JPH11136979A

JPH11136979A - 慣性力駆動型移動装置

Info

Publication number: JPH11136979A
Application number: JP9311164A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Murakishi; 恭次村岸; Goro Ohigata; 五郎大日方
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】特殊な電圧波形を用いずとも、所望の方向に
確実に移動させることができ、移動させた位置を強固に
保持することのできる慣性力駆動型移動装置を提供する
こと。【解決手段】伸縮する圧電素子１４を介して慣性体１
５が取り付けられた磁性体でなるベース１３を有した移
動体１１が、当接しながら相対的に移動する物体１２の
摩擦面１２ａに対して、移動体１１と反対側に磁気発生
手段１７を設ける。圧電素子１４の伸縮により所望の方
向とは異なる方向に移動体１１が移動するような力が発
生する場合や、その位置で移動体１１を保持したい場合
には、磁気発生手段１７で大きな磁気吸引力を発生さ
せ、移動体１１と摩擦面１２ａとの間の摩擦力を大きく
する。また、所望の方向に移動体１１が移動するような
力が発生する場合には、磁気発生手段１７で発生する磁
気吸引力を小さくし、移動体１１の摩擦力を小さくす
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、圧電素子及び／又
は磁歪素子を用いて慣性力を発生させ、この慣性力によ
って、物体に対して移動体を移動させる慣性力駆動型移
動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平４−５２０７０号公報には、慣性
力によって、ある物体に対して相対的に移動する移動体
が開示されている。これは、図９に示すように、ベース
１に伸縮する圧電素子２を介して慣性体３が設けられた
移動体４を、圧電素子２の伸縮を制御して、慣性体３に
作用する慣性力により、物体５に対して相対的に移動さ
せている。この公報では、例えば、図１０のＡに示され
るような形状の電圧を与え、すなわち、この図１０のＡ
の時刻ｔ₁₁、ｔ₂₁では、圧電素子２を急激に伸ばされ、
そして、時刻ｔ₁₂、ｔ₂₂から縮められ、徐々に加速を付
けた圧電素子２の伸縮を時刻ｔ₁₃、ｔ₂₃で急に停止させ
るということを繰り返し行って、移動体４を左方に進ま
せている。また、図１０のＢに示されるような形状の電
圧を与え、すなわちこの図１０のＢの時刻ｔ₁₁’、
ｔ₂₁’では、圧電素子２は急激に縮められ、時刻
ｔ₁₂’、ｔ₂₂’では伸ばされて、徐々に加速を付けた圧
電素子２の伸縮を時刻ｔ₁₃’、ｔ₂₃’で急に停止させる
ということを繰り返し行って、右方へ移動させている。
このとき、移動体４が、外乱のため、目標位置の移動で
きなかった場合には、圧電素子２に与える電圧を調節し
て、更に所望の方向に移動させる。すなわち、この構造
を有する移動体４は、位置決め精度がよい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この移
動体４は、移動されて目標の位置に至った場合には、そ
の移動体４の全体の質量で決まる摩擦力の範囲でしか、
その位置を保持することができない。すなわち、その移
動体４の質量が小さいときには、摩擦力も小さくなり、
わずかな力が移動体に作用しただけでも、その位置から
動いてしまう。そのため、位置決めアクチュエータとし
て用いる場合など、ある位置で移動体４を保持させてい
たいにもかかわらず、それができなかった。また、上記
特開平４−５２０７０号公報では、移動体４は圧電素子
２の伸縮により所望の方向と異なる方向に移動する大き
な力が発生しないように、圧電素子２に与える電圧波形
を、例えば図１０に示したような特殊な形状としなけれ
ばならなかった。

【０００４】本発明は、上述の問題に鑑みてなされ、圧
電素子又は磁歪素子に与える電圧波形を特殊な形状とせ
ずとも移動体を移動させることができ、また、位置決め
用アクチュエータとして使用する場合など、任意の場所
で移動体を強固に保持することのできる慣性力駆動型移
動装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の課題は、物体（例
えば、実施例の１２、２２；以下、同様）の摩擦面（１
２ａ、２２ａ）に接して移動するベース（１３、２３、
３３、４３）と、該ベース（１３、２３、３３、４３）
に取り付けられ伸縮する圧電素子（１４）又は磁歪素子
と、該圧電素子（１４）又は該磁歪素子を介して前記ベ
ース（１３、２３、３３、４３）に取り付けられている
慣性体（１５）とを具備した移動体（１１、２１、３
１、４１）を、該慣性体（１５）に発生する慣性力が、
前記圧電素子（１４）又は前記磁歪素子を介して前記ベ
ース（１３、２３、３３、４３）に作用することによ
り、該移動体（１１、２１、３１、４１）を前記物体
（１２、２２）に対して移動させるようにした慣性力駆
動型移動装置（１０、２０、３０、４０）において、磁
気吸引力を発生する磁気発生手段（１７、２８、３８）
を設け、前記移動体（１１、２１、３１、４１）に前記
磁気吸引力を与えることにより、前記移動体（１１、２
１、３１、４１）の摩擦力を可変とすることを特徴とす
る慣性力駆動型移動装置、によって解決される。

【０００６】このような構成により、位置決め装置とし
て用いる場合など、移動体が目標の位置に到達し、その
位置を維持したい場合には、その移動体に大きな磁気吸
引力を与え、移動体に働く摩擦力を大きく発生させる。
従って、その位置を強固に保持することができる。ま
た、移動体が所望の方向に移動する際には摩擦力を小さ
くし、移動体が所望の方向とは異なる方向に移動する際
には大きな磁気吸引力を発生させて移動体の摩擦力を大
きくするようにすれば、圧電素子に加えられる電圧を、
従来例で例示したような特殊の電圧波形とせずとも、例
えば、交流にバイアス電圧を印加して、直流の正弦波と
した電圧を用いても、移動体を移動させることができ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明では、伸縮する圧電素子又
は磁歪素子を介して慣性体がベースに取りけられた移動
体を有する慣性力駆動型移動装置に、移動体の摩擦力を
可変とするための磁気吸引力を発生する磁気発生手段を
設ける。そのため、移動体が、所望の方向に移動するよ
うなときには、小さい磁気吸引力を発生させるか磁気吸
引力を全く発生させないかして、移動体の摩擦力をごく
小さいものとすることができ、移動体は、所定の方向に
は容易に移動する。また、移動体が所望の方向とは異な
る方向に移動するようなときには、磁気吸引力を（大き
く）発生させ、移動体の摩擦力を大きくする。従って、
移動体が所望の方向とは異なる方向に移動するようなと
きには、移動体の摩擦力を大きくする。この大きな摩擦
力により、移動体は所望の方向とは異なる方向に動くこ
とが困難となる。従って、移動体に働く摩擦力を、伸縮
する圧電素子による慣性体に発生する慣性力よりも大き
い値となるように、磁気吸引力を設定しておけば、所望
の方向とは異なる方向に移動することは全くない。ま
た、この移動体を位置決めアクチュエータとして用いる
場合など、この移動体を位置決めした位置で保持したい
場合には、大きな摩擦力を発生させれば、その位置を強
固に保持することができる。

【０００８】なお、慣性力駆動型移動装置の移動体に摩
擦力を可変とする具体的な構成としては、磁気発生手段
を、移動体が接して相対的に移動する物体に設け、移動
体の少なくとも、磁気発生手段の近傍となる一部を磁性
材料で形成したものでもよいし、また、磁気発生手段を
移動体に設け、かつ移動体が接して相対的に移動する物
体の少なくとも、前記磁気発生手段の近傍となる一部
を、磁性材料で形成するようにしてもよい。このうち、
物体に磁気発生手段を設けた前者の場合には、移動体の
構成が容易で、また、摩擦面と対向する磁性材料の面積
を大きくすれば、移動体の大きさを大きくせずとも、大
きな磁気吸引力を発生することができる。また、移動体
に磁気発生手段を設けた後者の場合には、物体の構造を
容易とすることができ、例えば、従来、移動体が接して
相対的に移動する物体であったものに、磁気吸引力が発
生できるシート（例えば磁性材料でなるシートなど）を
その表面に敷き、これを物体に固定させてもよく、従来
の一部の構造を利用することも可能である。加えて、後
者の場合に、磁気発生手段を設けた移動体の一部が磁性
材料でなり、移動体の一部が磁気発生手段と当接して、
磁気発生手段が磁気吸引力を発生する際には、移動体の
磁性材料でなる一部を磁化させるようにすれば、より大
きな磁気吸引力を発生することができる。

【０００９】更に、磁気発生手段と、磁性材料でなる移
動体又は磁性材料でなる物体との間に、非磁性体でなる
部材を設ければ、残留磁束による磁気発生手段の応答性
の低下を防ぐことができる。

【００１０】なお、磁気発生手段としては、電磁石を用
いて、この電磁石に供給する電流の大きさを変えるよう
にしてもよいし、永久磁石を用いて、永久磁石と摩擦面
との相対距離を変えるようにしたものを用いてもよい。
なお、供給される電流の大きさを容易に可変できる電磁
石のほうが、相対距離を変える永久磁石よりも、応答性
よく磁気吸引力を発生することができるのでよい。な
お、応答性を更によくするためには、磁気吸引力を発生
する電磁石に供給する電流を矩形歯形状で与えるとよ
い。また、磁気発生手段を電磁石とした場合には、電磁
石のコイルが、摩擦面と対向する面及びこれと反対側の
面にのみ磁極が発生するように、巻装されているように
するのがよい。これによって、電磁石の摩擦面に対向す
る部分及びこれに反対側の部分が磁化され、その他の部
分は磁化されないので、効率よく磁気吸引力を発生する
ことができる。

【００１１】また、所望の方向に移動するような力を移
動体が受けるときなど、移動体の摩擦力を小さくした場
合、すなわち移動体に磁気吸引力が与えられていない状
態では、より摩擦力が小さくなるように、例えば、摩擦
力を小さくするための転がり部材を設けるとよい。これ
は、例えば、転がり部材を物体の表面に設けたり、逆
に、移動体の底部に設けてもよい。このような構造を有
しても、本発明では、移動体が所望の方向とは異なる方
向に移動するような力を受ける場合には、大きな磁気吸
引力を発生させて、移動体と摩擦面との間に大きな摩擦
力を発生することができるので、所望の位置で移動体を
保持することが可能である。そして、この構造により、
所望の方向に移動する力を受けるときには、この力に対
する抵抗力（摩擦力）を従来より減少させることができ
るため、移動体を、効率良く移動させることが可能であ
る。なお、この際、転がり部材を磁性材料で形成すれ
ば、磁気吸引力が発生する際には、その転がり部材にも
磁気吸引力が作用し、移動体は、より大きな摩擦力を受
けることになる。従って、このような構造により、位置
決めされた位置を強固に保持することができるだけでな
く、移動体を所望の方向のみ、効率良く、移動させるこ
とができる。

【００１２】なお、移動体が、移動体に磁気吸引力が与
えられていないときの姿勢が、移動体に磁気吸引力が与
えられているときの姿勢と、常に同じとなるような形状
としていれば、移動体が転倒することなく、移動体を安
定して移動させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。

【００１４】図１は、本発明の第１実施例における慣性
力駆動型移動装置１０の部分断面正面図を示している。
慣性力駆動型移動装置１０は、移動体１１と、移動体１
１が相対的に移動する物体１２とから構成されている。
移動体１１は、磁性材料（例えば鉄など）でなるベース
１３と、これに取り付けられた圧電素子１４と、圧電素
子１４を介してベース１３に取り付けられた慣性体１５
とから構成されている。ベース１３は、物体１２に設け
られた磁気発生手段１７からの磁気吸引力を多く受ける
ため及び磁気吸引力を与えても移動体１１が、その形状
を保てるように、慣性体１５が設けられている側に水平
に突出した水平部１３ａを有している。圧電素子１４
は、公知の積層型圧電素子であり、その形状は直方体形
状をしている。そして、伸縮する方向（矢印ｆ）で示さ
れている方向と直角に交わる端面１４ａ、１４ｂは、そ
れぞれベース１３又は慣性体１５に当接している。慣性
体１５は、いわば重りであり、圧電素子１４の伸縮によ
って、容易に移動できるような重さを有している。これ
によって、慣性体１５に発生する慣性力が、圧電素子１
４を介してベース１３に伝えられ、移動体１１が移動す
る。

【００１５】移動体１１が相対的に移動する物体１２
は、本実施例では非磁性材料（例えば非磁性材料の金
属、セラミック、樹脂）でなる。また、物体１２の移動
体１１と当接する摩擦面１２ａに対し、移動体１１とは
反対側には磁気発生手段１７が配設されている。この磁
気発生手段１７は、複数（図１においては４つ）の電磁
石１８から構成されており、この電磁石１８は、図１に
示するように凹形状となっているコア１８ａと、この中
央部に巻装されたコイル１８ｂとから構成されている。
そのため、コア１８ａの突部１８ａａ、１８ａｂにＮ極
とＳ極が形成される。なお、本実施例では、隣り合う電
磁石１８の磁極は異極にされており、これにより摩擦面
１２ａで発生する磁極を、より均一としている。また、
少なくとも物体１２の、移動体１１が当接している部分
及びその近傍にある電磁石１８はすべて同位相で電流が
供給されており、移動体１１が移動するときには、これ
らの電磁石１８の突部１８ａａ、１８ａｂは、同時に磁
化される。

【００１６】本実施例の慣性力駆動型移動装置１０は、
以上のようにして構成されるが、次に、この作用につい
て説明する。なお、移動体１１の圧電素子１４に、図２
のＡに示すような最低電圧が零になるような正弦波形状
の電圧Ｖ₁ を加え、電磁石１８のコイル１８ｂに供給さ
れる電流に、図２のＢに示すような最低電流が零になる
ような正弦波形状の電流Ｉ₁ を与え、移動体１１が左方
に移動する場合を例にとって説明する。

【００１７】まず、時間Ｔ₁ に示すように、圧電素子１
４の電圧Ｖ₁ を上昇させる。すなわち、ここでは、圧電
素子１４は、図１の矢印ｆに示される方向に伸びるの
で、移動体１１のベース１３は、図２のＡに示される電
圧Ｖ₁ と同位相で変化する左向きの力を受ける。一方、
このとき、電磁石１８によって発生する磁気吸引力は、
電磁石１８のコイル１８ｂに与えられる（図２のＢで示
される）電流Ｉ₁ と同位相で変化する。すなわち、時間
Ｔ₁ では、電流Ｉ₁ の値は小さく、小さい磁気吸引力が
発生する。なお、このとき、時間Ｔ₁ では、圧電素子１
４の伸縮によって発生する移動体１１の左向きの力が、
移動体１１に与えられる摩擦力（これは、ベース１３と
摩擦面１２ａとの摩擦力（垂直抗力Ｍ（これは移動体１
１の重力と磁気吸引力との和）と摩擦係数との積であ
る）よりも大きくなるように設定されている。従って、
移動体１１は、圧電素子１４の伸びにより発生した慣性
力と摩擦力との力の差によって左方へと移動する。

【００１８】次に、時間Ｔ₂ で、圧電素子１４の電圧Ｖ
₁ を降下させる。すなわち、時間Ｔ₂ では、圧電素子１
４は、矢印ｆ方向に示される方向と反対方向に縮む。そ
のため、これによって、移動体１１は、右方に進むよう
な慣性力を受ける。しかしながら、このとき、図２のＢ
の実線で示すように、電磁石１８には、大きな電流Ｉ ₁
が与えられているので、磁気吸引力も大きくなる。な
お、本実施例では、移動体１１と摩擦面１２ａとの間に
働く摩擦力が、圧電素子１４によって得られる慣性力よ
り大きくなるように設定されている。そのため、ベース
１３は、移動体１１の圧電素子１４の縮みによって移動
体１１を右方に移動するような力を受けるが、この力
は、このときに発生する摩擦力を越えない。従って、こ
のとき移動体１１が右方に移動することは全くない。

【００１９】以上の時間Ｔ₁ 及び時間Ｔ₂ で起こる一連
の動作を繰り返すことにより、移動体１１が左方へと移
動する。なお、移動体１１を右方へ移動する場合には、
図２のＢに一点鎖線で示すような波形を電磁石１８に与
えるようにすればよい。すなわち、左方向に移動体１１
が移動するような力が発生する場合（時間Ｔ₁ ）には、
大きな磁気吸引力を発生させ、摩擦力を大きくし、右方
向に移動体１１が移動するような力が発生する場合（時
間Ｔ₂ ）には、小さな磁気吸引力を発生させて、摩擦力
を小さくすればよい。なお、このようにして移動体１１
が所望の場所に到達し、その位置を保持したいときに
は、大きな磁気吸引力を発生させ、移動体１１と物体１
２の摩擦面１２ａとの間に働く摩擦力を大きくしてお
く。

【００２０】本実施例では、移動体１１が所望の方向に
移動するような力を受ける場合には、磁気吸引力を小さ
く発生するようにし、移動体１１が所望の方向とは異な
る方向に移動するような力を受ける場合には、その力よ
りも大きな摩擦力が生じるように磁気吸引力を大きく発
生させた。従って、所望の方向へは容易に移動でき、ま
た所望の方向とは異なる方向に移動することが防止でき
る。また、移動体１１を位置決めアクチュエータとして
用いる場合など、移動体１１が所望の位置に到達し、移
動体をその位置に保っておきたい場合には、磁気吸引力
を大きく発生して移動体の摩擦力を大きくすれば、その
位置を強固に保持することができる。更に、本実施例で
は、移動体が相対的に移動する物体に、磁気発生手段で
ある複数の電磁石１８を設け、ベース１３を磁性材料で
形成したので、移動体１１の構造は、極めて簡単であ
る。また、移動体１１は、慣性体１５側に水平部１３ａ
を有した形状のベース１３を有しているので、磁気吸引
力が全く作用しないときでも、移動体１１の形状は転倒
せず、移動体１１を安定して移動させることができる。

【００２１】次に、本発明の第２実施例について、図３
を参照して説明するが、上記実施例と同様な部分につい
ては、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００２２】本実施例の慣性力駆動型移動装置２０は、
磁性材料（例えば鉄など）でなる物体２２に接して相対
的に移動する移動体２１を有している。この移動体２１
は、上記第１実施例と同様に、ベース２３と、ベース２
３に取り付けられている圧電素子１４、圧電素子１４を
介してベース２３に取り付けられている慣性体１５とか
ら構成されている。本実施例のベース２３は、ケース２
４と電磁石２８とを有している。ケース２４は、非磁性
材料（例えば非磁性材料の金属、セラミック、樹脂）で
形成されており、図３に示すように、その形状は、慣性
体１５が取り付けられている方向に延びた水平部２４ａ
を有し、開口を底部としたコップ形状をしている。そし
て、このケース２４内に空間Ｓを形成し、この空間Ｓ
に、電磁石２８が配設されている。電磁石２８は、下に
開口を向けたコの字形状をしたコア２８ａと、この中央
部に巻装されたコイル２８ｂとから構成されている。そ
のため、コア２８ａの突部２８ａａ、２８ａｂに磁極が
発生する。すなわち、電磁石２８の磁極が、物体２２に
対向するように電磁石２７が移動体１１に設けられてい
る。なお、ケース２４の空間Ｓの開口部には、非磁性材
料（例えば非磁性材料の金属、セラミック、樹脂）でな
る蓋部材２５が嵌入されている。

【００２３】本実施例の慣性力駆動型移動装置２０は、
以上のように構成されるが、次に、その作用について、
上記第１実施例で説明した図２で示される波形を用い
て、移動体２１が左方に移動する場合を例として説明す
る。

【００２４】上記第１実施例と同様に、移動体２１のベ
ース２３が受ける移動力は、圧電素子１４に印加される
（図２のＡに示される）電圧Ｖ₁ と同位相で変化し、一
方、移動体１１に配設されている電磁石２８によって発
生する磁気吸引力はコイル２８ｂに与えられる（図２の
Ｂで示される）電流Ｉ₁ と同位相で変化する。すなわ
ち、圧電素子１４の電圧Ｖ₁ を上昇させている時間Ｔ₁
では、圧電素子１４は伸ばされ、これにより移動体２１
には、左方に移動するような力が作用する。このとき、
電磁石２８のコイル２８ｂに供給される電圧Ｉ₁ は小さ
く、電磁石２８のコア２８ａの磁極２８ａａ、２８ａｂ
に発生する磁気吸引力は小さい。すなわち、移動体２１
が物体２２から受ける垂直抗力Ｍ’は小さなり、従って
移動体２１（のケース２４の水平部２４ａと蓋部材２
５）が当接する摩擦面２２ａとの間に発生する摩擦力は
小さい。本実施例でも、この摩擦力よりも圧電素子１４
の伸びによって発生した左向きの力が大きくなるように
設定されている。従って、左向きの力が摩擦力に打ち勝
ち、移動体２１が左方へと移動する。

【００２５】そして、圧電素子１４の電圧Ｖ₁ を降下さ
せている時間Ｔ₂ では、圧電素子１４は縮み、これによ
り移動体２１には右方に移動するような力が作用する。
この時間Ｔ₂ では、電磁石２８のとき、コイル２８ｂに
供給される電圧Ｉ₁ は大きく、すなわち電磁石２８の磁
極２８ａａ、２８ａｂに発生する磁気吸引力は大きい。
すなわち、移動体２１が物体２２から受ける垂直抗力
Ｍ’は大きくなっており、移動体２１が当接する摩擦面
２２ａとの間に発生する摩擦力が大きくなっている。な
お、本実施例では、このときの摩擦力が、圧電素子１４
の縮みによって発生する右向きの力より大きくなるよう
に、磁気吸引力を発生させている。従って、このとき移
動体２１の右向きの力がすべて、摩擦力により打ち消さ
れるので、移動体２１は、右方に進むことはない。

【００２６】すなわち、上記第１実施例と同様に、以上
述べたような時間Ｔ₁ 及び時間Ｔ₂で起こる一連の動作
を繰り返すことにより、移動体２１が左方へと移動す
る。なお、移動体２１を右方へ移動する場合には、上記
第１実施例と同様に、図２のＢに一点鎖線で示すような
波形を電磁石２８に与えればよい。すなわち、右向きに
移動させるような力が移動体２１に作用するときには、
（磁気吸引力を小さくして）摩擦力を小さくし、左向き
に移動させるような力が移動体２１に作用するときに
は、磁気吸引力を大きく発生させて、摩擦力を大きく
し、その摩擦力によって、その左向きに移動させるよう
な力を打ち消すようにすればよい。なお、移動体２１
が、このようにして所望の場所に到達した後、その位置
を保持したい場合には、大きな磁気吸引力を発生させ、
移動体２１と摩擦面２２ａとの摩擦力を大きくしてお
く。

【００２７】本実施例でも、移動体２１が所望の方向に
移動するような力を受ける場合には、磁気吸引力を小さ
く発生するようにし、移動体２１が所望の方向とは異な
る方向に移動するような力を受ける場合には、その力よ
りも大きな摩擦力が生じるように磁気吸引力を大きく発
生させた。従って、所望の方向へは容易に移動でき、ま
た所望の方向とは異なる方向に移動することが防止でき
る。また、移動体１１が所望の位置に到達した場合、磁
気吸引力を大きく発生して移動体の摩擦力を大きくすれ
ば、その位置を強固に保持することができる。更に、本
実施例では、移動体２１の空間Ｓに磁気発生手段である
電磁石２８を設けたので、移動体２１が相対的に移動す
る物体２２の少なくとも、前記磁気発生手段の近傍とな
る一部が、磁性材料でなるようにすればよいので、移動
体２１が相対的に移動する物体２２が特別な構造とする
必要がない。例えば、物体２２が全く磁性材料でない材
質で形成されている場合であっても、その上に磁性材料
でなるシートを敷いて、このシートを物体２２の表面に
固定すれば、どのような材料でなる物体２２に対しても
移動体２１を相対的に移動することができる。

【００２８】次に、本発明の第３実施例について、図４
を参照して説明するが、上記実施例と同様な部分につい
ては、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００２９】本実施例の慣性力駆動型移動装置３０は、
磁性材料（例えば鉄など）でなる物体２２に接して相対
的に移動する移動体３１を有している。この移動体３１
は、上記第２実施例と同様に、ベース３３と、ベース３
３に取り付けられている圧電素子１４、圧電素子１４を
介してベース３３に取り付けられている慣性体１５とか
ら構成されている。本実施例のベース３３は、ケース３
４と電磁石３８とを有している。ケース３４は、鉄など
の磁性材料で形成されており、図５に示すように、開口
３４ａを底部としたコップ形状をしている。また、この
開口３４ａを覆うように、非磁性材料でなる板部材３９
が、ケース３４と一体的に形成されている。この板部材
３９は、慣性体１５が取り付けられている方向に延びた
水平部３９ａを有し、磁気吸引力が発生しなくとも移動
体３１が倒れることなくその姿勢を保てるような形状を
している。ケース３４には、空間Ｓ’とが形成されてお
り、ここに電磁石３８が配設されている。この電磁石３
８のコア３８ａは、円柱形状をしており、その上面３８
ａｂがケース３４に、その下面３８ａａが板部材３９に
当接している。コア３８ａには、コイル３８ｂが巻装さ
れており、その上面３８ａｂ及び下面３８ａａに磁極が
発生する。なお、コア３８ａの上面３８ａｂが磁性材料
でなるケース３４に当接しているので、電磁石３８が磁
化されるとケース３４も磁化され、ケース３４の周縁部
３４ｂが磁極となる。

【００３０】本実施例の慣性力駆動型移動装置３０は、
以上のように構成されるが、この作用は、上記第２実施
例と同様であるので、その説明は省略する。すなわち、
本実施例でも、所望の方向に移動体３１が移動するよう
な力を受ける場合には、電磁石３８の下面３８ａａ及び
ケース３４の周縁部３４ｂと、磁性体でなる物体２２と
の間の磁気吸引力を小さくするので、所望の方向へは容
易に移動できる。また所望の方向とは異なる方向に移動
体３１を移動するような力を受ける場合には、電磁石３
８の下面３８ａａ及びケース３４の周縁部３４の間の磁
気吸引力を大きくして、移動体３１の摩擦力を大きくす
るので、その方向へ移動体３１が移動しにくい。なお、
このとき発生する摩擦力の大きさを、圧電素子１４の伸
縮によって発生する所望の方向と異なる方向へと移動さ
せる慣性力より大きくしておけば、その方向に移動する
ことは全くない。また、本実施例でも、移動体３１を位
置決め用アクチュエータとして用いる場合など、所望の
位置に到達した場合、その位置を保持したい場合には、
磁気吸引力を大きく発生して移動体の摩擦力を大きくす
れば、その位置を強固に保持することができる。

【００３１】そして、本実施例では、上記第２実施例と
同様に、移動体３１の空間Ｓ’に磁気発生手段である電
磁石３８を設けているので、移動体３１が相対的に移動
する物体２２が特別な構造とする必要がなく、移動体３
１が相対的に移動する物体２２として多くのものが適用
可能である。更に、本実施例では、電磁石３８の上面３
８ａｂが磁性材料で成るケース３４に当接しているの
で、ケース３４が磁化されている。そのため、電磁石３
８の下面３８ａｂ及びケース３４の周縁部３４ｂと物体
２２の間で磁気吸引力が働き、コイル３８ｂに供給する
電流がわずかであっても、上記第２実施例よりも強い磁
気吸引力を発生することができる。すなわち、効率よく
磁気吸引力を発生することができる。

【００３２】次に、本発明の第４実施例について、図５
及び図６を参照して説明するが、上記実施例と同一な部
分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略
する。

【００３３】本実施例の慣性力駆動型移動装置４０は、
上記第２実施例及び上記第３実施例と同様に、磁性材料
で成る物体２２の上に、移動体４１が配設されている。
移動体４１は、上記実施例と同様な形状をしており、ベ
ース４３に圧電素子１４が取り付けられ、この圧電素子
１４を介して慣性体１５が取り付けられている。ベース
４３は、慣性体１５が取り付けられている方向に延びた
水平部４４ａを有し、開口を底部としたコップ形状のケ
ース４４を有している。そして、このケース４４内に空
間Ｓ”を形成し、この空間Ｓ”に、電磁石３８が配設さ
れている。更に、ケース４４の空間Ｓの開口部には、非
磁性材料でなる蓋部材２５が嵌入されている。また、ケ
ース４４の下方には、転がり部材となる球又は円柱４６
が、複数、配設されている。なお、この球又は円柱４６
は、非磁性体でもよいが、本実施例では、鉄などの磁性
材料で形成されている。

【００３４】空間Ｓ”に配設されている電磁石３８は、
上面３８ａａがケース４４に当接し、その下面３８ａａ
が蓋部材２５に当接している。そして、コイル３８ｂ
は、摩擦面２２ａとほぼ平行に巻装されるように、コア
３８ａに巻装されている。従って、電磁石３８が磁化さ
れると、上記第２実施例と同様に、本実施例の磁性材料
でなるケース４４及び球４６も磁化される。

【００３５】本実施例の慣性力駆動型移動装置４０は、
以上のように構成されるが、次に、その作用について説
明する。なお、移動体４１の圧電素子１４に、図６のＡ
に示すような最低電圧が零になるような正弦波形状の電
圧Ｖ₂ を加え、電磁石３８のコイル３８ｂに供給される
電流に、図６のＢに示すような最低電流が零になるよう
な正弦波形状の電流Ｉ₂ を与え、移動体４１が左方に移
動する場合を例として説明する。

【００３６】上記実施例と同様に、移動体４１のベース
４３が受ける移動力は、圧電素子１４に印加される（図
６のＡに示される）電圧Ｖ₂ と同位相で変化し、一方、
移動体４１に配設されている電磁石３８によって発生す
る磁気吸引力はコイル３８ｂに与えられる（図６のＢで
示される）電流Ｉ₂ と同位相で変化する。すなわち、圧
電素子１４の電圧Ｖ₂ を上昇させている時間Ｔ₁ ’で
は、圧電素子１４は（急激に）伸びて、これにより移動
体４１には、左方に移動するような力が作用する。この
とき、電磁石３８のコイル３８ｂに供給される電圧Ｉ₂
は零であり、電磁石３８のコア３８ａの磁極３８ａｂ及
びケース４４と摩擦面２２ａとの間では、磁気吸引力は
発生していない。また、本実施例では、移動体４１は、
その下方に設けられた複数の球４６によって、摩擦面２
２ａと当接しているため、本実施例の移動体４１に発生
する摩擦力は、転がり摩擦であり、その大きさは、上記
実施例のすべり摩擦よりも小さく、圧電素子１４の伸び
によって発生した左向きの力よりもはるかに小さい。従
って、この時間Ｔ₁ ’では、発生した左向きの力によっ
て、移動体２１が左方へと移動する。

【００３７】そして、圧電素子１４の電圧Ｖ₂ を降下さ
せている時間Ｔ₂ ’では、圧電素子１４は縮み、これに
より移動体４１には右方に移動するような力が作用す
る。この時間Ｔ₂ ’では、電磁石３８のとき、コイル３
８ｂに供給される電圧Ｉ₂ はＡという値をとる。そのと
き、電磁石３８の下面３８ａａは磁極となり、ベース４
３のケース４４の下面に取り付けられた球４６は磁化さ
れる。そのため、移動体４１の摩擦力は大きくなる。こ
のとき、本実施例では、発生する磁気吸引力が、移動体
４１を右方に移動させるような力よりも大きくなるよう
に、電圧Ｉ₂ の値Ａを設定している。そのため、右方に
移動させるような力は、球４６と摩擦面２２ａとの間に
発生する摩擦力によって打ち消される。従って、時間Ｔ
₂ ’では、移動体４１に作用する右向きの力がすべて、
摩擦力により打ち消されるので、移動体４１は、右方に
進むことはない。

【００３８】すなわち、上記実施例と同様に、以上述べ
たような時間Ｔ₁ ’及び時間Ｔ₂ ’で起こる一連の動作
を繰り返すことにより、移動体４１が左方へと移動す
る。なお、移動体４１を右方へ移動する場合には、移動
体４１を右向きに移動させるような力が作用する時間Ｔ
₂ ’に、磁気吸引力を発生させず、移動体４１の摩擦力
を小さくする。そして、移動体４１を左方向に移動させ
るような力が発生する時間Ｔ₁ ’には、電磁石３８の磁
気吸引力を（大きく）発生させ、この磁気吸引力によっ
て大きくなった摩擦力により、その左方向に移動させる
ような力が打ち消されるようにする。なお、移動体４１
が、このようにして所望の場所に到達した後、その位置
を保持したいときには、大きな磁気吸引力を発生させ、
移動体４１と摩擦面２２ａとの摩擦力を大きくする。

【００３９】本実施例でも、移動体４１が所望の方向に
移動するような力を受ける場合には、磁気吸引力を小さ
く発生するようにし、移動体４１が所望の方向とは異な
る方向に移動するような力を受ける場合には、その力よ
りも大きな摩擦力が生じるように磁気吸引力を大きく発
生させた。従って、所望の方向へは容易に移動でき、ま
た所望の方向とは異なる方向に移動することが防止でき
る。また、移動体４１を位置決め用アクチュエータとし
て用いる場合など、所望の位置に到達し、その位置を保
持したい場合には、磁気吸引力を大きく発生して移動体
４１の摩擦力を大きくすれば、その位置を強固に保持す
ることができる。

【００４０】更に、本実施例では、移動体４１の空間
Ｓ”に磁気発生手段である電磁石３８を設けたので、上
記実施例と同様に、移動体４１が相対的に移動する物体
２２が特別な構造とする必要がない。また、本実施例で
は、移動体４１の底部に転がり部材である球４６を設け
た。すなわち、移動体４１と、これが相対的に移動する
物体２２との間に働く摩擦力を、転がり摩擦力とした。
従って、移動体４１を所望の方向に移動させる場合に
は、その方向に作用する力に抗する摩擦力を極力小さく
することができ、効率良く、所望の方向に移動体４１を
移動させることができる。

【００４１】以上、本発明の各実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００４２】例えば、上記第２実施例乃至上記第４実施
例では、残留磁束による応答性の悪化を防止するため、
ベース２３、３３、４３の電磁石２８、３８と、磁性材
料でなる物体２２の摩擦面２２ａとの間に、非磁性材料
でなる蓋部材２５又は板部材３９を設けた。なお、これ
らの非磁性材料でなる蓋部材２５又は板部材３９は、移
動体２１、３１、４１に設けたが、この代わりに、この
非磁性材料を物体２２側に設けるようにしてもよい。す
なわち、例えば、移動体側が非磁性材料で成り、他の部
分が磁性材料で成るような物体２２を用いてもよい。ま
た、上記第１実施例では移動体１１の全体が磁性材料で
成るとしたが、移動体１１を所望の方向とは異なる方向
に移動させるような慣性力が発生したときに、磁気発生
手段によって発生する磁気吸引力により、その慣性力を
打ち消すのに充分な摩擦力が得られればよいので、移動
体１１の少なくとも磁気発生手段１７の近傍が磁性材料
で成ればよく、例えば、磁気発生手段と対抗する面（上
記実施例では、下面）のみが磁性材料でなるベースとし
てもよい。

【００４３】また、上記第１実施例乃至上記第３実施例
では、圧電素子１４に与える電圧Ｖ₁ と、磁気発生手段
１７である電磁石１８、２８、３８にに与える電流Ｉ₁
とを、それぞれ正弦波の形状として、上記第４実施例で
は、圧電素子１４に与える電圧Ｖ₂ とを鋸歯形状とし、
電磁石３８に与える電流Ｉ₂ を矩形歯形状として説明し
たが、圧電素子１４に与える電圧波形及び電磁石１８、
２８、３８に与える電流波形は、これらに限定されるも
のではない。すなわち、移動体を所望の方向に移動させ
る場合、移動体が所望の方向に移動するような慣性力を
受けるときには、磁気吸引力を全く発生させないか、ご
く小さく発生させて、摩擦力を小さくし、あるいは、移
動体が所望の方向とは異なる方向に移動するような力を
受けるときには、磁気吸引力を大きく発生させて、摩擦
力を大きくして、この摩擦力により、所望の方向とは異
なる方向に移動するような力を打ち消すことができれ
ば、どんな電圧・電流波形であってもよい。なお、電磁
石の形状は、上記実施例に示したものに限定される必要
はないが、磁気発生手段として電磁石を用いる場合に
は、上記第３実施例及び上記第４実施例で示されるよう
に、摩擦面２２ａに対向する面３８ａａ及びこれと反対
側の面３８ａｂにのみ磁極が発生するように、電磁石３
８のコイル３８ｂを巻装すれば、効率良く移動体３１、
４１に磁気吸引力を発生することができる。

【００４４】また、上記実施例では、慣性力を発生させ
るための運動を行うものとして圧電素子を示したが、磁
歪素子によっても、同様な作用を行えることは言うまで
もな。更に、上記実施例では、圧電素子は１つ設けた
が、この個数は何ら限定される必要はなく、また圧電素
子と磁歪素子とを併用してもよい。例えば、図７に示す
ように、ベース５３に対向するように圧電素子１４’を
２つ用いるようにしてもよい。なお、図７に示すよう
に、ベース５３に対向するように圧電素子１４’を配設
した場合には、それぞれの圧電素子１４’によって発生
する慣性力が互いに打ち消し合わないように、それぞれ
の圧電素子１４’に供給する電圧の位相を調節する必要
があることは、言うまでもない。

【００４５】更に、上記第４実施例では、移動体４１に
磁気吸引力が与えられていないときの移動体４１の摩擦
力を小さくするために、移動体４１に転がり部材である
球４６を設けたが、摩擦面２２ａに、例えば、球などの
転がり部材を複数、設けるようにしてもよい。

【００４６】また、上記実施例では、水平部１３ａ、２
４ａ、３９ａ、４４ａを設けて、磁気吸引力が全く発生
しないときでも、移動体１１、２１、３１、４１が転倒
することなく、その姿勢を保てるようにした。磁気吸引
力が全く発生しないときでも、その移動体の姿勢が、磁
気吸引力が発生したときと全く同じとすることができる
姿勢であれば、移動体の形状はこれに限定される必要は
全くない。更に、慣性体１５の下方を支持し、かつ慣性
体１３が所望の方向に動き易いような構造としてもよ
い。この構造としては、従来例で挙げた特開平４−５２
０７０号公報に示されているが、例えば図１において、
慣性体１５が、ベアリングを介してベース１３の水平部
１３ａと当接するようもよいし、例えば、図８に示す移
動装置１０’のように、慣性体１５’を２枚の板ばね５
７によって、ベース１３’に一体的に形成した移動体１
１’としてもよい。なお、図８に示される移動装置１
０’は、慣性体１５’とベース１３’との間の距離を、
圧電素子１４の自然長の長さより小さくしておけば、圧
電素子１４に予圧を加えることができるので、圧電素子
自身の慣性力やばね特性により印加した電圧以上の瞬時
の伸びによる破壊を防止することができ、圧電素子の寿
命を長くすることができ、延いては、慣性力駆動型移動
装置の寿命を長くすることもできる。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の慣性力駆動
型移動装置によれば、移動体に磁気吸引力を与えて、移
動体の摩擦力を可変とすることにより、移動体に加えら
れる慣性力を制御することができる。そのため、特殊な
形状の電圧波形を用いずとも、所望の方向に移動体を確
実に、移動させることができる。また、移動体を位置決
めアクチュエータなどとして使用する場合など、位置決
めされた位置で、移動体を保持したい場合には、（大き
な）磁気吸引力を発生させて、移動体の摩擦力を大きく
すれば、その位置を強固に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における慣性力駆動型移動
装置の正面断面図である。

【図２】本発明の第１実施例における慣性力駆動型移動
装置に印加した電圧及び電流の波形を示す図であり、Ａ
は圧電素子に与えた電圧を示し、Ｂは電磁石に与えた電
流を示す。

【図３】本発明の第２実施例における慣性力駆動型移動
装置の正面断面図である。

【図４】本発明の第３実施例における慣性力駆動型移動
装置の正面断面図である。

【図５】本発明の第４実施例における慣性力駆動型移動
装置の正面断面図である。

【図６】本発明の第４実施例における慣性力駆動型移動
装置に印加した電圧及び電流の波形を示す図であり、Ａ
は圧電素子に与えた電圧を示し、Ｂは電磁石に与えた電
流を示す。

【図７】本発明の第１変形例における慣性力駆動型移動
装置の正面断面図である。

【図８】本発明の第２変形例における慣性力駆動型移動
装置の正面断面図である。

【図９】従来例における慣性力駆動型移動装置の正面断
面図である。

【図１０】従来例における慣性力駆動型移動装置の圧電
素子に与えた電圧波形を示す図であり、Ａは移動体を右
方に移動させる場合の電圧を示し、Ｂは移動体を左方に
移動させる場合の電圧を示す。

【符号の説明】

１０慣性力駆動型移動装置１１移動体１２物体１２ａ摩擦面１３ベース１３ａ水平部１４圧電素子１４’ 圧電素子１５慣性体１５’ 慣性体１７磁気発生手段１８電磁石１８ｂコイル２０慣性力駆動型移動装置２１移動体２２物体２２ａ摩擦面２３ベース２３ａ水平部２５蓋部材２８電磁石２８ｂコイル３０慣性力駆動型移動装置３１移動体３３ベース３８電磁石３８ｂコイル３９板部材４０慣性力駆動型移動装置４１移動体４３ベース４４ａ突出部４６球５３ベースｆ伸縮方向を示す矢印Ｍ垂直抗力Ｍ’ 垂直抗力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の摩擦面に接して移動するベース
と、該ベースに取り付けられ伸縮する圧電素子又は磁歪
素子と、該圧電素子又は該磁歪素子を介して前記ベース
に取り付けられている慣性体とを具備した移動体を、該
慣性体に発生する慣性力が、前記圧電素子又は前記磁歪
素子を介して前記ベースに作用することにより、該移動
体を前記物体に対して移動させるようにした慣性力駆動
型移動装置において、磁気吸引力を発生する磁気発生手
段を設け、前記移動体に前記磁気吸引力を与えることに
より、前記移動体の摩擦力を可変とすることを特徴とす
る慣性力駆動型移動装置。
【請求項２】前記移動体が、所望の方向に移動するよ
うなときには、前記摩擦力を小さくし及び／又は前記移
動体が所望の方向とは異なる方向に移動するようなとき
には、前記摩擦力を大きくするようにした請求項１に記
載の慣性力駆動型移動装置。
【請求項３】前記磁気発生手段が前記物体に設けられ
ており、かつ前記ベースの少なくとも、前記磁気発生手
段の近傍となる一部が、磁性材料でなる請求項１又は請
求項２に記載の慣性力駆動型移動装置。
【請求項４】前記磁気発生手段が前記移動体に設けら
れており、かつ前記物体の少なくとも、前記磁気発生手
段の近傍となる前記物体の一部が、磁性材料でなる請求
項１又は請求項２に記載の慣性力駆動型移動装置。
【請求項５】前記磁気発生手段を設けた前記移動体の
一部が磁性材料でなり、該移動体の該一部が前記磁気発
生手段と当接して、前記磁気発生手段が前記磁気吸引力
を発生する際には、前記移動体の磁性材料でなる前記一
部を磁化させるようにした請求項４に記載の慣性力駆動
型移動装置。
【請求項６】前記磁気発生手段と、磁性材料でなる前
記移動体又は磁性材料でなる前記物体との間に、非磁性
体でなる部材を設けた請求項３乃至請求項５の何れかに
記載の慣性力駆動型移動装置。
【請求項７】前記磁気発生手段が電磁石であり、該電
磁石に供給される電流の大きさを変えることにより、前
記磁気吸引力を変えるようにした請求項１乃至請求項６
の何れかに記載の慣性力駆動型移動装置。
【請求項８】前記電磁石のコイルが、前記摩擦面に対
向する面及びこれと反対側の面にのみ磁極が発生するよ
うに巻装されている請求項７に記載の慣性力駆動型移動
装置。
【請求項９】前記移動体に前記磁気吸引力が与えられ
ていないときの前記移動体の前記摩擦力を小さくするた
めの転がり部材が設けられている請求項１乃至請求項８
の何れかに記載の慣性力駆動型移動装置。
【請求項１０】前記移動体が、該移動体に前記磁気吸
引力が与えられていないときの姿勢が、前記移動体に前
記磁気吸引力が与えられているときの姿勢と常に同じと
なるような形状をしている請求項１乃至請求項９の何れ
かに記載の慣性力駆動型移動装置。