JP4759735B2

JP4759735B2 - 駆動アクチュエータ

Info

Publication number: JP4759735B2
Application number: JP2005314354A
Authority: JP
Inventors: 晃生山本; 俊郎樋口
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: JP2007124817A

Description

本発明は、駆動アクチュエータに関し、詳しくは、少なくとも一方向に駆動する駆動アクチュエータに関する。

従来、この種の駆動アクチュエータとしては、枠内の一方側に配置された電極と、枠に他方側にバネ接続された可動マスと、可動マスが電極に当接しないように設けられたストッパと、電極と可動マスに直流電圧を印加する直流電源と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動アクチュエータでは、電極と振動部材とに直流電圧を印加することにより、電極と可動マスとの間に作用する静電引力により可動マスを引きつけてストッパに衝突させ、この衝突の際のエネルギにより一方側に駆動させる。
国際公開公報ＷＯ０１／６８５１２Ａ１

しかしながら、上述の駆動アクチュエータでは、単に直流電圧を印加するだけでは可動マスの衝突の一回分の駆動しか行なうことができないため、連続的に駆動するには直流電圧の印加のオンオフを繰り返さなければならず、スイッチング制御が可能な駆動回路を備える必要があり、装置が複雑化する。また、可動マスをバネ接続するから、ストッパに衝突させるときにもバネにエネルギが蓄えられ、衝突により駆動に用いられるエネルギが小さく、エネルギ効率が低いものとなる。

本発明の駆動アクチュエータは、簡易な構成で少なくとも一方向に精密に駆動することを目的の一つとする。また、本発明の駆動アクチュエータは、直流電圧を印加するだけで少なくとも一方向に精密に駆動することを目的の一つとする。さらに、本発明の駆動アクチュエータは、高い分解能で駆動することを目的の一つとする。加えて、本発明の駆動アクチュエータは、よりエネルギ効率の高いものとすることを目的の一つとする。

本発明の駆動アクチュエータは、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動アクチュエータは、
少なくとも一方向に駆動する駆動アクチュエータであって、
前記一方向上に所定の距離をもって配置された一対の電極と、
前記一対の電極に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の電極間で該一対の電極に衝突しながら振動するよう配置され、少なくとも前記一対の電極と接触する部分が導電性材料により連続して形成されてなる振動部材と、
前記振動部材の振動に伴って該振動部材が前記一対の電極のうちの前記一方向側に配置された一方の電極に衝突したときに該一方の電極を介して前記駆動アクチュエータに作用する前記一方向に駆動しようとする一方向駆動力と前記駆動アクチュエータが載置された床面から該駆動アクチュエータに作用する前記一方向への駆動を阻止しようとする一方向抗力との偏差である一方向駆動有効力が、前記振動部材の振動に伴って該振動部材が前記一対の電極のうちの前記一方向とは反対側に配置された他方の電極に衝突したときに該他方の電極を介して前記駆動アクチュエータに作用する前記一方向とは逆方向に駆動しようとする逆方向駆動力と前記駆動アクチュエータが載置された床面から該駆動アクチュエータに作用する前記一方向とは逆方向への駆動を阻止しようとする逆方向抗力との偏差である逆方向駆動有効力より大きくなるようにする駆動力作用手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の駆動アクチュエータでは、電圧印加手段により一方向上に所定の距離をもって配置された一対の電極に直流電圧が印加されると、一対の電極間で一対の電極に接触しながら振動するよう配置された振動部材は、少なくとも一対の電極と接触する部分が導電性材料により連続して形成されていることからＧｏｒｄｏｎにより１８世紀に製作された電気ベルの原理により一対の電極間で接触しながら振動する。振動部材が一対の電極のうちの一方向側に配置された一方の電極に衝突すると、この一方の電極を介して駆動アクチュエータに一方向に駆動しようとする一方向駆動力が作用すると共に駆動アクチュエータには床面から一方向への駆動を阻止しようとする一方向抗力とが作用するから、一方向への有効な駆動力は一方向駆動力から一方向抗力を減じた一方向駆動有効力となる。一方、振動部材が一対の電極のうちの他方の電極に衝突すると、この他方の電極を介して駆動アクチュエータに一方向とは逆方向に駆動しようとする逆方向駆動力が作用すると共に駆動アクチュエータには床面から逆方向への駆動を阻止しようとする逆方向抗力とが作用するから、逆方向への有効な駆動力は逆方向駆動力から逆方向抗力を減じた逆方向駆動有効力となる。駆動力作用手段はこうした一方向駆動有効力が逆方向駆動有効力より大きくなるようにするから、駆動アクチュエータは、全体として一方向に駆動することになる。このように、簡易な構成であるから、小型化や軽量化が容易であり、印加する直流電圧や振動部材の質量，駆動アクチュエータ自体の質量を調整することにより、一方向に極めて高い分解能で精密に駆動することができる。しかも、直流電圧を印加するだけで一方向に駆動することができる。また、一方の電極に振動部材が衝突する際に他にエネルギを蓄えるものを取り付ける必要がないから、衝突により駆動に用いられるエネルギを大きくすることができ、エネルギ効率を向上させることができる。

こうした本発明の駆動アクチュエータにおいて、前記駆動力作用手段は、前記一方向駆動力が前記逆方向駆動力より大きくなるようにする手段であるものとすることもできる。この場合、前記駆動力作用手段は、前記振動部材の振動中心を前記一方の電極側に偏心させる手段であるものとすることもできる。また、前記駆動力作用手段は、前記振動部材が前記一方の電極に衝突したときの該一方の電極の撓み量を前記振動部材が前記他方の電極に衝突したときの該他方の電極の撓み量より小さくする手段であるものとすることもできる。この場合、前記駆動力作用手段は、前記一方の電極の剛性が前記他方の電極より大きくなるよう形成されてなる前記一対の電極であるものとすることもできるし、前記駆動力作用手段は、前記一方の電極の支持剛性が前記他方の電極より大きくなるよう前記一対の電極を支持する支持部材であるものとすることもできる。

また、駆動力作用手段が一方向駆動力を逆方向駆動力より大きくする手段である態様の本発明の駆動アクチュエータにおいて、前記駆動力作用手段は、前記一方の電極の床面に対する角度が前記他方の床面に対する角度より大きくなるよう配置されてなる前記一対の電極であるものとすることもできる。また、前記駆動力作用手段は、前記振動部材を鉛直方向成分をもって振動させる手段であるものとすることもできる。さらに、前記駆動力作用手段は、前記振動部材を前記一方の電極側に付勢力を作用させるバネ部材であるものとすることもできる。

本発明の駆動アクチュエータにおいて、前記駆動力作用手段は、前記一方向抗力が前記逆方向抗力より小さくなるようにする手段であるものとすることもできる。この場合、前記駆動力作用手段は、前記振動部材が前記一方の電極に衝突したときの前記駆動アクチュエータと床面との摩擦力が前記振動部材が前記他方の電極に衝突したときの前記駆動アクチュエータろ床面との摩擦力より小さくなるようにする手段であるものとすることもできる。更にこの場合、前記駆動力作用手段は、前記床面に前記一方の電極と同極の電圧を作用させる床電圧作用手段と、絶縁性材料により形成され前記床面に接触する接触面部と導電性材料により形成され該接触面部の前記床面と接触する側の反対側の面の表面に配置された導電性面部とからなる底部材と、前記振動部材と前記導電性面部とを電気的に接続する電気的接続部材と、を備える手段であるものとすることもできる。この場合、振動部材が一方の電極に衝突したときには床面の極性と振動部材の極性が同じになり、振動部材が他方の電極に衝突したときには床面の極性と振動部材の極性は異なるものとなる。このため、振動部材が他方の電極に衝突した瞬時に静電吸引力が駆動アクチュエータに作用することになり、逆方向抗力が急増し、逆方向抗力に比して一方向抗力が小さくなる。

本発明の駆動アクチュエータにおいて、前記逆方向駆動有効力が値０となるよう調整されてなるものとすることもできる。こうすれば、逆方向への駆動は生じないものとすることができ、一方向への駆動と逆方向への駆動との振動を伴って一方向に駆動するのを抑止することができる。

本発明の駆動アクチュエータにおいて、前記電圧印加手段は、床面から前記一対の電極に電圧を印加する手段であるものとすることもできる。こうすれば、駆動する駆動アクチュエータに容易に直流電圧を印加することができる。この場合、前記電圧印加手段は、前記一方向に沿って平行に配置されたレール状の給電用電極を備える手段であり、前記一対の電極は、前記給電用電極のうち対応する電極には接触するが対応しない電極には非接触となるよう形成されてなるものとすることもできる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動アクチュエータ２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動アクチュエータ２０は、床１０に載置される下部材と上部材と側部材ろからなる枠体２２と、この枠体２２の側部材と対をなす側部材として配置された一方向用電極２４と、一方向用電極２４と対をなし枠体２２の上部材から釣り下げられて下部材に対しては開放されるよう配置された逆方向用電極２６と、一方向用電極２４と逆方向用電極２６との間に配置されて両電極２４，２６に接触可能に振動する振動部材３０と、一方向用電極２４および逆方向用電極２６に直流電圧を印加する直流電源４０と、を備える。

枠体２２は、非導電性材料、例えばアクリルなどにより形成されており、一方向用電極２４および逆方向用電極２６は、導電性材料、例えば銅などにより形成されている。一方向用電極２４は、その剛性が高くなるように（撓みにくくなるように）厚く形成されており、逆方向用電極２６は、その剛性が低くなるように（撓みやすくなるように）薄く形成されている。また、逆方向用電極２６は、枠体２２の下部に取り付けられたストッパ２８により振動部材３０側に振れないようになっている。

振動部材３０は、非導電性材料により形成されており、金属箔（例えば、アルミ箔など）により形成された釣り下げ部材３２により両電極２４，電極２６の方向を振動方向とするよう枠体２２の上部材から釣り下げられている。したがって、振動部材３０が振動して一方向用電極２４や逆方向用電極２６に衝突するときには、一方向用電極２４や逆方向用電極２６には釣り下げ部材３２が当接することになる。

なお、実施例の駆動アクチュエータ２０では、その外形は、高さ５０ｍｍ，幅１０ｍｍ，奥行き１３ｍｍであり、振動部材３０の重さが１６．８ｇで総重量２１．２ｇとなるよう形成し、直流電源４０として５００Ｖ〜１０００Ｖの直流電圧のものを用いた。

次に、こうして構成された実施例の駆動アクチュエータ２０の動作について説明する。図２は、実施例の駆動アクチュエータ２０の駆動の様子を説明する説明図である。図２に示すように一方向用電極２４が正極となるよう一方向用電極２４と逆方向用電極２６とに直流電圧を印加すると、一方向用電極２４と逆方向用電極２６と振動部材３０はＧｏｒｄｏｎにより１８世紀に製作された電気ベルと同様に作用する。即ち、まず、振動部材３０および釣り下げ部材３２に対する静電気力により振動部材３０は一方向用電極２４か逆方向用電極２６のいずれかの方向に引きつけられる。振動部材３０が一方向用電極２４か逆方向用電極２６の一方の電極に接触すると、接触した電極と釣り下げ部材３２との間で電荷の授受が行なわれ、釣り下げ部材３２は接触した電極と同電圧に帯電する。これにより、振動部材３０は接触した電極に対する静電気力による吸引力を失う。一方、この帯電により、振動部材３０には反対側の電極に対して静電電気力による吸引力が生じるため、振動部材３０は反対側の電極に向かう。これを繰り返すことにより、振動部材３０は一方向用電極２４と逆方向用電極２６との間で衝突をもって振動する。

いま、振動部材３０が一方向用電極２４に衝突したとき（図２の左側の状態）を考える。振動部材３０が一方向用電極２４に衝突すると、一方向用電極２４は剛性が高くなるよう厚く形成されているから、ほとんど撓むことなく振動部材３０の運動エネルギを受け止める。このときに一方向用電極２４を介して駆動アクチュエータ２０に作用する図中左方向に駆動しようとする力（以下、一方向駆動力という）は、振動部材３０の重さと振動部材３０が一方向用電極２４に衝突したときの速度によって定まり、振動部材３０の重さが大きいほど大きく、振動部材３０の一方向用電極２４との衝突の際の速度が大きいほど大きくなる。このときに床１０から駆動アクチュエータ２０に作用する図中左側への駆動を阻止しようとする力（以下、一方向抗力という）は、駆動アクチュエータ２０の質量と床１０の摩擦係数とにより定まり、駆動アクチュエータ２０の質量が大きいほど大きく、床１０の摩擦係数が大きいほど大きくなる。従って、一方向駆動力が最大値となる一方向抗力（最大摩擦力）より大きくなると、駆動アクチュエータ２０は図中左側に駆動することになる。

次に、振動部材３０が逆方向用電極２６に衝突したとき（図２の右側の状態）を考える。振動部材３０が逆方向用電極２６に衝突すると、逆方向用電極２６は剛性が低くなるよう薄く形成されていると共にその下端は枠体２２の下部材から開放されているから、振動部材３０に押されて図中右側に撓む。このときに逆方向用電極２６を介して駆動アクチュエータ２０に作用する図中右方向に駆動しようとする力（以下、逆方向駆動力という）は、上述した一方向駆動力と同様に振動部材３０の重さと振動部材３０が一方向用電極２４に衝突したときの速度によって定まり、振動部材３０の重さが大きいほど大きく、振動部材３０の一方向用電極２４との衝突の際の速度が大きいほど大きくなるが、逆方向用電極２６の曲げ（撓み）にエネルギが用いられることから、一方向用電極２４に衝突したときより小さくなる。このときに床１０から駆動アクチュエータ２０に作用する図中右側への駆動を阻止しようとする力（以下、逆方向抗力という）は、一方向用電極２４に衝突したときと同様に、駆動アクチュエータ２０の質量と床１０の摩擦係数とにより定まり、駆動アクチュエータ２０の質量が大きいほど大きく、床１０の摩擦係数が大きいほど大きくなる。従って、逆方向駆動力が最大値となる逆方向抗力（最大摩擦力）以下となれば、駆動アクチュエータ２０は図中右側には駆動しないことになる。

実施例の駆動アクチュエータ２０では、振動部材３０が一方向用電極２４に衝突したときには駆動アクチュエータ２０が図中左側に駆動し、振動部材３０が逆方向用電極２６に衝突したときには駆動アクチュエータ２０は図中右側には駆動しないように、振動部材３０の重さと総重量と直流電源４０からの印加電圧とが調整されている。上述の条件における駆動アクチュエータ２０の実験では、振動部材３０の一回当たりの駆動アクチュエータ２０の移動距離や駆動アクチュエータ２０の移動速度は、印加電圧のほぼ２乗に比例していることから、印加電圧を調整することにより駆動アクチュエータ２０の移動距離や移動速度を所望のものとすることができる。また実験では、分解能として１０μｍ程度であった。このことから振動部材３０の重さや総重量，直流電源４０の電圧を調整すれば、計算上ではナノメートルオーダーの分解能とすることが可能である。

以上説明した実施例の駆動アクチュエータ２０によれば、一方向用電極２４と逆方向用電極２６との間に釣り下げ部材３２に釣り下げられた振動部材３０を配置して一方向用電極２４と逆方向用電極２６とに直流電圧を印加するだけで、駆動アクチュエータ２０を一方向用電極２４の方向に駆動させることができる。しかも、直流電源４０から一方向用電極２４と逆方向用電極２６とに印加する電圧を調整することにより、駆動アクチュエータ２０の駆動速度や１回当たりの振動部材３０の衝突による駆動距離を所望のものにすることができる。しかも、マイクロメートルオーダーの分解能に限られず、ナノメートルオーダーの高い分解能を得ることができる。この結果、簡易な構成で高い分解能をもって精密に駆動アクチュエータ２０を一方向に駆動させることができる。また、電気ベルの原理を用いて振動部材３０を振動させるから、振動部材３０にバネなどの復元力により振動させるものを取り付ける必要がないから、一方向用電極２４に振動部材３０が衝突する際のエネルギを大きくすることができ、エネルギ効率を向上させることができる。

実施例の駆動アクチュエータ２０では、逆方向駆動力が最大値となる逆方向抗力（最大摩擦力）以下となるように調整したが、逆方向駆動力が最大値となる逆方向抗力（最大摩擦力）より大きくなるものとしてもかまわない。この場合、振動部材３０が逆方向用電極２６に衝突したときに駆動アクチュエータ２０は逆方向用電極２６側（逆方向）にも駆動するが、逆方向駆動力は一方向駆動力より小さくなるから、逆方向駆動力と逆方向抗力との偏差としての逆方向駆動有効力は一方向駆動力と一方向抗力との偏差としての一方向駆動有効力より小さくなり、逆方向への駆動は一方向への駆動に比して小さくなる。このため、駆動アクチュエータ２０は、一方向への駆動と逆方向への駆動とを伴いながら、全体としては一方向に駆動することになる。

実施例の駆動アクチュエータ２０では、逆方向用電極２６を剛性が低くなるよう薄く形成すると共にその下端を枠体２２の下部材から開放するようにしたが、逆方向用電極２６の剛性が一方向用電極２４に比して低いものであれば、その下端を枠体２２の下部材から開放しないものとしてもよい。この場合、逆方向用電極２６は振動部材３０が衝突したときには弓状に撓むことになる。また、逆方向用電極２６の下端を枠体２２の下部材から開放するものであれば、逆方向用電極２６の剛性を一方向用電極２４と同一のものとしても構わない。

実施例の駆動アクチュエータ２０で説明したように、電気ベルの原理を用い、振動部材３０が一方向用電極２４に衝突する際の一方向駆動力が振動部材３０が逆方向用電極２６に衝突する際の逆方向駆動力より大きくなるようにすればよいから、種々の態様を考えることができる。例えば、以下のものを挙げることができる。

図３の変形例の駆動アクチュエータ２０Ｂに示すように、振動部材３０の釣り下げ部材３２による釣り下げ位置を一方向用電極２４側に偏心させるものとしてもよい。この場合、振動部材３０が逆方向用電極２６Ｂに衝突したときのエネルギは振り幅が大きくなることによる位置エネルギとして蓄えられるため、一方向駆動力の方が逆方向駆動力より大きくなり、駆動アクチュエータ２０Ｂは一方向に駆動する。なお、この変形例の駆動アクチュエータ２０Ｂでは、逆方向用電極２６Ｂの剛性を一方向用電極２４と同一とし、逆方向用電極２６Ｂを枠体の側部材となるよう配置している。

また、図４の変形例の駆動アクチュエータ２０Ｃに示すように、逆方向用電極２６Ｃを枠体２２Ｃの側部材からのバネ２７Ｃにより保持するものとしてもよい。この場合、振動部材３０が逆方向用電極２６Ｃに衝突したときにはそのエネルギの一部はバネ２７Ｃに蓄えられるため、一方向駆動力の方が逆方向駆動力より大きくなり、駆動アクチュエータ２０Ｃは一方向に駆動する。

さらに、図５の変形例の駆動アクチュエータ２０Ｄに示すように、垂直に配置した一方向用電極２４に比して逆方向用電極２６Ｄを垂直から所定の角度（例えば１０度や１５度）なすように配置するするものとしてもよい。この場合、振動部材３０が逆方向用電極２６Ｄに衝突したときのエネルギは逆方向用電極２６Ｄが傾いている分だけ下部の振り幅による位置エネルギとして蓄えられるため、一方向駆動力の方が逆方向駆動力より大きくなり、駆動アクチュエータ２０Ｄは一方向に駆動する。

あるいは、図６の変形例の駆動アクチュエータ２０Ｅに示すように、枠体を一方向用電極２４Ｈが下方側となるよう傾けるものとしてもよい。この場合、振動部材３０は、鉛直成分によるエネルギの放出を伴って一方向用電極２４Ｈに衝突し、鉛直成分によるエネルギの蓄えを伴って逆方向用電極２６Ｅに衝突する。このため、一方向駆動力の方が逆方向駆動力より大きくなり、駆動アクチュエータ２０Ｅは一方向に駆動する。

また、図７の変形例の駆動アクチュエータ２０Ｆに示すように、振動部材３０Ｆを金属箔により形成された被覆部材３２Ｆによって被覆し、振動部材３０Ｆを一方向用電極２４Ｆ側に配置された支持部材２５Ｆから自然長のときに振動部材３０Ｆが一方向用電極２４Ｆと逆方向用電極２６Ｆとの中央より一方向用電極２４Ｆ側となるようにバネ３４Ｆにより支持するものとしてもよい。この場合、振動部材３０Ｆが一方向用電極２４Ｆに衝突するときにバネ３４Ｆに蓄えられるエネルギに比して振動部材３０Ｆが逆方向用電極２６Ｆに衝突するときにバネ３４Ｆに蓄えられるエネルギの方が大きくなるため、一方向駆動力の方が逆方向駆動力より大きくなり、駆動アクチュエータ２０Ｆは一方向に駆動する。

図８の変形例の駆動アクチュエータ２０Ｇは、振動部材３０Ｇを金属箔により形成された被覆部材３２Ｇによって被覆し、振動部材３０Ｇが一方向用電極２４と逆方向用電極２６Ｇとの中央になるように、小さなバネ定数の板バネ３４Ｇにより振動部材３０Ｇの一方向用電極２４側を釣り下げ、大きなバネ定数の板バネ３６Ｇにより振動部材３０Ｇの逆方向用電極２６Ｇ側を釣り下げる。この場合、振動部材３０Ｇが一方向用電極２４に衝突するときに板バネ３４Ｇに蓄えられるエネルギに比して振動部材３０Ｇが逆方向用電極２６Ｇに衝突する際に板バネ３６Ｇに蓄えられるエネルギの方が大きくなるため、一方向駆動力の方が逆方向駆動力より大きくなり、駆動アクチュエータ２０Ｇは一方向に駆動する。

また、一方向駆動力と逆方向駆動力とが同じであっても一方向抗力が逆方向抗力より小さくなれば、一方向駆動有効力が逆方向駆動有効力より大きくなるから、駆動アクチュエータ２０は一方向に駆動する。一方向抗力を逆方向抗力より小さくする手法としては、例えば、図９の変形例の駆動アクチュエータ２０Ｈに示すように、床１０Ｈを導電ライン４２Ｈにより一方向用電極２４と接続して床１０Ｈを一方向用電極２４と同極性とし、枠体の下部材２２Ｈの振動部材３０側の面に導電性材料により形成した導電性板材２３Ｈを組み付け、この導電性板材２３Ｈと振動部材３０とを導電ライン３４Ｈにより接続するものとしてもよい。この場合、振動部材３０が一方向用電極２４に衝突すると、振動部材３０は一方向用電極２４と同極性となるから、導電性板材２３Ｈも床１０Ｈと同極性となるから、導電性板材２３Ｈと床１０Ｈとの間には静電気力による吸引力は生じないが、振動部材３０が逆方向用電極２６Ｈと衝突すると、振動部材３０は逆方向用電極２６Ｈと同極性となるから、導電性板材２３Ｈは床１０Ｈと異極性となり、導電性板材２３Ｈと床１０Ｈとの間には静電気力による吸引力は生じ、これが抗力として作用するため、一方向抗力の方が逆方向抗力より小さくなり、駆動アクチュエータ２０Ｈは一方向に駆動する。

実施例の駆動アクチュエータ２０や変形例の駆動アクチュエータ２０Ｂ〜２０Ｈでは、一方向用電極２４，２４Ｂ〜２４Ｈや逆方向用電極２６，２６Ｂ〜２６Ｈに導電ラインを用いて直流電源４０から直流電圧を印加するものとしたが、図１０の変形例の駆動アクチュエータ２０Ｊに示すように、導電性材料（例えば銅など）により形成されて床１０に埋め込まれた平行な２本のレール４４Ｊ，４６Ｊに直流電源４０Ｊから直流電圧を印加し、一方向用電極２４Ｊについては正極側のレール４４Ｊには接触するが負極側のレール４６Ｊには接触しないように形成し、逆方向用電極２６Ｊについては正極側のレール４４Ｊには接触しないが負極側のレール４６Ｊには接触するように形成するものとしてもよい。こうすれば、床から直流電圧を印加することができる。

実施例の駆動アクチュエータ２０や変形例の駆動アクチュエータ２０Ｂ〜２０Ｈでは、変形例の駆動アクチュエータ２０Ｆ，２０Ｇを除いて、振動部材３０を釣り下げ部材３２により枠体２２の上部材から釣り下げるものとしたが、振動部材３０が一方向用電極２４、と逆方向用電極２６との間で衝突を伴って振動すればよいから、下部から低摩擦部材で支持したり、下部または上部から磁力を用いて保持するものなど、種々の手法を用いることができる。

実施例の駆動アクチュエータ２０や変形例の駆動アクチュエータ２０Ｂ〜２０Ｈでは、金属箔により形成された釣り下げ部材３２や被覆部材３２Ｆ，３２Ｇにより振動部材３０の一方向用電極２４や逆方向用電極２６の衝突方向を被覆したが、振動部材３０を導電性材料により形成すれば、釣り下げ部材３２については如何なる材料により形成するものとしてもよくなり、被覆部材３２Ｆ，３２Ｇについては不要となる。

実施例の駆動アクチュエータ２０や変形例の駆動アクチュエータ２０Ｂ〜２０Ｈでは、単一の振動部材３０の振動により駆動アクチュエータ２０を一方向に駆動させるものとしたが、図１１の変形例の駆動アクチュエータ２０Ｋに示すように、複数の駆動アクチュエータ２０を同じ向きになるように連結するものとしてもよい。この場合、振動部材３０の振動を同期させる必要から、連結させた複数の振動部材３０を連結部材３８を用いて連結するのが好ましい。この場合、連結される側の一方向用電極２４Ｋや逆方向用電極２６Ｋ，枠体２２Ｋには、連結部材３８による連結部に貫通孔を設ける必要もある。

実施例の駆動アクチュエータ２０や変形例の駆動アクチュエータ２０Ｂ〜２０Ｈでは、駆動アクチュエータ２０を一方向に駆動するものとして説明したが、図１２の変形例の駆動アクチュエータ２０Ｌに示すように、二つの駆動アクチュエータ２０を一方向用電極２４を共通で用いるよう異なる向きに連結すると共に二つの逆方向用電極２６への通電を切り替える切替スイッチ４８Ｌを備えるものとすれば、切替スイッチ４８Ｌによる切替により、駆動アクチュエータ２０Ｌの駆動方向を一方向から逆方向に或いは逆方向から一方向に切り替えることができる。これにより、一方向と逆方向のうち所望の方向に駆動アクチュエータ２０Ｌを駆動させることができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、駆動アクチュエータの製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例としての駆動アクチュエータ２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動アクチュエータ２０の駆動の様子を説明する説明図である。変形例の駆動アクチュエータ２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。変形例の駆動アクチュエータ２０Ｃの構成の概略を示す構成図である。変形例の駆動アクチュエータ２０Ｄの構成の概略を示す構成図である。変形例の駆動アクチュエータ２０Ｅの構成の概略を示す構成図である。変形例の駆動アクチュエータ２０Ｆの構成の概略を示す構成図である。変形例の駆動アクチュエータ２０Ｇの構成の概略を示す構成図である。変形例の駆動アクチュエータ２０Ｈの構成の概略を示す構成図である。変形例の駆動アクチュエータ２０Ｊの構成の概略を示す構成図である。変形例の駆動アクチュエータ２０Ｋの構成の概略を示す構成図である。変形例の駆動アクチュエータ２０Ｌの構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

１０床、２０，２０Ｂ〜２０Ｌ駆動アクチュエータ、２２，２２Ｃ，２２Ｋ枠体、２２Ｈ下部材、２３Ｈ導電性板材２３Ｈ、２４，２４Ｅ，２４Ｆ，２４Ｊ，２４Ｋ一方向用電極、２５Ｆ支持部材、２６，２６Ｂ〜２６Ｊ逆方向用電極、２７Ｃバネ、２８ストッパ、３０，３０Ｆ，３０Ｇ，３０Ｊ振動部材、３２釣り下げ部材、３２Ｆ，３２Ｇ被覆部材、３４Ｆバネ、３４Ｈ導電ライン、４０４０Ｊ直流電源、４４Ｊ，４６Ｊ板バネ。

Claims

少なくとも一方向に駆動する駆動アクチュエータであって、
前記一方向上に所定の距離をもって配置された一対の電極と、
前記一対の電極に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の電極間で該一対の電極に衝突しながら振動するよう配置され、少なくとも前記一対の電極と接触する部分が導電性材料により連続して形成されてなる振動部材と、
前記振動部材の振動に伴って該振動部材が前記一対の電極のうちの前記一方向側に配置された一方の電極に衝突したときに該一方の電極を介して前記駆動アクチュエータに作用する前記一方向に駆動しようとする一方向駆動力と前記駆動アクチュエータが載置された床面から該駆動アクチュエータに作用する前記一方向への駆動を阻止しようとする一方向抗力との偏差である一方向駆動有効力が、前記振動部材の振動に伴って該振動部材が前記一対の電極のうちの前記一方向とは反対側に配置された他方の電極に衝突したときに該他方の電極を介して前記駆動アクチュエータに作用する前記一方向とは逆方向に駆動しようとする逆方向駆動力と前記駆動アクチュエータが載置された床面から該駆動アクチュエータに作用する前記一方向とは逆方向への駆動を阻止しようとする逆方向抗力との偏差である逆方向駆動有効力より大きくなるようにする駆動力作用手段と、
を備える駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記一方向駆動力が前記逆方向駆動力より大きくなるようにする手段である請求項１記載の駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記振動部材の振動中心を前記一方の電極側に偏心させる手段である請求項２記載の駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記振動部材が前記一方の電極に衝突したときの該一方の電極の撓み量を前記振動部材が前記他方の電極に衝突したときの該他方の電極の撓み量より小さくする手段である請求項２記載の駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記一方の電極の剛性が前記他方の電極より大きくなるよう形成されてなる前記一対の電極である請求項４記載の駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記一方の電極の支持剛性が前記他方の電極より大きくなるよう前記一対の電極を支持する支持部材である請求項４記載の駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記一方の電極の床面に対する角度が前記他方の床面に対する角度より大きくなるよう配置されてなる前記一対の電極である請求項２記載の駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記振動部材を鉛直方向成分をもって振動させる手段である請求項２記載の駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記振動部材を前記一方の電極側に付勢力を作用させるバネ部材である請求項２記載の駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記一方向抗力が前記逆方向抗力より小さくなるようにする手段である請求項１ないし９いずれか記載の駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記振動部材が前記一方の電極に衝突したときの前記駆動アクチュエータと床面との摩擦力が前記振動部材が前記他方の電極に衝突したときの前記駆動アクチュエータと床面との摩擦力より小さくなるようにする手段である請求項１０記載の駆動アクチュエータ。
前記駆動力作用手段は、前記床面に前記一方の電極と同極の電圧を作用させる床電圧作用手段と、絶縁性材料により形成され前記床面に接触する接触面部と導電性材料により形成され該接触面部の前記床面と接触する側の反対側の面の表面に配置された導電性面部とからなる底部材と、前記振動部材と前記導電性面部とを電気的に接続する電気的接続部材と、を備える手段である請求項１１記載の駆動アクチュエータ。
前記逆方向駆動有効力が値０となるよう調整されてなる請求項１ないし１２いずれか記載の駆動アクチュエータ。
前記電圧印加手段は、床面から前記一対の電極に電圧を印加する手段である請求項１ないし１３いずれか記載の駆動アクチュエータ。
請求項１４記載の駆動アクチュエータであって、
前記電圧印加手段は、前記一方向に沿って平行に配置されたレール状の給電用電極を備える手段であり、
前記一対の電極は、前記給電用電極のうち対応する電極には接触するが対応しない電極には非接触となるよう形成されてなる、
駆動アクチュエータ。