JPH0837784A - 移動装置及び移動装置の制御方法 - Google Patents
移動装置及び移動装置の制御方法Info
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- JPH0837784A JPH0837784A JP6172508A JP17250894A JPH0837784A JP H0837784 A JPH0837784 A JP H0837784A JP 6172508 A JP6172508 A JP 6172508A JP 17250894 A JP17250894 A JP 17250894A JP H0837784 A JPH0837784 A JP H0837784A
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- 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
- H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 摩擦面の影響を少なくして、移動対象物を高
精度に移動させる。 【構成】 相対移動方向に伸縮するように台１１に固定
された圧電素子３及び４と、相対移動方向に対し垂直方
向成分を有して伸縮するように台１１に固定された圧電
素子５及び６と、圧電素子３及び４に接合された振動体
２と、圧電素子５及び６に接合され、振動体２に接触し
ないように配置された振動体１０と、振動体１０と移動
体１とが非接触状態となり振動体２と移動体１とを接触
させるようにするとともに振動体２が台１１に対して所
定方向に移動するようにし、かつ、振動体１０と移動体
１とが接触して振動体２と移動体１とが非接触状態とな
るようにするとともに振動体２が台１１に対して前記所
定方向と反対方向に移動するように、圧電素子３及び
４，５及び６に電圧を供給する電圧供給部１２及び１３
とを備える。
精度に移動させる。 【構成】 相対移動方向に伸縮するように台１１に固定
された圧電素子３及び４と、相対移動方向に対し垂直方
向成分を有して伸縮するように台１１に固定された圧電
素子５及び６と、圧電素子３及び４に接合された振動体
２と、圧電素子５及び６に接合され、振動体２に接触し
ないように配置された振動体１０と、振動体１０と移動
体１とが非接触状態となり振動体２と移動体１とを接触
させるようにするとともに振動体２が台１１に対して所
定方向に移動するようにし、かつ、振動体１０と移動体
１とが接触して振動体２と移動体１とが非接触状態とな
るようにするとともに振動体２が台１１に対して前記所
定方向と反対方向に移動するように、圧電素子３及び
４，５及び６に電圧を供給する電圧供給部１２及び１３
とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば圧電素子のよ
うな振動体を用いて移動対象物を移動させる移動装置、
及び移動装置の制御方法に関するものである。
うな振動体を用いて移動対象物を移動させる移動装置、
及び移動装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、圧電素子に高周波電圧を与え
てその圧電素子を伸縮運動させ、この伸縮運動を利用し
て物体を移動させる移動装置が知られている。図７は、
従来のこの種の移動装置の第１の例であるインパクト装
置の構成を示す図である。この移動装置３０は、移動体
３２及び物体３３と、両者に接合された圧電素子３１と
から構成されている。移動体３２は、所定の面３４上に
設置されている。物体３３は、面３４とは接触していな
い。
てその圧電素子を伸縮運動させ、この伸縮運動を利用し
て物体を移動させる移動装置が知られている。図７は、
従来のこの種の移動装置の第１の例であるインパクト装
置の構成を示す図である。この移動装置３０は、移動体
３２及び物体３３と、両者に接合された圧電素子３１と
から構成されている。移動体３２は、所定の面３４上に
設置されている。物体３３は、面３４とは接触していな
い。
【０００３】図中（ａ）において、先ず、圧電素子３１
が伸びる方向に電圧が与えられる。このときに電圧を急
激に変化させると、移動体３２と面３４との接触面は動
摩擦状態となり、移動体３２が面３４に対して相対移動
する（移動量Ｌ）。次に、圧電素子３１が縮む方向に電
圧が与えられる。このときに電圧を緩やかに変化させる
と、移動体３２と面３４との接触面は静摩擦状態とな
り、移動体３２は面３４に対して移動されず、物体３３
のみが移動体３２に対して接近する。以上のように、圧
電素子３１が１回伸縮運動することにより、移動体３２
が面３４に対して図中左方向にＬだけ移動される。ま
た、図中（ｂ）において、最初に圧電素子３１が縮む方
向に急激に電圧が与えられると、移動体３２が面３４に
対して図中右方向に移動し、次に圧電素子３１が伸びる
方向に緩やかに電圧が与えられると、移動体３２は面３
４に対して移動されず、物体３３のみが移動体３２に対
して離反する。このように制御すれば、圧電素子３１を
伸縮運動させることにより、移動体３２を図中右方向に
移動させることができる。
が伸びる方向に電圧が与えられる。このときに電圧を急
激に変化させると、移動体３２と面３４との接触面は動
摩擦状態となり、移動体３２が面３４に対して相対移動
する（移動量Ｌ）。次に、圧電素子３１が縮む方向に電
圧が与えられる。このときに電圧を緩やかに変化させる
と、移動体３２と面３４との接触面は静摩擦状態とな
り、移動体３２は面３４に対して移動されず、物体３３
のみが移動体３２に対して接近する。以上のように、圧
電素子３１が１回伸縮運動することにより、移動体３２
が面３４に対して図中左方向にＬだけ移動される。ま
た、図中（ｂ）において、最初に圧電素子３１が縮む方
向に急激に電圧が与えられると、移動体３２が面３４に
対して図中右方向に移動し、次に圧電素子３１が伸びる
方向に緩やかに電圧が与えられると、移動体３２は面３
４に対して移動されず、物体３３のみが移動体３２に対
して離反する。このように制御すれば、圧電素子３１を
伸縮運動させることにより、移動体３２を図中右方向に
移動させることができる。
【０００４】図８は、従来の移動装置の第２の例の構成
を示す図である。図８の移動装置２０において、圧電素
子２１の一方の電極２１ａは、固定体である台２２に固
定されている。また、他方の電極２１ｂは、振動体２３
に接合されている。支持子２４は、振動体２３と台２２
との間に転動自在に設けられている。電圧源２５は、圧
電素子２１に電圧を与えるためのものであり、圧電素子
２１の電極２１ａ，２１ｂと電気的に接続されている。
物体２６は、振動体２３上に載置されており、この移動
装置２０により移動されるものである。
を示す図である。図８の移動装置２０において、圧電素
子２１の一方の電極２１ａは、固定体である台２２に固
定されている。また、他方の電極２１ｂは、振動体２３
に接合されている。支持子２４は、振動体２３と台２２
との間に転動自在に設けられている。電圧源２５は、圧
電素子２１に電圧を与えるためのものであり、圧電素子
２１の電極２１ａ，２１ｂと電気的に接続されている。
物体２６は、振動体２３上に載置されており、この移動
装置２０により移動されるものである。
【０００５】電圧源２５から圧電素子２１の電極２１
ａ，２１ｂに高周波電圧が供給されると、圧電素子２１
が伸縮される。ここで圧電素子２１には、非対称波形の
電圧が供給される。すなわち、例えば最初に圧電素子２
１が縮む方向に急激に変化する電圧が与えられ、振動体
２３が図中左方向に大きな加速度で移動する。この結
果、振動体２３と物体２６とは、動摩擦状態になり、振
動体２３が物体２６に対して相対移動する。次に、圧電
素子１１が伸びる方向に緩やかに変化する電圧が与えら
れ、振動体２３が図中右方向に小さな加速度で移動す
る。この結果、振動体２３と物体２６とは、静摩擦状態
になり、物体２６と振動体２３とは相対移動しない。以
上の動作により、圧電素子２１の伸縮運動により、物体
２６が振動体２３に対して図中右方向に相対移動する。
ａ，２１ｂに高周波電圧が供給されると、圧電素子２１
が伸縮される。ここで圧電素子２１には、非対称波形の
電圧が供給される。すなわち、例えば最初に圧電素子２
１が縮む方向に急激に変化する電圧が与えられ、振動体
２３が図中左方向に大きな加速度で移動する。この結
果、振動体２３と物体２６とは、動摩擦状態になり、振
動体２３が物体２６に対して相対移動する。次に、圧電
素子１１が伸びる方向に緩やかに変化する電圧が与えら
れ、振動体２３が図中右方向に小さな加速度で移動す
る。この結果、振動体２３と物体２６とは、静摩擦状態
になり、物体２６と振動体２３とは相対移動しない。以
上の動作により、圧電素子２１の伸縮運動により、物体
２６が振動体２３に対して図中右方向に相対移動する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来の
移動装置３０，２０においては、駆動性能は、摩擦面の
状態により大きな影響を受ける。例えば、摩擦面が荒れ
ていて変位量（数ｎｍ）と比較して大きな凹凸がある場
合、物体を駆動させることができなくなる。また、摩擦
面の動摩擦係数にばらつきがあると、１周期ごとの変位
量にばらつきが生じ、高精度な位置決めができなくな
る。さらに、動摩擦を利用したものでは、摩擦面が劣化
しやすく、動摩擦により駆動源から供給されたエネルギ
ーが失われ、エネルギー効率が悪くなる。さらにまた、
圧電素子に電圧を与えるための駆動回路では、静摩擦状
態と動摩擦状態とを作り出さなければならず、駆動回路
の設計が困難になるという問題がある。
移動装置３０，２０においては、駆動性能は、摩擦面の
状態により大きな影響を受ける。例えば、摩擦面が荒れ
ていて変位量（数ｎｍ）と比較して大きな凹凸がある場
合、物体を駆動させることができなくなる。また、摩擦
面の動摩擦係数にばらつきがあると、１周期ごとの変位
量にばらつきが生じ、高精度な位置決めができなくな
る。さらに、動摩擦を利用したものでは、摩擦面が劣化
しやすく、動摩擦により駆動源から供給されたエネルギ
ーが失われ、エネルギー効率が悪くなる。さらにまた、
圧電素子に電圧を与えるための駆動回路では、静摩擦状
態と動摩擦状態とを作り出さなければならず、駆動回路
の設計が困難になるという問題がある。
【０００７】本発明は、上述のような課題を解消するた
めになされたものであって、摩擦面の影響を少なくし
て、移動対象物を高精度に移動させることを目的とす
る。
めになされたものであって、摩擦面の影響を少なくし
て、移動対象物を高精度に移動させることを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、電圧の供給により伸縮する電気
機械変換素子、及び前記電気機械変換素子に接合する振
動体を有し、前記振動体と、前記振動体に所定の摩擦力
で接触する物体（１）とを相対移動させる移動装置であ
って、相対移動方向に伸縮するように本体に固定された
第１の電気機械変換素子（３、４）と、相対移動方向に
対し垂直方向成分を有して伸縮するように前記本体に固
定された第２の電気機械変換素子（５、６）と、前記第
１の電気機械変換素子に接合された第１の振動体（２）
と、前記第２の電気機械変換素子に接合され、前記第１
の振動体に接触しないように配置された第２の振動体
（１０）と、前記第２の振動体と前記物体とが非接触状
態となり前記第１の振動体と前記物体とを接触させるよ
うに前記第２の電気機械変換素子への電圧の供給を制御
するとともに前記第１の振動体が前記本体に対して第１
の方向に移動するように前記第１の電気機械変換素子に
電圧を供給し、かつ、前記第２の振動体と前記物体とが
接触して前記第１の振動体と前記物体とが非接触状態と
なるように前記第２の電気機械変換素子に電圧を供給す
るとともに前記第１の振動体が前記本体に対して前記第
１の方向と反対方向に移動するように前記第１の電気機
械変換素子に電圧を供給する電圧供給部（１２、１３）
とを備えることを特徴とする。
め、請求項１の発明は、電圧の供給により伸縮する電気
機械変換素子、及び前記電気機械変換素子に接合する振
動体を有し、前記振動体と、前記振動体に所定の摩擦力
で接触する物体（１）とを相対移動させる移動装置であ
って、相対移動方向に伸縮するように本体に固定された
第１の電気機械変換素子（３、４）と、相対移動方向に
対し垂直方向成分を有して伸縮するように前記本体に固
定された第２の電気機械変換素子（５、６）と、前記第
１の電気機械変換素子に接合された第１の振動体（２）
と、前記第２の電気機械変換素子に接合され、前記第１
の振動体に接触しないように配置された第２の振動体
（１０）と、前記第２の振動体と前記物体とが非接触状
態となり前記第１の振動体と前記物体とを接触させるよ
うに前記第２の電気機械変換素子への電圧の供給を制御
するとともに前記第１の振動体が前記本体に対して第１
の方向に移動するように前記第１の電気機械変換素子に
電圧を供給し、かつ、前記第２の振動体と前記物体とが
接触して前記第１の振動体と前記物体とが非接触状態と
なるように前記第２の電気機械変換素子に電圧を供給す
るとともに前記第１の振動体が前記本体に対して前記第
１の方向と反対方向に移動するように前記第１の電気機
械変換素子に電圧を供給する電圧供給部（１２、１３）
とを備えることを特徴とする。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１に記載の移動
装置において、前記電圧供給部は、前記第１の振動体と
前記物体とが接触している場合に前記第１の電気機械変
換素子に電圧を供給するときは、前記第１の振動体と前
記物体との接触面が静摩擦状態を保つように電圧を供給
することを特徴とする。請求項３の発明は、請求項１に
記載の移動装置において、前記電圧供給部は、前記第１
の移動体と前記物体とが接触している場合に前記第１の
電気機械変換素子に電圧を供給するときは、前記第１の
振動体と前記物体との接触面が動摩擦状態を保つように
電圧を供給することを特徴とする。
装置において、前記電圧供給部は、前記第１の振動体と
前記物体とが接触している場合に前記第１の電気機械変
換素子に電圧を供給するときは、前記第１の振動体と前
記物体との接触面が静摩擦状態を保つように電圧を供給
することを特徴とする。請求項３の発明は、請求項１に
記載の移動装置において、前記電圧供給部は、前記第１
の移動体と前記物体とが接触している場合に前記第１の
電気機械変換素子に電圧を供給するときは、前記第１の
振動体と前記物体との接触面が動摩擦状態を保つように
電圧を供給することを特徴とする。
【００１０】請求項４の発明は、第１の方向に伸縮する
ように本体に固定された第１の電気機械変換素子と、前
記第１の方向に対し垂直方向成分を有して伸縮するよう
に前記本体に固定された第２の電気機械変換素子と、前
記第１の電気機械変換素子に接合された第１の振動体
と、前記第２の電気機械変換素子に接合され、前記第１
の振動体に接触しないように配置された第２の振動体と
を備える移動装置の制御方法であって、前記第２の電気
機械変換素子を伸縮させることにより、前記第１の振動
体と前記第２の振動体とをそれぞれ交互に物体に接触さ
せ、かつ、前記第１の振動体と前記物体とが接触してい
るときはその接触面が静摩擦状態を保つようにして前記
第１の電気機械変換素子を伸縮させることにより、前記
第１の振動体を前記本体に対して前記第１の方向に相対
移動させることを特徴とする。請求項５の発明は、第１
の方向に伸縮するように本体に固定された第１の電気機
械変換素子と、前記第１の方向に対し垂直方向成分を有
して伸縮するように前記本体に固定された第２の電気機
械変換素子と、前記第１の電気機械変換素子に接合され
た第１の振動体と、前記第２の電気機械変換素子に接合
され、前記第１の振動体に接触しないように配置された
第２の振動体とを備える移動装置の制御方法であって、
前記第２の電気機械変換素子を伸縮させることにより、
前記第１の振動体と前記第２の振動体とをそれぞれ交互
に物体に接触させ、かつ、前記第１の振動体と前記物体
とが接触しているときはその接触面が動摩擦状態を保つ
ようにして前記第１の電気機械変換素子を伸縮させるこ
とにより、前記第１の振動体を前記本体に対して前記第
１の方向に相対移動させることを特徴とする。
ように本体に固定された第１の電気機械変換素子と、前
記第１の方向に対し垂直方向成分を有して伸縮するよう
に前記本体に固定された第２の電気機械変換素子と、前
記第１の電気機械変換素子に接合された第１の振動体
と、前記第２の電気機械変換素子に接合され、前記第１
の振動体に接触しないように配置された第２の振動体と
を備える移動装置の制御方法であって、前記第２の電気
機械変換素子を伸縮させることにより、前記第１の振動
体と前記第２の振動体とをそれぞれ交互に物体に接触さ
せ、かつ、前記第１の振動体と前記物体とが接触してい
るときはその接触面が静摩擦状態を保つようにして前記
第１の電気機械変換素子を伸縮させることにより、前記
第１の振動体を前記本体に対して前記第１の方向に相対
移動させることを特徴とする。請求項５の発明は、第１
の方向に伸縮するように本体に固定された第１の電気機
械変換素子と、前記第１の方向に対し垂直方向成分を有
して伸縮するように前記本体に固定された第２の電気機
械変換素子と、前記第１の電気機械変換素子に接合され
た第１の振動体と、前記第２の電気機械変換素子に接合
され、前記第１の振動体に接触しないように配置された
第２の振動体とを備える移動装置の制御方法であって、
前記第２の電気機械変換素子を伸縮させることにより、
前記第１の振動体と前記第２の振動体とをそれぞれ交互
に物体に接触させ、かつ、前記第１の振動体と前記物体
とが接触しているときはその接触面が動摩擦状態を保つ
ようにして前記第１の電気機械変換素子を伸縮させるこ
とにより、前記第１の振動体を前記本体に対して前記第
１の方向に相対移動させることを特徴とする。
【００１１】
【作用】請求項１の発明においては、電圧供給部は、第
１の電気機械変換素子及び第２の電気機械変換素子に電
圧を供給し、これらを伸縮させる。これにより、第１の
振動体と第２の振動体とが交互に物体に接触する。第１
の振動体と物体とが接触しているときは、第１の振動体
が本体に対して相対移動する。また、第２の振動体と物
体とが接触しているときは、第１の振動体が相対移動し
た量だけ戻される。従って、第１の電気機械変換素子及
び第２の電気機械変換素子の１回の伸縮運動により、第
１の振動体と物体とが所定量相対移動する。よって、第
１の振動体が相対移動した量だけ戻されるときは、物体
と非接触状態にあるので、接触面の影響を受けずに移動
させることができる。
１の電気機械変換素子及び第２の電気機械変換素子に電
圧を供給し、これらを伸縮させる。これにより、第１の
振動体と第２の振動体とが交互に物体に接触する。第１
の振動体と物体とが接触しているときは、第１の振動体
が本体に対して相対移動する。また、第２の振動体と物
体とが接触しているときは、第１の振動体が相対移動し
た量だけ戻される。従って、第１の電気機械変換素子及
び第２の電気機械変換素子の１回の伸縮運動により、第
１の振動体と物体とが所定量相対移動する。よって、第
１の振動体が相対移動した量だけ戻されるときは、物体
と非接触状態にあるので、接触面の影響を受けずに移動
させることができる。
【００１２】また、請求項２，４の発明においては、第
１の振動体と物体とが接触しているときは、両者の接触
面が静摩擦状態を保つように第１の電気機械変換素子が
伸縮する。よって、相対移動のときに動摩擦状態となら
ないので、動摩擦の影響を受けずに精度良く相対移動さ
せることができる。さらにまた、請求項３，５の発明に
おいては、第１の振動体と物体とが接触しているとき
は、両者の接触面が動摩擦状態を保つように第１の電気
機械変換素子が伸縮する。よって、第１の電気機械変換
素子の１回の伸縮による相対移動量を大きくすることが
でき、周期を短くすることができる。
１の振動体と物体とが接触しているときは、両者の接触
面が静摩擦状態を保つように第１の電気機械変換素子が
伸縮する。よって、相対移動のときに動摩擦状態となら
ないので、動摩擦の影響を受けずに精度良く相対移動さ
せることができる。さらにまた、請求項３，５の発明に
おいては、第１の振動体と物体とが接触しているとき
は、両者の接触面が動摩擦状態を保つように第１の電気
機械変換素子が伸縮する。よって、第１の電気機械変換
素子の１回の伸縮による相対移動量を大きくすることが
でき、周期を短くすることができる。
【００１３】
【実施例】以下、図面等を参照して、本発明の一実施例
について説明する。図１は、本発明による移動装置の第
１の実施例の構成を示す図である。図中（ａ）は平面
図、（ｂ）は正面図である。振動体２と台１１とは、圧
電素子３，４により接合されている。圧電素子３，４
は、図１（ｂ）中、左右方向に伸縮するように取り付け
られている。振動体２と台１１との間には、例えばボー
ルベアリングからなる複数の支持子７，８，９が転動自
在に配置されている。振動体２は、図１（ａ）に示すよ
うに、略ロ字状に形成されており、振動体２の内部に
は、振動体１０が振動体２と接触しないように取り付け
られている。振動体１０と台１１とは、圧電素子５，６
により接合されている。圧電素子５，６は、図１（ｂ）
中、上下方向に伸縮するように取り付けられている。振
動体２，１０の上部には、移動体１が載置されている。
移動体１と振動体２との接触面は、所定の摩擦力を有し
ている。電圧源１２は、圧電素子３，４に、圧電素子
３，４を伸縮させるための電圧を供給するためのもので
ある。また、電圧源１３は、圧電素子５，６に、それぞ
れ圧電素子５，６を伸縮させるための電圧を供給するた
めのものである。
について説明する。図１は、本発明による移動装置の第
１の実施例の構成を示す図である。図中（ａ）は平面
図、（ｂ）は正面図である。振動体２と台１１とは、圧
電素子３，４により接合されている。圧電素子３，４
は、図１（ｂ）中、左右方向に伸縮するように取り付け
られている。振動体２と台１１との間には、例えばボー
ルベアリングからなる複数の支持子７，８，９が転動自
在に配置されている。振動体２は、図１（ａ）に示すよ
うに、略ロ字状に形成されており、振動体２の内部に
は、振動体１０が振動体２と接触しないように取り付け
られている。振動体１０と台１１とは、圧電素子５，６
により接合されている。圧電素子５，６は、図１（ｂ）
中、上下方向に伸縮するように取り付けられている。振
動体２，１０の上部には、移動体１が載置されている。
移動体１と振動体２との接触面は、所定の摩擦力を有し
ている。電圧源１２は、圧電素子３，４に、圧電素子
３，４を伸縮させるための電圧を供給するためのもので
ある。また、電圧源１３は、圧電素子５，６に、それぞ
れ圧電素子５，６を伸縮させるための電圧を供給するた
めのものである。
【００１４】次に、この移動装置の動作について図２，
図３に基づき説明する。図２は、電圧源１２，１３が、
それぞれ圧電素子３及び４，圧電素子５及び６に供給す
る電圧ＶA ，ＶB と時間との関係を示すグラフである。
また、図３は、図１の移動装置の動作の様子を段階的に
示す概略図である。先ず、図２において、時刻ｔ0 から
ｔ1 までの間は、電圧源１２は、圧電素子３，４に電圧
を供給する。このときの電圧は、緩やかに増加するもの
である。また、時刻ｔ0 からｔ1 までの間は、電圧源１
３は、電圧を供給しない。これにより、時刻ｔ0 からｔ
1 までの間は、振動体１０は移動されずに、その上面が
振動体２の上面より下側に配置される。従って、移動体
１は、振動体２とのみ接触する（図３（ａ））。また、
電圧源１２からの電圧の供給により、圧電素子３及び４
が伸縮し、振動体２は図中右方向に移動する（図３
（ｂ））。このときは、電圧が緩やかに変化することに
より、移動体１０と振動体２との接触面は、静摩擦状態
を保持する。すなわち、移動体１は、振動体２とともに
移動する。
図３に基づき説明する。図２は、電圧源１２，１３が、
それぞれ圧電素子３及び４，圧電素子５及び６に供給す
る電圧ＶA ，ＶB と時間との関係を示すグラフである。
また、図３は、図１の移動装置の動作の様子を段階的に
示す概略図である。先ず、図２において、時刻ｔ0 から
ｔ1 までの間は、電圧源１２は、圧電素子３，４に電圧
を供給する。このときの電圧は、緩やかに増加するもの
である。また、時刻ｔ0 からｔ1 までの間は、電圧源１
３は、電圧を供給しない。これにより、時刻ｔ0 からｔ
1 までの間は、振動体１０は移動されずに、その上面が
振動体２の上面より下側に配置される。従って、移動体
１は、振動体２とのみ接触する（図３（ａ））。また、
電圧源１２からの電圧の供給により、圧電素子３及び４
が伸縮し、振動体２は図中右方向に移動する（図３
（ｂ））。このときは、電圧が緩やかに変化することに
より、移動体１０と振動体２との接触面は、静摩擦状態
を保持する。すなわち、移動体１は、振動体２とともに
移動する。
【００１５】次の時刻ｔ1 からｔ2 までの間は、電圧源
１２は一定の電圧を圧電素子３及び４に供給する。ま
た、電圧源１３は、圧電素子５及び６に急激に増加する
電圧を供給する。この電圧源１３の電圧の供給により、
圧電素子５及び６は、上方向に伸び、移動体１と振動体
２との接触状態が解除され、移動体１と振動体１０とが
接触するようになる（図３（ｃ））。次の時刻ｔ2 から
ｔ3 までの間は、電圧源１３は、圧電素子５及び６に一
定の電圧を供給する。また、電圧源１２は、圧電素子３
及び４に徐々に減少する電圧を供給する（時刻ｔ3 で電
圧の供給が０になる）。これにより、圧電素子３及び４
は、時刻ｔ3 のときに伸縮前（ｔ0 ）の状態に復帰す
る。すなわち、振動体２は、移動体１と非接触状態で初
期位置まで戻される（図３（ｄ））。次の時刻ｔ3 から
ｔ4 までの間は、電圧源１２は、圧電素子３及び４に電
圧を供給しない。また、電圧源１３は、圧電素子５及び
６に急激に減少する電圧を供給する（時刻ｔ4 で電圧の
供給が０になる）。これにより、圧電素子５及び６は、
伸縮前の状態に復帰する。従って、移動体１と振動体１
０との接触状態が解除され、移動体１は、再び振動体２
と接触する（図３（ｅ））。以上の動作により、時刻ｔ
0 からｔ4 までの間に、移動体１は、移動量Ｌだけ図３
中右方向に移動される。よって、上述の動作を繰り返す
ことにより、移動体１を所定の方向に移動させることが
できる。
１２は一定の電圧を圧電素子３及び４に供給する。ま
た、電圧源１３は、圧電素子５及び６に急激に増加する
電圧を供給する。この電圧源１３の電圧の供給により、
圧電素子５及び６は、上方向に伸び、移動体１と振動体
２との接触状態が解除され、移動体１と振動体１０とが
接触するようになる（図３（ｃ））。次の時刻ｔ2 から
ｔ3 までの間は、電圧源１３は、圧電素子５及び６に一
定の電圧を供給する。また、電圧源１２は、圧電素子３
及び４に徐々に減少する電圧を供給する（時刻ｔ3 で電
圧の供給が０になる）。これにより、圧電素子３及び４
は、時刻ｔ3 のときに伸縮前（ｔ0 ）の状態に復帰す
る。すなわち、振動体２は、移動体１と非接触状態で初
期位置まで戻される（図３（ｄ））。次の時刻ｔ3 から
ｔ4 までの間は、電圧源１２は、圧電素子３及び４に電
圧を供給しない。また、電圧源１３は、圧電素子５及び
６に急激に減少する電圧を供給する（時刻ｔ4 で電圧の
供給が０になる）。これにより、圧電素子５及び６は、
伸縮前の状態に復帰する。従って、移動体１と振動体１
０との接触状態が解除され、移動体１は、再び振動体２
と接触する（図３（ｅ））。以上の動作により、時刻ｔ
0 からｔ4 までの間に、移動体１は、移動量Ｌだけ図３
中右方向に移動される。よって、上述の動作を繰り返す
ことにより、移動体１を所定の方向に移動させることが
できる。
【００１６】図４は、本発明による移動装置の第２の実
施例の構成を示す図である。この移動装置は、図１の移
動装置を自走式としたものである。第１の実施例と同様
に、まず、振動体２と移動面とが静摩擦状態を保つよう
に、電圧源１２が圧電素子３及び４に電圧を与える。こ
れにより、振動体２と移動面とは相対移動せず、台１１
が振動体２に対して相対移動する。次に電圧源１３が圧
電素子５及び６に電圧を供給すると、振動体１０と移動
面とが接触し、振動体２と移動面との接触状態が解除さ
れる。この状態で、圧電素子３及び４に供給される電圧
が減少すると、振動体２が台１１に対して相対移動す
る。そして、圧電素子５及び６に供給される電圧が減少
し、移動面と振動体２とが接触するようになる。以上の
動作により、装置全体が移動面に対して移動する。
施例の構成を示す図である。この移動装置は、図１の移
動装置を自走式としたものである。第１の実施例と同様
に、まず、振動体２と移動面とが静摩擦状態を保つよう
に、電圧源１２が圧電素子３及び４に電圧を与える。こ
れにより、振動体２と移動面とは相対移動せず、台１１
が振動体２に対して相対移動する。次に電圧源１３が圧
電素子５及び６に電圧を供給すると、振動体１０と移動
面とが接触し、振動体２と移動面との接触状態が解除さ
れる。この状態で、圧電素子３及び４に供給される電圧
が減少すると、振動体２が台１１に対して相対移動す
る。そして、圧電素子５及び６に供給される電圧が減少
し、移動面と振動体２とが接触するようになる。以上の
動作により、装置全体が移動面に対して移動する。
【００１７】次に、図１の移動装置を動摩擦で駆動した
場合について説明する。図５は、このときの動作を段階
的に示す概略図である。先ず、時刻ｔ＝０からｔ1 まで
の間には、振動体２は、ある加速度ａで図中右方向に移
動する。ここで、ａ＞μｇ（μ；静摩擦係数、ｇ；重力
加速度）である。これにより、移動体１は、動摩擦力
μ’ｍｇ（μ’；動摩擦係数、ｍ；移動体１の質量）に
より等加速度運動し、移動量Ｌ1 （＝μ’ｇｔ1 2 ／
２）だけ右方向に移動する。時刻ｔ1 のときに振動体２
の移動が停止する。このときに移動体１は、速度ｖ（＝
μ’ｇｔ1 ）を持っており、振動体２との間の動摩擦力
により減速し、時刻ｔ2 において停止する（移動量Ｌ2
＝μ’ｇｔ1 2 ／２）。次に、時刻ｔ2 からｔ3 までの
間に、振動体１０が上方向に移動し、移動体１と振動体
２とが非接触状態となる。そして、時刻ｔ3 からｔ4 ま
での間に、振動体２が左方向に移動される。そして、時
刻ｔ4 から時刻ｔ5 までの間に、振動体１０が元の位置
に戻され、再度移動体１と振動体２とが接触する。以上
の動作により、時刻ｔ0 からｔ5 までの間に、移動体１
は、移動量Ｌ1 ＋Ｌ2 だけ移動される。
場合について説明する。図５は、このときの動作を段階
的に示す概略図である。先ず、時刻ｔ＝０からｔ1 まで
の間には、振動体２は、ある加速度ａで図中右方向に移
動する。ここで、ａ＞μｇ（μ；静摩擦係数、ｇ；重力
加速度）である。これにより、移動体１は、動摩擦力
μ’ｍｇ（μ’；動摩擦係数、ｍ；移動体１の質量）に
より等加速度運動し、移動量Ｌ1 （＝μ’ｇｔ1 2 ／
２）だけ右方向に移動する。時刻ｔ1 のときに振動体２
の移動が停止する。このときに移動体１は、速度ｖ（＝
μ’ｇｔ1 ）を持っており、振動体２との間の動摩擦力
により減速し、時刻ｔ2 において停止する（移動量Ｌ2
＝μ’ｇｔ1 2 ／２）。次に、時刻ｔ2 からｔ3 までの
間に、振動体１０が上方向に移動し、移動体１と振動体
２とが非接触状態となる。そして、時刻ｔ3 からｔ4 ま
での間に、振動体２が左方向に移動される。そして、時
刻ｔ4 から時刻ｔ5 までの間に、振動体１０が元の位置
に戻され、再度移動体１と振動体２とが接触する。以上
の動作により、時刻ｔ0 からｔ5 までの間に、移動体１
は、移動量Ｌ1 ＋Ｌ2 だけ移動される。
【００１８】なお、以上の実施例は、直進型の移動装置
であるが、円環型の移動装置にも本発明を適用すること
ができる。図６は、本発明の移動装置を円環型にしたも
のの実施例の構成を示す図である。外筒１５は、略中空
円柱状に形成されたものであり、この外筒１５の内部に
内筒１６が外筒１５に接触しないように配置されてい
る。外筒１５が圧電素子（図示せず）によって円周方向
に振動され、内筒１６は、圧電素子１７により図中上下
方向に振動される。
であるが、円環型の移動装置にも本発明を適用すること
ができる。図６は、本発明の移動装置を円環型にしたも
のの実施例の構成を示す図である。外筒１５は、略中空
円柱状に形成されたものであり、この外筒１５の内部に
内筒１６が外筒１５に接触しないように配置されてい
る。外筒１５が圧電素子（図示せず）によって円周方向
に振動され、内筒１６は、圧電素子１７により図中上下
方向に振動される。
【００１９】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は、上述した実施例に限定されることなく、
その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であ
る。例えば、実施例における電気機械変換素子として圧
電素子３及び４，５及び６を用いたが、電歪素子のよう
な電気機械変換素子を用いても良い。また、図１におい
て、移動体１の重量が大きい場合や、移動体１が加圧さ
れている場合には、さらに強い力を出せる機構にするこ
とが望ましい。
が、本発明は、上述した実施例に限定されることなく、
その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であ
る。例えば、実施例における電気機械変換素子として圧
電素子３及び４，５及び６を用いたが、電歪素子のよう
な電気機械変換素子を用いても良い。また、図１におい
て、移動体１の重量が大きい場合や、移動体１が加圧さ
れている場合には、さらに強い力を出せる機構にするこ
とが望ましい。
【００２０】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、第１の振動体
と第２の振動体とを用いて物体と相対移動させるように
し、第１の振動体を物体と非接触状態にして相対移動し
た量だけ戻すようにしたので、接触面の影響を少なくす
ることができる。請求項２，４の発明によれば、第１の
振動体と物体とを静摩擦状態に保つようにしたので、摩
擦面内の凹凸のばらつきや、動摩擦係数のばらつきがあ
っても、駆動ステップのばらつきに影響を与えないの
で、精度良く相対移動させることができる。また、摩擦
面の劣化（磨耗）を防止することができる。さらにま
た、静摩擦力は仕事をしない（移動量が０）ので、駆動
源から供給されたエネルギーが失われることがなく、エ
ネルギー効率を高めることができる。さらには、圧電素
子に電圧を与えるための駆動回路の簡略化を図ることが
できる。請求項３，５の発明においては、第１の振動体
と物体とを動摩擦状態で相対移動させるようにしたの
で、駆動電圧を急激に変化させることができるようにな
り、周期を短くすることができ、単位時間当たりの駆動
回数を増加させることができる。従って、移動速度を速
くすることができる。また、第１の電気機械変換素子の
１回の伸縮による相対移動量を大きくすることができ
る。
と第２の振動体とを用いて物体と相対移動させるように
し、第１の振動体を物体と非接触状態にして相対移動し
た量だけ戻すようにしたので、接触面の影響を少なくす
ることができる。請求項２，４の発明によれば、第１の
振動体と物体とを静摩擦状態に保つようにしたので、摩
擦面内の凹凸のばらつきや、動摩擦係数のばらつきがあ
っても、駆動ステップのばらつきに影響を与えないの
で、精度良く相対移動させることができる。また、摩擦
面の劣化（磨耗）を防止することができる。さらにま
た、静摩擦力は仕事をしない（移動量が０）ので、駆動
源から供給されたエネルギーが失われることがなく、エ
ネルギー効率を高めることができる。さらには、圧電素
子に電圧を与えるための駆動回路の簡略化を図ることが
できる。請求項３，５の発明においては、第１の振動体
と物体とを動摩擦状態で相対移動させるようにしたの
で、駆動電圧を急激に変化させることができるようにな
り、周期を短くすることができ、単位時間当たりの駆動
回数を増加させることができる。従って、移動速度を速
くすることができる。また、第１の電気機械変換素子の
１回の伸縮による相対移動量を大きくすることができ
る。
【図１】本発明による移動装置の第１の実施例の構成を
示す図である。
示す図である。
【図２】電圧源１２，１３が、それぞれ圧電素子３及び
４，圧電素子５及び６に供給する電圧ＶA ，ＶB と時間
との関係を示すグラフである。
４，圧電素子５及び６に供給する電圧ＶA ，ＶB と時間
との関係を示すグラフである。
【図３】図１の移動装置の動作の様子を段階的に示す概
略図である。
略図である。
【図４】本発明による移動装置の第２の実施例の構成を
示す図である。
示す図である。
【図５】本発明の移動装置を動摩擦で駆動したときの動
作を説明する図である。
作を説明する図である。
【図６】本発明の移動装置を円環型にしたものの実施例
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図７】従来のこの種の移動装置の第１の例であるイン
パクト装置の構成を示す図である。
パクト装置の構成を示す図である。
【図８】従来の移動装置の第２の例の構成を示す図であ
る。
る。
１ 移動体 ２ 振動体 ３，４，５，６ 圧電素子 ７，８，９ 支持子 １０ 振動体 １１ 台 １２，１３ 電圧源
Claims (5)
- 【請求項１】 電圧の供給により伸縮する電気機械変換
素子、及び前記電気機械変換素子に接合する振動体を有
し、前記振動体と、前記振動体に所定の摩擦力で接触す
る物体とを相対移動させる移動装置であって、 相対移動方向に伸縮するように本体に固定された第１の
電気機械変換素子と、 相対移動方向に対し垂直方向成分を有して伸縮するよう
に前記本体に固定された第２の電気機械変換素子と、 前記第１の電気機械変換素子に接合された第１の振動体
と、 前記第２の電気機械変換素子に接合され、前記第１の振
動体に接触しないように配置された第２の振動体と、 前記第２の振動体と前記物体とが非接触状態となり前記
第１の振動体と前記物体とを接触させるように前記第２
の電気機械変換素子への電圧の供給を制御するとともに
前記第１の振動体が前記本体に対して第１の方向に移動
するように前記第１の電気機械変換素子に電圧を供給
し、かつ、前記第２の振動体と前記物体とが接触して前
記第１の振動体と前記物体とが非接触状態となるように
前記第２の電気機械変換素子に電圧を供給するとともに
前記第１の振動体が前記本体に対して前記第１の方向と
反対方向に移動するように前記第１の電気機械変換素子
に電圧を供給する電圧供給部とを備えることを特徴とす
る移動装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の移動装置において、 前記電圧供給部は、前記第１の振動体と前記物体とが接
触している場合に前記第１の電気機械変換素子に電圧を
供給するときは、前記第１の振動体と前記物体との接触
面が静摩擦状態を保つように電圧を供給することを特徴
とする移動装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の移動装置において、 前記電圧供給部は、前記第１の移動体と前記物体とが接
触している場合に前記第１の電気機械変換素子に電圧を
供給するときは、前記第１の振動体と前記物体との接触
面が動摩擦状態を保つように電圧を供給することを特徴
とする移動装置。 - 【請求項４】 第１の方向に伸縮するように本体に固定
された第１の電気機械変換素子と、 前記第１の方向に対し垂直方向成分を有して伸縮するよ
うに前記本体に固定された第２の電気機械変換素子と、 前記第１の電気機械変換素子に接合された第１の振動体
と、 前記第２の電気機械変換素子に接合され、前記第１の振
動体に接触しないように配置された第２の振動体とを備
える移動装置の制御方法であって、 前記第２の電気機械変換素子を伸縮させることにより、
前記第１の振動体と前記第２の振動体とをそれぞれ交互
に物体に接触させ、かつ、前記第１の振動体と前記物体
とが接触しているときはその接触面が静摩擦状態を保つ
ようにして前記第１の電気機械変換素子を伸縮させるこ
とにより、前記第１の振動体を前記本体に対して前記第
１の方向に相対移動させることを特徴とする移動装置の
制御方法。 - 【請求項５】 第１の方向に伸縮するように本体に固定
された第１の電気機械変換素子と、 前記第１の方向に対し垂直方向成分を有して伸縮するよ
うに前記本体に固定された第２の電気機械変換素子と、 前記第１の電気機械変換素子に接合された第１の振動体
と、 前記第２の電気機械変換素子に接合され、前記第１の振
動体に接触しないように配置された第２の振動体とを備
える移動装置の制御方法であって、 前記第２の電気機械変換素子を伸縮させることにより、
前記第１の振動体と前記第２の振動体とをそれぞれ交互
に物体に接触させ、かつ、前記第１の振動体と前記物体
とが接触しているときはその接触面が動摩擦状態を保つ
ようにして前記第１の電気機械変換素子を伸縮させるこ
とにより、前記第１の振動体を前記本体に対して前記第
１の方向に相対移動させることを特徴とする移動装置の
制御方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6172508A JPH0837784A (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | 移動装置及び移動装置の制御方法 |
| US08/743,136 US5686778A (en) | 1994-07-25 | 1996-11-04 | Movement device utilizing electromechanical conversion elements and control method therefore |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6172508A JPH0837784A (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | 移動装置及び移動装置の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0837784A true JPH0837784A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=15943269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6172508A Pending JPH0837784A (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | 移動装置及び移動装置の制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5686778A (ja) |
| JP (1) | JPH0837784A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005328639A (ja) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Konica Minolta Opto Inc | 電気機械変換素子を用いた駆動装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3234872B2 (ja) * | 1996-10-08 | 2001-12-04 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | アクチュエータおよびその駆動方法、および、その駆動方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、並びに、そのアクチュエータを用いた小型工作機械 |
| KR100291952B1 (ko) * | 1999-03-10 | 2001-06-01 | 윤덕용 | 관성마찰에 의한 다축 회전장치 |
| JP2015014953A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | ソニー株式会社 | 信号制御装置および信号制御システム |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3902084A (en) * | 1974-05-30 | 1975-08-26 | Burleigh Instr | Piezoelectric electromechanical translation apparatus |
| JPS5976184A (ja) * | 1982-10-22 | 1984-05-01 | Hitachi Ltd | アクチユエ−タ |
| JPS6260482A (ja) * | 1985-09-10 | 1987-03-17 | Rion Co Ltd | 圧電アクチユエ−タ |
| JPS63249480A (ja) * | 1987-04-02 | 1988-10-17 | Kazuhiko Yamanouchi | 超音波モ−タ− |
| JPS63299785A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-07 | Res Dev Corp Of Japan | 圧電・電歪素子を用いた衝撃力による微小移動装置 |
| DE3844821C2 (en) * | 1988-07-03 | 1993-07-22 | Kfa Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De | Micromanipulator for raster tunnel microscope |
| IL87312A (en) * | 1988-08-02 | 1992-02-16 | Zvi Orbach | Electromechanical translation apparatus of the inchworm linear motor type |
| US5043621A (en) * | 1988-09-30 | 1991-08-27 | Rockwell International Corporation | Piezoelectric actuator |
| US4874979A (en) * | 1988-10-03 | 1989-10-17 | Burleigh Instruments, Inc. | Electromechanical translation apparatus |
| JPH03249480A (ja) * | 1990-02-26 | 1991-11-07 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 金属ベローズ |
| JPH05328753A (ja) * | 1991-01-19 | 1993-12-10 | Smc Corp | アクチュエータ |
| DE69318662T2 (de) * | 1992-10-02 | 1998-11-26 | Philips Electronics Nv | Elektromechanische Verschiebevorrichtung und geeigneter Aktuator zur Verwendung in einer derartigen Verschiebevorrichtung |
| DE4315238A1 (de) * | 1993-05-07 | 1994-11-17 | Physik Instr Pi Gmbh & Co | Verstelleinrichtung mit Piezoantrieb |
| IL106296A0 (en) * | 1993-07-09 | 1993-12-28 | Nanomotion Ltd | Ceramic motor |
-
1994
- 1994-07-25 JP JP6172508A patent/JPH0837784A/ja active Pending
-
1996
- 1996-11-04 US US08/743,136 patent/US5686778A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005328639A (ja) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Konica Minolta Opto Inc | 電気機械変換素子を用いた駆動装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5686778A (en) | 1997-11-11 |
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