体により前記圧電駆動部上に加えられる、ことを特
   徴とするアクチュエータ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいすれか１項に記載のア
   クチュエータを具える、画像及び／または音声を取得す
   る装置において、 前記アクチュエータの球体に、カメラ及び／またはマイ
   クを装着できるようにしていることを特徴とする装置。