JP5098012B2 - Vibration moving method and vibration moving apparatus - Google Patents

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

本発明は、小型で簡単な機構でありながらエンジンやモータ等の既存の動力を使わずに移動することができる振動移動方法及び振動移動装置に関し、特に、圧電アクチュエータを用いて脚部に振動を加えることにより物体を移動させる振動移動方法及び振動移動装置に関する。   The present invention relates to a vibration moving method and a vibration moving apparatus that can move without using existing power such as an engine or a motor while being a small and simple mechanism, and in particular, a vibration is applied to a leg using a piezoelectric actuator. The present invention relates to a vibration moving method and a vibration moving apparatus for moving an object by adding.

現在、物流、荷役運搬機械としてのエレベータ、クレーン、フォークリフト、無人搬送車等の各種運搬機械は、主に重量物の運搬等に使われている。しかし、もっと簡単な方法で、一般家屋、アパートやマンション等の小さい建物内で、人間に代わって少量物を自由に各部屋まで運ぶ移動装置があれば、その分だけ省力化することができ、老人、身体障害者、主婦等にとって役に立つと思われる。そのためには、少量物の運搬に適した移動装置が必要である。   Currently, various transport machines such as elevators, cranes, forklifts, automatic guided vehicles, etc. as logistics and cargo handling transport machines are mainly used for transporting heavy objects. However, in a simpler way, if there is a mobile device that can freely transport small items to each room on behalf of human beings in small buildings such as ordinary houses, apartments and condominiums, it can save labor by that much, It seems to be useful for the elderly, the disabled, and housewives. For this purpose, a moving device suitable for transporting a small quantity is necessary.

ところで、移動装置としてエンジンやモータ等を採用した場合、必然的にある程度の大きさや重さが必要になってしまう。そこで、小型かつ簡単な機構であることを主眼として鋭意研究を行った結果、推進力に振動を用いること、加振機構に圧電アクチュエータを採用することに思い至った。圧電アクチュエータは、圧電及び電歪の特性を持っており、圧電素子に圧力を与えると電気が発生し、逆に電気を加えるとアクチュエータ自体が伸びたり縮んだりする。また、圧電アクチュエータにパルス状の電圧を与えると、バイモルフ(屈曲)振動をする。   By the way, when an engine, a motor, etc. are employ | adopted as a moving apparatus, a certain amount of size and weight will be needed inevitably. Therefore, as a result of earnest research focusing on the small and simple mechanism, I came up with the idea of using vibration as the driving force and using a piezoelectric actuator as the excitation mechanism. Piezoelectric actuators have piezoelectric and electrostrictive characteristics. When pressure is applied to the piezoelectric element, electricity is generated. Conversely, when electricity is applied, the actuator itself expands or contracts. Further, when a pulsed voltage is applied to the piezoelectric actuator, bimorph (bending) vibration occurs.

かかる圧電アクチュエータの振動を利用する機械として、機械的共振そのものを利用した超音波メス、気体や液体にエネルギーを伝達する圧電ファン、圧電ポンプ、超音波顕微鏡又は超音波モータがある(非特許文献1参照)。例えば、超音波モータは、圧電振動子から出る強力超音波振動エネルギーをモータの駆動方式に取り入れたものであり、ミクロンオーダーの微小振動を高効率で一方向運動にどのように変換するかにより、振動片型と表面波型に分類される。さらに、振動片型の先端に生じる摩耗の問題を解決するために弾性表面波を用いる超音波リニアモータがある。このモータは一般の電磁式モータと比べて、低速時のトルクが大きいという特徴があり、制御性も良いことから、実用性の高い超音波モータとして期待されている。
森北出版株式会社発行、内野研二著、株式会社日本工業技術センター編「圧電/電歪アクチュエータ 基礎から応用まで」(1986年)、180〜193頁
As a machine that uses the vibration of the piezoelectric actuator, there is an ultrasonic knife using mechanical resonance itself, a piezoelectric fan that transmits energy to gas or liquid, a piezoelectric pump, an ultrasonic microscope, or an ultrasonic motor (Non-Patent Document 1). reference). For example, an ultrasonic motor incorporates powerful ultrasonic vibration energy from a piezoelectric vibrator into the motor drive system. It is classified into vibrating piece type and surface wave type. Furthermore, there is an ultrasonic linear motor that uses surface acoustic waves to solve the problem of wear occurring at the tip of the resonator element mold. This motor is expected to be a highly practical ultrasonic motor because it has a feature that a torque at a low speed is larger than that of a general electromagnetic motor and has good controllability.
Published by Morikita Publishing Co., Ltd., Kenji Uchino, edited by Japan Industrial Technology Center, "Piezoelectric / Electrostrictive Actuator: From Basics to Applications" (1986), pages 180-193

また、圧電アクチュエータを用いた移動機構として特許文献1に記載された移動ロボットが提案されている。特許文献1の図2及び図4には、積層型圧電アクチュエータを進行用と支持足用とに分けて接続し、これら圧電アクチュエータを適宜伸縮させて所定の方向に移動するロボットが開示されている。さらに、特許文献1の図8及び図11には、進行用の圧電アクチュエータをバイモルフ型に換えて1歩進の移動量を大きくすることで、移動速度を高めたものが開示されている。
特開平5−340341号公報(図2、図4、図8、図11)
Further, a mobile robot described in Patent Document 1 has been proposed as a moving mechanism using a piezoelectric actuator. 2 and 4 of Patent Document 1 disclose a robot in which stacked piezoelectric actuators are connected separately for advancing and supporting feet, and these piezoelectric actuators are appropriately expanded and contracted to move in a predetermined direction. . Further, FIG. 8 and FIG. 11 of Patent Document 1 disclose one in which the moving speed is increased by changing the traveling piezoelectric actuator to a bimorph type and increasing the moving amount of one step.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-340341 (FIGS. 2, 4, 8, and 11)

上述した超音波モータは、圧電アクチュエータの微小振動を回転方向に力を伝達して回転力を得ているため、圧電アクチュエータの振動を直接的に移動平面に伝達することができず、何らかの動力伝達機構が必要となってしまうという問題があった。また、上述した特許文献1に記載の移動ロボットでは、圧電アクチュエータを人間の足のように持ち上げて移動させる機構になっているため、上下方向移動用(支持足用)の圧電アクチュエータと移動方向用(進行用)の圧電アクチュエータの2種類の機構を組み合わせた機構にしなければならず、圧電アクチュエータの振動を2段階で移動平面に伝達しなければならず、構造が複雑になってしまうという問題あった。   Since the ultrasonic motor described above obtains rotational force by transmitting force in the rotational direction from minute vibrations of the piezoelectric actuator, the vibration of the piezoelectric actuator cannot be directly transmitted to the moving plane, and some power transmission There was a problem that a mechanism would be necessary. Further, since the above-described mobile robot described in Patent Document 1 has a mechanism that lifts and moves the piezoelectric actuator like a human foot, the piezoelectric actuator for moving in the vertical direction (for supporting foot) and the moving direction are used. The mechanism must be a combination of two types of piezoelectric actuators (for progression), and the vibration of the piezoelectric actuator must be transmitted to the moving plane in two stages, resulting in a complicated structure. It was.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、小型かつ簡単な機構であるとともに、圧電アクチュエータの振動を直接的に移動平面に伝達することができる振動移動方法及び振動移動装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vibration moving method capable of directly transmitting vibrations of a piezoelectric actuator to a moving plane while being a small and simple mechanism. It is to provide a vibration moving device.

上記課題を解決するための本発明の振動移動方法は、印加電圧により振動を生ずる圧電アクチュエータを用いた振動移動方法であって、前記圧電アクチュエータを振動方向が移動面に対して傾斜するように配置し、該圧電アクチュエータに電圧を印加して振動させ、前記振動方向と前記移動面との傾斜角度を変化させることにより、前記圧電アクチュエータを備えた物体を移動させることを特徴とする。ここで、前記圧電アクチュエータを複数有する場合には、移動方向に必要な圧電アクチュエータを選択して振動させるようにしてもよい。   The vibration moving method of the present invention for solving the above-mentioned problem is a vibration moving method using a piezoelectric actuator that generates vibration by an applied voltage, and the piezoelectric actuator is arranged so that the vibration direction is inclined with respect to the moving surface. Then, a voltage is applied to the piezoelectric actuator to vibrate, and an object having the piezoelectric actuator is moved by changing an inclination angle between the vibration direction and the moving surface. Here, when a plurality of the piezoelectric actuators are provided, the piezoelectric actuators necessary for the moving direction may be selected and vibrated.

また、上記課題を解決するための本発明の振動移動装置は、印加電圧により振動を生ずる圧電アクチュエータを用いた振動移動装置であって、前記圧電アクチュエータを有する脚部と、前記圧電アクチュエータを振動方向が移動面に対して傾斜するように支持する移動体本体と、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧供給装置と、を備えることを特徴とする。ここで、前記脚部が複数の圧電アクチュエータを有する場合には、前記電圧供給装置は移動方向に必要な圧電アクチュエータを選択して電圧を印加することができるコントローラを備えるようにしてもよい。また、前記脚部は3枚の前記圧電アクチュエータを放射状に配置した構造にしてもよい。さらに、前記圧電アクチュエータの前記移動面と接触する部分に滑止体を設けるようにしてもよい。   In addition, a vibration moving device of the present invention for solving the above-described problem is a vibration moving device using a piezoelectric actuator that generates vibration by an applied voltage, and the leg portion having the piezoelectric actuator and the piezoelectric actuator in a vibration direction. Comprising: a moving body main body that is inclined with respect to the moving surface; and a voltage supply device that applies a voltage to the piezoelectric actuator. Here, when the leg portion has a plurality of piezoelectric actuators, the voltage supply device may include a controller that can select a necessary piezoelectric actuator in the moving direction and apply a voltage. The leg portion may have a structure in which three piezoelectric actuators are arranged radially. Furthermore, you may make it provide a nonslip body in the part which contacts the said moving surface of the said piezoelectric actuator.

また、本発明の振動移動装置において、前記移動体本体は、前記圧電アクチュエータの端部を下方から支持する下部支持体と、前記圧電アクチュエータを前記移動面側に押し付けるように前記下部支持体に固定された上部支持体と、を備えるようにしてもよい。さらに、前記下部支持体を放射状に延出された3枚の支持板と該支持板を前記圧電アクチュエータの振動に追従できるように支持する下部支持体本体とから構成してもよいし、前記上部支持体を放射状に延出された3枚の押付板と該押付板を前記圧電アクチュエータの傾斜角度よりも大きな角度となるように支持する上部支持体本体とから構成してもよい。   Further, in the vibration moving device of the present invention, the moving body main body is fixed to the lower support so as to press the piezoelectric actuator against the moving surface side, and a lower support that supports the end of the piezoelectric actuator from below. And an upper support. Further, the lower support may be constituted by three support plates that extend radially, and a lower support body that supports the support plates so as to follow the vibration of the piezoelectric actuator, The support body may be constituted by three pressing plates that are radially extended and an upper support body that supports the pressing plate at an angle larger than the inclination angle of the piezoelectric actuator.

本発明の振動移動方法及び振動移動装置によれば、圧電アクチュエータの振動を移動面に伝達して推力としているため、分解能が極めて高い、応答が速い、駆動力が大きい、変換効率が高い、使用できる周波数範囲が広い(超音波領域も使用可能)、形状が豊富で微小な形のものまで製作可能である、重さが軽い等の圧電アクチュエータの利点を享受することができ、小型かつ簡単な機構の移動方法及び移動装置を実現することができる。   According to the vibration moving method and the vibration moving apparatus of the present invention, the vibration of the piezoelectric actuator is transmitted to the moving surface as the thrust, so that the resolution is extremely high, the response is fast, the driving force is large, the conversion efficiency is high, and the use The frequency range that can be used is wide (the ultrasonic range can also be used), the shape can be produced in minute shapes, and the advantages of piezoelectric actuators such as light weight can be enjoyed. A mechanism moving method and a moving device can be realized.

また、本発明の振動移動方法及び振動移動装置によれば、少量物の運搬のほか、高さが低い狭い隙間内部を移動できることから、振動移動装置にカメラを取り付けて移動させて、普段は見えない機械装置や配管の底面の状況や、人が入るにはリスクが大きい自動車の下部の腐食状況等をカメラで観察することが可能である等、種々の用途に用いることができる。   In addition, according to the vibration moving method and the vibration moving device of the present invention, in addition to transporting small quantities, it is possible to move inside a narrow gap with a low height. It can be used for various applications, such as the situation of the bottom of a machine or piping that is not present, or the corrosion of the lower part of an automobile, which has a high risk for humans to enter.

以下、本発明の振動移動方法及び振動移動装置について、図1〜図8を参照しつつ具体的な実施形態を説明する。ここで、図1は本発明の振動移動装置の一実施形態を示す外観図であり、(A)は上面図、(B)は図1(A)におけるB矢視図である。また、図2は図1に示した振動移動装置の分解図である。   Hereinafter, specific embodiments of the vibration moving method and the vibration moving apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is an external view showing an embodiment of the vibration moving device of the present invention, (A) is a top view, and (B) is a view taken in the direction of arrow B in FIG. FIG. 2 is an exploded view of the vibration moving device shown in FIG.

図1(A)及び(B)に示すように、本発明の振動移動装置は、印加電圧により振動を生ずる圧電アクチュエータ1を有する脚部2と、圧電アクチュエータ1を振動方向が移動面3に対して角度θだけ傾斜するように支持する移動体本体4と、を備えており、脚部2は、3枚の圧電アクチュエータ1を放射状に配置(好ましくは等間隔の放射状に配置)した構造をしている。なお、放射状に配置した構造の好ましい形態は、等間隔又は略等間隔で放射状に配置した構造、すなわち、120°又は略120°で放射状に配置した構造を挙げることができる。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the vibration moving device of the present invention includes a leg 2 having a piezoelectric actuator 1 that generates vibration by an applied voltage, and the vibration direction of the piezoelectric actuator 1 with respect to a moving surface 3. And a movable body main body 4 that is supported so as to be inclined by an angle θ, and the leg portion 2 has a structure in which three piezoelectric actuators 1 are arranged radially (preferably arranged radially at equal intervals). ing. In addition, the preferable form of the structure arrange | positioned radially can mention the structure arrange | positioned radially at equal intervals or substantially equal intervals, ie, the structure arrange | positioned radially at 120 degrees or substantially 120 degrees.

かかる実施形態について図2の分解図を用いて詳細に説明する。   Such an embodiment will be described in detail with reference to the exploded view of FIG.

前記脚部2は、圧電アクチュエータ1と、圧電アクチュエータ1の移動面3と接触する部分に設けられた滑止体5と、から構成されている。圧電アクチュエータ1には、バイモルフ振動型のものを使用している。バイモルフ振動型の圧電アクチュエータは、金属弾性板を中心電極として、2枚の圧電セラミックスの薄板を貼り合わせたものであり、この2枚の薄板を電圧によって一方が伸び他方が縮むように結線することにより、印加電圧の波形に応じて屈曲変位し、アクチュエータとして利用されている。また、滑止体5は、合成ゴムのようにグリップ力の高い素材で構成される。家具の滑り止めに等に用いられている一般的な素材を用いれば十分である。この滑止体5を設けることにより、脚部2が移動面3に接地した場合に摩擦力が発生し、脚部2が移動面3上を滑ることなく安定して移動することができる。なお、脚部2に用いる圧電アクチュエータ1の枚数は図示したものに限定されるものではなく、4枚以上であってもよいし、1枚又は複数の圧電アクチュエータ1とローラや摩擦係数の低い部材等とを組み合わせるようにしてもよい。   The leg portion 2 is composed of a piezoelectric actuator 1 and a non-slip body 5 provided at a portion that contacts the moving surface 3 of the piezoelectric actuator 1. As the piezoelectric actuator 1, a bimorph vibration type is used. A bimorph vibration type piezoelectric actuator is composed of a metal elastic plate serving as a central electrode, and two piezoelectric ceramic thin plates bonded together. By connecting the two thin plates so that one of them is expanded by voltage and the other is contracted. It is bent and displaced according to the waveform of the applied voltage, and is used as an actuator. Moreover, the antiskid body 5 is comprised with a raw material with high grip force like a synthetic rubber. It is sufficient to use a general material used for anti-slip of furniture. By providing the non-slip body 5, a frictional force is generated when the leg portion 2 contacts the moving surface 3, and the leg portion 2 can move stably without sliding on the moving surface 3. The number of piezoelectric actuators 1 used for the legs 2 is not limited to that shown in the figure, but may be four or more, one or a plurality of piezoelectric actuators 1 and rollers, or a member having a low coefficient of friction. Etc. may be combined.

前記移動体本体4は、圧電アクチュエータ1の端部を下方から支持する下部支持体6と、圧電アクチュエータ1を移動面3側に押し付けるように下部支持体6に固定された上部支持体7と、を備えている。この下部支持体6と上部支持体7とは、例えば、ボルト8とナット9により固定される。なお、下部支持体6及び上部支持体7は、例えば、プラスチック材により形成される。   The movable body 4 includes a lower support 6 that supports the end of the piezoelectric actuator 1 from below, an upper support 7 that is fixed to the lower support 6 so as to press the piezoelectric actuator 1 against the moving surface 3 side, It has. The lower support 6 and the upper support 7 are fixed by, for example, bolts 8 and nuts 9. In addition, the lower support body 6 and the upper support body 7 are formed of a plastic material, for example.

下部支持体6は、放射状(好ましくは等間隔の放射状)に延出された3枚の支持板6aと、支持板6aを圧電アクチュエータ1の振動に追従できるように支持する下部支持体本体6bと、から構成されている。支持板6aと下部支持体本体6bとは、薄肉に形成された連結部6cにより連結されており、支持板6aは連結部6cにより容易に撓むことができるようになっている。ただし、連結部6cは、上面側に溝を設けて薄肉にしているため、上方側に撓み易く、下方側の撓みには強度的に強く、圧電アクチュエータ1を下方から十分に支持できるようになっている。また、支持板6aと圧電アクチュエータ1とは、接着剤、接着テープ、ビス、ネジ等の手段によって接続されており、圧電アクチュエータ1の振動により容易に剥離しないようになっている。なお、下部支持体6と上部支持体7を連結する際に使用するボルト8を通すボルト孔は、下部支持体本体6bに形成される。   The lower support 6 includes three support plates 6a that extend radially (preferably radially at equal intervals), and a lower support body 6b that supports the support plate 6a so as to follow the vibration of the piezoelectric actuator 1. , Is composed of. The support plate 6a and the lower support body 6b are connected by a connecting portion 6c formed thin, and the support plate 6a can be easily bent by the connecting portion 6c. However, since the connecting portion 6c is thin by providing a groove on the upper surface side, the connecting portion 6c is easily bent upward, strong against the downward bending, and can sufficiently support the piezoelectric actuator 1 from below. ing. Further, the support plate 6a and the piezoelectric actuator 1 are connected by means such as an adhesive, an adhesive tape, a screw, and a screw so that they are not easily separated by vibration of the piezoelectric actuator 1. In addition, the bolt hole which lets the volt | bolt 8 used when connecting the lower support body 6 and the upper support body 7 is formed in the lower support body 6b.

上部支持体7は、放射状(好ましくは等間隔の放射状)に延出された3枚の押付板7aと、押付板7aを圧電アクチュエータ1の傾斜角度θよりも大きな角度となるように支持する上部支持体本体7bと、から構成されている。かかる押付板7aの長さや上部支持体本体7bとの角度を変化させることにより、押付力を変化させることができる。また、上部支持体7と下部支持体6との距離をボルト8及びナット9で調節することにより、押付力を変化させることもできる。このように上部支持体7により圧電アクチュエータ1を押し付けることにより、圧電アクチュエータ1の振動モードを変化させる役割(振動支持)を果たし、振動が接地部にのみ作用することで安定した移動が可能となる。なお、振動支持をしない場合には、圧電アクチュエータ1の振動が移動体本体4の全体に伝わってしまい、直進移動や旋回の際に規則性のない不安定な移動をしてしまうことになる。   The upper support 7 includes three pressing plates 7a that extend radially (preferably radially at equal intervals), and an upper portion that supports the pressing plates 7a so as to have an angle larger than the inclination angle θ of the piezoelectric actuator 1. And a support body 7b. By changing the length of the pressing plate 7a and the angle with the upper support body 7b, the pressing force can be changed. Further, the pressing force can be changed by adjusting the distance between the upper support 7 and the lower support 6 with the bolt 8 and the nut 9. In this way, pressing the piezoelectric actuator 1 with the upper support 7 serves to change the vibration mode of the piezoelectric actuator 1 (vibration support), and stable movement is possible because the vibration acts only on the grounding portion. . In the case where vibration support is not performed, the vibration of the piezoelectric actuator 1 is transmitted to the entire mobile body 4, which causes unstable movement without regularity during straight movement or turning.

上述した上部支持体6及び下部支持体7の形状、特に、支持板6a及び押付板7aの枚数や形状は、脚部2に設けられる圧電アクチュエータ1の枚数や形状によって適宜変化するものであり、図示したものに限定されるものではない。また、全体的な形状は、圧電アクチュエータ1を傾斜して配置したことにより、全体として上下高さが低く横幅が長い形状となっており、重心が低く安定走行性を持たせることができ、低い高さの空間内でも入って行くことができる。さらに、移動体本体4の材料として鉄鋼材系を使っていないため、自重を数g〜数十gとなるように軽量化することができる。なお、材料に重い鉄材等を使うと、装置の自重が重過ぎて圧電アクチュエータ1の振動の振幅が小さくなり、移動速度が遅くなってしまう。   The shapes of the upper support 6 and the lower support 7 described above, in particular, the number and shape of the support plate 6a and the pressing plate 7a are appropriately changed depending on the number and shape of the piezoelectric actuators 1 provided on the legs 2. It is not limited to what is illustrated. Further, the overall shape is such that the piezoelectric actuator 1 is inclined and arranged so that the overall height is low and the width is long, the center of gravity is low, and stable running performance can be obtained. You can enter even in a high space. Furthermore, since a steel material system is not used as the material of the moving body 4, the weight can be reduced so that its own weight becomes several g to several tens g. If a heavy iron material or the like is used as the material, the weight of the device is too heavy, the amplitude of vibration of the piezoelectric actuator 1 is reduced, and the moving speed is reduced.

次に、エネルギー供給系統について説明する。本発明の振動移動装置においては、少なくとも圧電アクチュエータ1を振動できるだけの電圧を圧電アクチュエータ1に供給しなければならない。ここで、図3は、本発明の振動移動装置の圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧供給装置の概念図である。   Next, an energy supply system will be described. In the vibration moving apparatus of the present invention, at least a voltage sufficient to vibrate the piezoelectric actuator 1 must be supplied to the piezoelectric actuator 1. Here, FIG. 3 is a conceptual diagram of a voltage supply device for applying a voltage to the piezoelectric actuator of the vibration moving device of the present invention.

図3に示すように、本発明の振動移動装置は、電圧供給装置10により圧電アクチュエータ1に電圧を印加するようになっている。電圧供給装置10は、方形波の電圧パルスを出力する発振器11と、発振器11から出力された電圧を増幅する増幅器12と、電圧を供給する圧電アクチュエータ1を選択するスイッチ13と、から構成されている。   As shown in FIG. 3, the vibration moving device of the present invention applies a voltage to the piezoelectric actuator 1 by a voltage supply device 10. The voltage supply device 10 includes an oscillator 11 that outputs a square-wave voltage pulse, an amplifier 12 that amplifies the voltage output from the oscillator 11, and a switch 13 that selects the piezoelectric actuator 1 that supplies the voltage. Yes.

発振器11は、圧電アクチュエータ1に印加する周波数を設定すると、所定の方形波の電圧パルスを出力する。増幅器12により増幅された電圧はスイッチ13がON状態の圧電アクチュエータ1に供給される。圧電アクチュエータ1は、中心電極である金属弾性板1aを2枚の圧電セラミックス1bで挟持した構造であり、金属弾性板1aはスイッチ13及び増幅器12を介して発振器11に接続されており、圧電セラミックス1bはアースされている。発振器11及びスイッチ13の設定及びコントロールは、手動で行ってもよいし、コンピュータを接続して行うようにしてもよい。かかる電圧供給装置10により所定の圧電アクチュエータ1に電圧を印加すると、所定の圧電アクチュエータ1が振動し、該振動により移動体本体4が移動面3上を移動する。このとき、印加電圧又は印加周波数の大きさや印加電圧を与える圧電アクチュエータ1の組合せを変化させることにより、前進及び旋回をコントロールすることができる。   When the frequency applied to the piezoelectric actuator 1 is set, the oscillator 11 outputs a predetermined square wave voltage pulse. The voltage amplified by the amplifier 12 is supplied to the piezoelectric actuator 1 in which the switch 13 is ON. The piezoelectric actuator 1 has a structure in which a metal elastic plate 1a that is a center electrode is sandwiched between two piezoelectric ceramics 1b. The metal elastic plate 1a is connected to an oscillator 11 via a switch 13 and an amplifier 12, and the piezoelectric ceramics 1a. 1b is grounded. The setting and control of the oscillator 11 and the switch 13 may be performed manually or by connecting a computer. When a voltage is applied to the predetermined piezoelectric actuator 1 by the voltage supply device 10, the predetermined piezoelectric actuator 1 vibrates, and the movable body 4 moves on the moving surface 3 due to the vibration. At this time, forward and turning can be controlled by changing the magnitude of the applied voltage or applied frequency and the combination of the piezoelectric actuators 1 that provide the applied voltage.

なお、移動方向をコントロールする場合には、振動移動装置の形状により振動移動装置の挙動が変化するため、印加電圧及び印加周波数と移動速度及び旋回角度との関係をスクリーニングしておき、その結果に基づいて又はコンピュータに記憶して振動移動装置を操作することが好ましい。   When controlling the moving direction, the behavior of the vibration moving device changes depending on the shape of the vibration moving device, so the relationship between the applied voltage and applied frequency, the moving speed and the turning angle is screened, and the result It is preferable to operate the vibration moving device based on or stored in a computer.

続いて、本発明の振動移動装置の移動原理(振動移動方法)について説明する。図4は、本発明の振動移動方法を示した説明図である。本発明の移動原理の特徴は、図4に示すように、移動面3に対して圧電アクチュエータ1を傾斜させて接触させることである。ここで、Pを移動推力、fを摩擦力、αを圧電アクチュエータ1と移動面3との傾斜角度とし、破線の状態を印加電圧を与えない場合の状態、実線の状態を印加電圧を与えた場合の状態とする。   Next, the movement principle (vibration movement method) of the vibration movement device of the present invention will be described. FIG. 4 is an explanatory view showing the vibration moving method of the present invention. The feature of the movement principle of the present invention is that the piezoelectric actuator 1 is inclined and brought into contact with the moving surface 3 as shown in FIG. Here, P is the moving thrust, f is the frictional force, α is the inclination angle between the piezoelectric actuator 1 and the moving surface 3, and the broken line state is the state when no applied voltage is applied, and the solid line state is the applied voltage. The state of the case.

圧電アクチュエータ1に印加電圧を与えないときは、圧電アクチュエータ1は移動面3と傾斜角度α1で接触しており、その移動推力P1は摩擦力f1よりも小さいため、圧電アクチュエータ1の先端は停止したままである。ここで、圧電アクチュエータ1に印加電圧を与えると、図4の破線から実線のように傾斜角度がα1からα2に変化し、移動推力P2は摩擦力f2よりも大きくなり、圧電アクチュエータ1の先端は移動面3を移動する。これを連続的に繰り返すことによって移動体本体が前進する。   When an applied voltage is not applied to the piezoelectric actuator 1, the piezoelectric actuator 1 is in contact with the moving surface 3 at an inclination angle α1, and the moving thrust P1 is smaller than the frictional force f1, so that the tip of the piezoelectric actuator 1 stops. It remains. Here, when an applied voltage is applied to the piezoelectric actuator 1, the inclination angle changes from α1 to α2 as indicated by the broken line in FIG. 4, the moving thrust P2 becomes larger than the frictional force f2, and the tip of the piezoelectric actuator 1 is Move the moving surface 3. The moving body main body advances by repeating this continuously.

ここで、摩擦力fの変化(f1→f2)について補足する。圧電アクチュエータ1の先端は、印加電圧が与えられると振幅変化を繰り返し、移動面3を押す力の方向が変化して傾斜角度αも変化する。傾斜角度αが変化すると、接触先端の摩擦係数も変化し、fの摩擦力も変化する。図4の場合では、破線状態から実線状態に接触角度αが小さくなるので摩擦係数も小さくなり、摩擦力fも小さくなる。そのため移動推力Pの力が相対的に大きくなり、圧電アクチュエータ1の先端が移動面3上を進行方向に移動することになる。   Here, it supplements about the change (f1-> f2) of the frictional force f. When the applied voltage is applied, the tip of the piezoelectric actuator 1 repeats the amplitude change, the direction of the force pushing the moving surface 3 changes, and the inclination angle α also changes. When the inclination angle α changes, the friction coefficient at the contact tip also changes, and the frictional force f also changes. In the case of FIG. 4, since the contact angle α decreases from the broken line state to the solid line state, the friction coefficient also decreases and the friction force f also decreases. Therefore, the force of the moving thrust P becomes relatively large, and the tip of the piezoelectric actuator 1 moves on the moving surface 3 in the traveling direction.

なお、圧電アクチュエータ1の先端に滑止体5が設けられていない場合には、圧電アクチュエータ1の先端は移動面3上を滑動し、滑止体5が設けられている場合には、移動推力Pがある値を超えた場合に跳ねながら移動することとなる。   When the anti-slip body 5 is not provided at the tip of the piezoelectric actuator 1, the tip of the piezoelectric actuator 1 slides on the moving surface 3, and when the anti-slip body 5 is provided, a moving thrust is provided. When P exceeds a certain value, it moves while jumping.

以下に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明の内容の理解を容易とするために示した本発明の具体的な例示の一部に過ぎず、本発明は何らこれらに限定されるものではない。ここで、図5は実験に用いた振動移動装置の試験体の形状を示す図であり、図6は実験結果を示す図であり、(A)は印加周波数と移動速度の関係を示し、(B)は印加周波数と旋回角度の関係を示し、(C)は印加電圧と移動速度との関係を示している。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, the Example shown below is only a part of the specific illustration of this invention shown in order to make the understanding of the content of this invention easy, and this invention is not limited to these at all. Here, FIG. 5 is a diagram showing the shape of the test body of the vibration moving device used in the experiment, FIG. 6 is a diagram showing the experimental results, (A) shows the relationship between the applied frequency and the moving speed, B) shows the relationship between the applied frequency and the turning angle, and (C) shows the relationship between the applied voltage and the moving speed.

(試験体)
圧電アクチュエータは、長さが55mm、幅が20mm、厚さが0.5mmのバイモルフ振動型の圧電アクチュエータである。図5では、便宜的に各圧電アクチュエータにA〜Cの符号を付してあるが、全て同じ形状である。滑止体は、長さが20mmで断面が5mm×5mmの正方形の直方体の合成ゴムである。また、滑止体と移動面とのなす角度は72°(傾斜角度θは18°)である。なお、3枚の圧電アクチュエータA〜Cはそれぞれ120°の等間隔の開度で放射状に配置されている。
(Test specimen)
The piezoelectric actuator is a bimorph vibration type piezoelectric actuator having a length of 55 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.5 mm. In FIG. 5, for convenience, the piezoelectric actuators are denoted by symbols A to C, but all have the same shape. The antiskid body is a rectangular parallelepiped synthetic rubber having a length of 20 mm and a cross section of 5 mm × 5 mm. Further, the angle formed between the antiskid body and the moving surface is 72 ° (inclination angle θ is 18 °). Note that the three piezoelectric actuators A to C are arranged radially at equal intervals of 120 °.

下部支持体の支持板及び上部支持体の押付板は、長さが25mm、幅が20mmである。また、下部支持体本体及び上部支持体本体は、一辺が20mmの正三角形の形状をなしている。   The support plate of the lower support and the pressing plate of the upper support have a length of 25 mm and a width of 20 mm. Moreover, the lower support body and the upper support body are in the shape of an equilateral triangle having a side of 20 mm.

振動移動装置全体は、長さが100mm、幅が115mm、高さが20mmであり、重さが15.56gである。   The entire vibration moving device has a length of 100 mm, a width of 115 mm, a height of 20 mm, and a weight of 15.56 g.

(移動速度実験1)
平坦な床の上に試験体を置き、圧電アクチュエータAに与える印加電圧を100Vに固定する。次に、圧電アクチュエータAに印加周波数を0〜500Hzの範囲で、10Hz刻みで5秒間印加させ、圧電アクチュエータAの方向に試験体を直進移動させ、試験体が移動した距離を測定して、移動距離を5秒で割り移動速度を求める。そして、この実験を5回繰り返して、その移動速度の平均値を求めた。その結果を図6(A)に示す。
(Movement speed experiment 1)
The test body is placed on a flat floor, and the applied voltage applied to the piezoelectric actuator A is fixed to 100V. Next, the applied frequency is applied to the piezoelectric actuator A in the range of 0 to 500 Hz in 10 Hz increments for 5 seconds, the specimen is moved straight in the direction of the piezoelectric actuator A, the distance traveled by the specimen is measured and moved Divide the distance by 5 seconds to obtain the moving speed. And this experiment was repeated 5 times and the average value of the moving speed was calculated | required. The result is shown in FIG.

図6(A)の横軸は、圧電アクチュエータAに与える印加周波数(Hz)、縦軸は平均値の移動速度(mm/s)を示しており、縦軸の+側は前進、−側は後進を表している。本図に示すように、印加周波数が0〜160Hzの範囲では、前進と後進が交互に繰り返されて現れており、その後はさらに前進速度が大きくなり、360Hz近辺で前進速度が最大となった。それ以降は前進速度が徐々に小さくなる傾向となった。   In FIG. 6A, the horizontal axis represents the applied frequency (Hz) applied to the piezoelectric actuator A, the vertical axis represents the average moving speed (mm / s), the positive side of the vertical axis is forward, and the negative side is Represents backwards. As shown in the figure, when the applied frequency is in the range of 0 to 160 Hz, the forward and backward movements appear alternately, and thereafter, the forward speed is further increased, and the forward speed is maximized around 360 Hz. After that, the forward speed gradually decreased.

(旋回角度実験)
振動移動装置は、移動とともに又はその場で旋回(圧電アクチュエータAの位置が圧電アクチュエータB又はCの方向に回転すること)を行うことから、印加周波数と旋回角度の関係を調べた。まず、平坦な床の上に試験体を置き、圧電アクチュエータAに与える印加電圧を100Vに固定する。次に、圧電アクチュエータAに印加周波数を0〜500Hzの範囲で、10Hz刻みで5秒間印加させ、試験体が旋回した角度を測定し、そして、この実験を5回繰り返して、その平均の旋回角度を求めた。その結果を図6(B)に示す。
(Swivel angle experiment)
Since the vibration moving device swivels with the movement or on the spot (the position of the piezoelectric actuator A rotates in the direction of the piezoelectric actuator B or C), the relationship between the applied frequency and the swivel angle was examined. First, a test body is placed on a flat floor, and the applied voltage applied to the piezoelectric actuator A is fixed at 100V. Next, the applied frequency is applied to the piezoelectric actuator A in the range of 0 to 500 Hz for 5 seconds in 10 Hz increments, and the angle at which the specimen is turned is measured, and this experiment is repeated 5 times to obtain the average turning angle. Asked. The result is shown in FIG.

図6(B)の横軸は、印加周波数(Hz)、縦軸は、旋回角度(deg)を示しており、縦軸の+側は左旋回移動、−側は右旋回移動を表している。本図に示すように、0〜400Hzの範囲では、左旋回と右旋回が交互に現れており、この間左右旋回とも±30°の範囲内に旋回角度が観測された。400〜500Hzでは、左旋回角度の方に急に大きくなり、その後旋回角度は徐々に小さくなった。   In FIG. 6B, the horizontal axis represents the applied frequency (Hz), the vertical axis represents the turning angle (deg), the + side of the vertical axis represents the left turning movement, and the − side represents the right turning movement. Yes. As shown in this figure, in the range of 0 to 400 Hz, left turn and right turn appear alternately, and during this time, a turn angle was observed within a range of ± 30 ° for both left and right turns. From 400 to 500 Hz, the left turn angle suddenly increased, and then the turn angle gradually decreased.

(移動速度実験2)
続いて、圧電アクチュエータへの印加電圧の大きさの変化と移動速度の関係を調べた。まず、圧電アクチュエータAに、試験体ほぼ直線を移動する印加周波数を200Hzに固定する。次に、印加電圧を0〜200Vまでの範囲で、10V刻みで圧電アクチュエータAに電圧を5秒間与え、試験体が移動した距離を測定し、移動距離を5秒で割って移動速度を求めた。この実験を5回繰り返して、平均の移動速度を求めた。その結果を図6(C)に示す。
(Movement speed experiment 2)
Subsequently, the relationship between the change in the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric actuator and the moving speed was examined. First, the applied frequency for moving the specimen substantially in a straight line is fixed to the piezoelectric actuator A at 200 Hz. Next, in the range of applied voltage from 0 to 200 V, voltage was applied to the piezoelectric actuator A in increments of 10 V for 5 seconds, the distance traveled by the specimen was measured, and the moving speed was calculated by dividing the moving distance by 5 seconds. . This experiment was repeated 5 times to determine the average moving speed. The result is shown in FIG.

図6(C)の横軸は、印加電圧(V)、縦軸は移動速度(mm/s)を示している。本図に示すように、印加電圧が0〜50Vまでは試験体は移動せず、60V以降において、圧電アクチュエータAの印加電圧を大きくしていくと、移動速度もほぼ比例して大きくなる傾向となった。   In FIG. 6C, the horizontal axis represents the applied voltage (V), and the vertical axis represents the moving speed (mm / s). As shown in this figure, the specimen does not move until the applied voltage is 0 to 50V, and the moving speed tends to increase almost proportionally when the applied voltage of the piezoelectric actuator A is increased after 60V. became.

(運搬実験)
次に、図5に示した試験体が、どの程度の重量物を運搬することができるかについて実験を行った。図7は、試験体に天秤皿を載置した状態を示し、(A)は上面図、(B)は外観を示す写真である。
(Transportation experiment)
Next, an experiment was conducted as to how much heavy material the test body shown in FIG. 5 can carry. FIGS. 7A and 7B show a state in which a weighing pan is placed on the test body, where FIG. 7A is a top view and FIG. 7B is a photograph showing the appearance.

天秤皿14の重さは、16.37gであり、天秤皿14に重りを載せていく。なお、図7に示すように、試験体の重心の位置が圧電アクチュエータB又はC側に寄らないように、天秤皿14を圧電アクチュエータA側に傾けるようにした。   The weight of the weighing pan 14 is 16.37 g, and the weight is placed on the weighing pan 14. In addition, as shown in FIG. 7, the balance pan 14 was inclined to the piezoelectric actuator A side so that the position of the center of gravity of the test body did not approach the piezoelectric actuator B or C side.

実験の順序は以下の通りである。(1)加振周波数を300Hzに設定する。(2)試験体の上部に天秤皿14を載せ、圧電アクチュエータAに印加電圧100、150、200、250Vを5秒間ずつ与える。(3)試験体が移動した距離を測定し、移動速度を求める。(4)(3)の移動実験を5回繰り返して、平均の移動速度を求める。(5)天秤皿14に重りを10g載せて、(2)〜(4)の実験を繰り返す。(6)試験体が動かなくなるまで(5)の実験を繰り返す。その結果を図8に示す。   The order of experiments is as follows. (1) Set the excitation frequency to 300 Hz. (2) The weighing pan 14 is placed on the top of the test body, and applied voltages 100, 150, 200, and 250 V are applied to the piezoelectric actuator A for 5 seconds each. (3) The distance traveled by the specimen is measured to determine the moving speed. (4) Repeat the movement experiment of (3) five times to obtain the average movement speed. (5) Place 10 g of weight on the weighing pan 14 and repeat the experiments (2) to (4). (6) Repeat the experiment of (5) until the specimen does not move. The result is shown in FIG.

図8は、運搬実験結果を示す図であり、(A)は印加電圧150Vの場合、(B)は印加電圧200Vの場合、(C)は印加電圧250Vの場合を示している。なお、印加電圧が100Vのときは、天秤皿14に重りを載せない状態で試験体は移動しなかった(つまり、天秤皿以上の重さ(16.37g)を載せて移動することができないため、印加電圧100Vでは運搬に必要な移動推力は小さいことが分かる)ので図を省略する。   8A and 8B are diagrams showing the results of the transport experiment, where FIG. 8A shows the case where the applied voltage is 150V, FIG. 8B shows the case where the applied voltage is 200V, and FIG. 8C shows the case where the applied voltage is 250V. When the applied voltage was 100 V, the test specimen did not move without placing a weight on the weighing pan 14 (that is, it cannot move with a weight (16.37 g) more than the weighing pan). Therefore, it is understood that the moving thrust required for transportation is small at an applied voltage of 100 V), so the figure is omitted.

印加電圧が150Vになると、試験体は天秤皿14の上に重りを載せて移動することができた。その結果を図8(A)に示す。図8(A)の横軸が重りの重さ(g)を、縦軸は平均の移動速度(mm/s)を示している。本図に示すように、重りの重さが大きくなると移動速度がほぼ比例的に遅くなることがわかり、重りの重さが66.37gで試験体は移動しなくなった。これは重りが大きくなることによって、圧電アクチュエータAが圧迫され、振動の振幅がだんだん小さくなったと考えられる。   When the applied voltage reached 150 V, the test specimen was able to move with a weight placed on the weighing pan 14. The result is shown in FIG. In FIG. 8A, the horizontal axis indicates the weight (g) of the weight, and the vertical axis indicates the average moving speed (mm / s). As shown in the figure, it can be seen that the moving speed becomes almost proportionally slow as the weight increases, and the test piece stops moving when the weight is 66.37 g. This is thought to be because the piezoelectric actuator A was pressed by the increased weight, and the amplitude of vibration gradually decreased.

印加電圧が200Vのときの結果を図8(B)に示す。図8(B)の横軸が重りの重さ(g)を、縦軸は平均の移動速度(mm/s)を示している。本図に示すように、印加電圧が200Vの場合では、重りの重さと平均移動速度の関係は比例的な関係ではなく、重さが36.37gのときに移動速度が最大となり、56.37gで試験体は移動しなくなった。   The result when the applied voltage is 200 V is shown in FIG. In FIG. 8B, the horizontal axis indicates the weight (g) of the weight, and the vertical axis indicates the average moving speed (mm / s). As shown in this figure, when the applied voltage is 200 V, the relationship between the weight and the average moving speed is not proportional, and the moving speed becomes maximum when the weight is 36.37 g, and 56.37 g. The test specimen stopped moving.

印加電圧を250Vにしたときの結果を図8(C)に示す。図8(C)の横軸が重りの重さ(g)を、縦軸は平均の移動速度(mm/s)を示し、+方向は前進とし、−方向は後進とする。本図に示すように、重りの重さが26.37gのとき試験体は後進し、重さが46.37gのときに試験体は移動しなくなった。重りの重さが26.37gで試験体が後進したのは、重りの重さによって試験体の重心の位置が変化してしまったのではないかと考えられる。   The result when the applied voltage is 250 V is shown in FIG. In FIG. 8C, the horizontal axis indicates the weight (g) of the weight, the vertical axis indicates the average moving speed (mm / s), the + direction is forward, and the − direction is reverse. As shown in the figure, when the weight weight was 26.37 g, the test specimen moved backward, and when the weight was 46.37 g, the test specimen stopped moving. It is considered that the weight of the weight of 26.37g and the test piece moved backwards may have changed the position of the center of gravity of the test piece due to the weight of the weight.

以上の運搬実験結果を纏めると、印加電圧を大きくすることにより、物を試験体に載せて移動させることができることが分かった。また、この試験体では、最大で自重の3.6倍の重さ(56.37g)の物体まで運ぶことができ、少量物の荷役運搬機械としての機能は充分に備わっていることが確認できた。   Summarizing the above transport experiment results, it was found that the object can be moved on the specimen by increasing the applied voltage. In addition, this test specimen can carry up to 3.6 times the weight of its own weight (56.37g), and it can be confirmed that it has sufficient functions as a cargo handling equipment for small quantities. It was.

本発明の振動移動装置の一実施形態を示す外観図であり、(A)は上面図、(B)は図1(A)におけるB矢視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is an external view which shows one Embodiment of the vibration movement apparatus of this invention, (A) is a top view, (B) is a B arrow view in FIG. 1 (A). 図1に示した振動移動装置の分解図である。FIG. 2 is an exploded view of the vibration moving device shown in FIG. 1. 本発明の振動移動装置の圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧供給装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the voltage supply apparatus which applies a voltage to the piezoelectric actuator of the vibration moving apparatus of this invention. 本発明の振動移動方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the vibration movement method of this invention. 実験に用いた振動移動装置の試験体の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the test body of the vibration moving apparatus used for experiment. 実験結果を示す図であり、(A)は印加周波数と移動速度の関係を示し、(B)は印加周波数と旋回角度の関係を示し、(C)は印加電圧と移動速度との関係を示している。It is a figure which shows an experimental result, (A) shows the relationship between an applied frequency and a moving speed, (B) shows the relationship between an applied frequency and a turning angle, (C) shows the relationship between an applied voltage and a moving speed. ing. 試験体に天秤皿を載置した状態を示し、(A)は上面図、(B)は外観を示す写真である。The state which mounted the balance pan on the test body is shown, (A) is a top view, (B) is a photograph which shows an external appearance. 運搬実験結果を示す図であり、(A)は印加電圧150Vの場合、(B)は印加電圧200Vの場合、(C)は印加電圧250Vの場合を示している。It is a figure which shows a conveyance experiment result, (A) is the case of the applied voltage 150V, (B) is the case of the applied voltage 200V, (C) has shown the case of the applied voltage 250V.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧電アクチュエータ
1a 金属弾性板
1b 圧電セラミックス
2 脚部
3 移動面
4 移動体本体
5 滑止体
6 下部支持体
6a 支持板
6b 下部支持体本体
6c 連結部
7 上部支持体
7a 押付板
7b 上部支持体本体
8 ボルト
9 ナット
10 電圧供給装置
11 発振器
12 増幅器
13 スイッチ
14 天秤皿
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric actuator 1a Metal elastic plate 1b Piezoelectric ceramics 2 Leg part 3 Moving surface 4 Moving body main body 5 Non-sliding body 6 Lower support body 6a Support plate 6b Lower support body main body 6c Connection part 7 Upper support body 7a Pushing plate 7b Upper support body Body 8 Volt 9 Nut 10 Voltage supply device 11 Oscillator 12 Amplifier 13 Switch 14 Balance pan

Claims (7)

印加電圧により振動を生ずる圧電アクチュエータを用いた振動移動方法であって、
前記圧電アクチュエータは、複数用いられて放射状に配置され、
それぞれの前記圧電アクチュエータは、金属弾性板からなる中心電極と、該中心電極の両面にそれぞれ貼り合わされ、印加電圧によって伸縮振動するセラミックス製の薄板とから構成され、該薄板の伸縮振動に伴って該圧電アクチュエータの板厚方向に屈曲変位振動するバイモフル振動型であり、
前記圧電アクチュエータを、前記伸縮振動の振動方向が移動面に対して傾斜するように配置し、
前記圧電アクチュエータの中から移動方向に必要な圧電アクチュエータを選択し、
選択した該圧電アクチュエータに電圧を印加して、前記屈曲変位振動を生じさせて該圧電アクチュエータと前記移動面との間に生じる摩擦力に抗して該圧電アクチュエータと前記移動面との傾斜角度を変化させることにより物体を移動させる、ことを特徴とする振動移動方法。
A vibration moving method using a piezoelectric actuator that generates vibration by an applied voltage,
A plurality of the piezoelectric actuators are used and arranged radially,
Each of the piezoelectric actuators is composed of a center electrode made of a metal elastic plate, and a ceramic thin plate that is bonded to both surfaces of the center electrode and elastically vibrates by an applied voltage. It is a bi-moful vibration type that bends and vibrates in the thickness direction of the piezoelectric actuator,
The piezoelectric actuator is arranged so that the vibration direction of the stretching vibration is inclined with respect to the moving surface,
Select the required piezoelectric actuator in the moving direction from the piezoelectric actuator,
A voltage is applied to the selected piezoelectric actuator to generate the flexural displacement vibration, and the inclination angle between the piezoelectric actuator and the moving surface is set against a frictional force generated between the piezoelectric actuator and the moving surface. A vibration moving method characterized by moving an object by changing.
印加電圧により振動を生ずる圧電アクチュエータを用いた振動移動装置であって、
複数の前記圧電アクチュエータを有して放射状に配置された脚部と、前記圧電アクチュエータを支持する移動体本体と、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧供給装置と、前記アクチュエータの中から移動方向に必要な圧電アクチュエータを選択して該電圧供給装置から電圧を印加するコントローラと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、
金属弾性板からなる中心電極と、該中心電極の両面にそれぞれ貼り合わされ、印加電圧によって伸縮振動するセラミックス製の薄板とから構成され、該薄板の伸縮振動に伴って、該圧電アクチュエータが板厚方向に屈曲変位振動するバイモフル振動型であり、
前記伸縮振動の振動方向が移動面に対して傾斜するように前記移動本体に支持され、前記脚部と前記移動面との間に生じる摩擦力に抗して前記脚部と前記移動面との傾斜角度を変化させて移動することを特徴とする振動移動装置。
A vibration moving device using a piezoelectric actuator that generates vibration by an applied voltage,
A leg portion disposed radially have a plurality of said piezoelectric actuator, wherein the moving body to the piezoelectric actuator supporting lifting, a voltage supply device for applying a voltage to the piezoelectric actuator, the moving direction from the actuator A controller for selecting a piezoelectric actuator necessary for the voltage supply and applying a voltage from the voltage supply device ,
The piezoelectric actuator is
It is composed of a center electrode made of a metal elastic plate and a ceramic thin plate that is bonded to both surfaces of the center electrode and elastically vibrates by an applied voltage. The piezoelectric actuator moves in the thickness direction along with the elastic vibration of the thin plate. Is a bi-moful vibration type that vibrates and vibrates.
The movable body is supported so that the vibration direction of the stretching vibration is inclined with respect to the moving surface, and the leg portion and the moving surface are resisted against a frictional force generated between the leg portion and the moving surface. A vibration moving device that moves by changing an inclination angle .
前記脚部は、3枚の前記圧電アクチュエータを放射状に配置した構造である、請求項に記載の振動移動装置。 The vibration moving device according to claim 2 , wherein the leg portion has a structure in which three piezoelectric actuators are radially arranged. 前記移動体本体は、前記圧電アクチュエータの端部を下方から支持する下部支持体と、前記圧電アクチュエータを前記移動面側に押し付けるように前記下部支持体に固定された上部支持体と、を備える請求項2又は請求項に記載の振動移動装置。 The movable body includes a lower support that supports an end of the piezoelectric actuator from below, and an upper support that is fixed to the lower support so as to press the piezoelectric actuator against the moving surface. The vibration moving device according to claim 2 or claim 3 . 前記下部支持体は、放射状に延出された3枚の支持板と、該支持板を前記圧電アクチュエータの振動に追従できるように支持する下部支持体本体と、からなる請求項に記載の振動移動装置。 5. The vibration according to claim 4 , wherein the lower support body includes three support plates that extend radially, and a lower support body that supports the support plate so as to follow the vibration of the piezoelectric actuator. Mobile equipment. 前記上部支持体は、放射状に延出された3枚の押付板と、該押付板を前記圧電アクチュエータの傾斜角度よりも大きな角度となるように支持する上部支持体本体と、からなる請求項又は請求項に記載の振動移動装置。 The upper support is three and pressing plate which extends radially, and an upper support body for supporting so that pressing with plate becomes larger angle than the inclination angle of the piezoelectric actuator, according to claim 4 consisting of Or the vibration movement apparatus of Claim 5 . 前記圧電アクチュエータの前記移動面と接触する部分に滑止体を設けた、請求項〜請求項のいずれかに記載の振動移動装置。 The vibration moving device according to any one of claims 2 to 6 , wherein a non-slip member is provided at a portion of the piezoelectric actuator that contacts the moving surface.
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