JPH1189257A - Vibrating type actuator - Google Patents

Vibrating type actuator

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Publication number
JPH1189257A
JPH1189257A JP9242552A JP24255297A JPH1189257A JP H1189257 A JPH1189257 A JP H1189257A JP 9242552 A JP9242552 A JP 9242552A JP 24255297 A JP24255297 A JP 24255297A JP H1189257 A JPH1189257 A JP H1189257A
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JP
Japan
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vibration
vibrator
angular velocity
axis
vibrators
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9242552A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Onishi
一正 大西
Yoshiro Tomikawa
義朗 富川
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibrating type actuator the supporting body of which can be moved in a presribed direction, without interposing any transmitting means that generates a frictional force, and which can generate uniformly accelerated motions. SOLUTION: A vibrator 3 is supported by a supporting body 1 to whose wheels are attached so that the body 1 can be moved in the y-direction. To the vibrator 3, angular speeds +Ωand -Ωof twisting vibrations are alternately applied by means of a piezoelectric element 4 and, simultaneously, speeds of bending vibrations +V and -V are alternately applied by means of another piezoelectric element 5. Consequently, a Coriolis force Fc is generated in the vibrator 3 and the supporting body 1 moves at uniform acceleration. No frictional force works for generating the moving force.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自らが所定方向へ
移動する振動型アクチュエータ、または被制御物に対し
て所定方向の力を与え続ける振動型アクチュエータに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration type actuator which moves in a predetermined direction by itself, or a vibration type actuator which continuously applies a force in a predetermined direction to a controlled object.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば圧電素子を用いたアクチュエータ
として、圧電モータがある。これは、圧電素子により振
動体を直線的に往復するように振動させ、または振動体
に軸回りの歪みが与えられる。そして、前記振動体が接
する可動体が、前記振動体との摩擦により直線的に連続
送りされ、または前記摩擦により可動体が軸回りに回転
させられる。
2. Description of the Related Art A piezoelectric motor is an example of an actuator using a piezoelectric element. This causes the vibrating body to vibrate so as to reciprocate linearly by the piezoelectric element, or distortion around the axis is given to the vibrating body. Then, the movable body in contact with the vibrating body is continuously linearly fed by friction with the vibrating body, or the movable body is rotated around the axis by the friction.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前記圧電モータは、低
速度回転で高トルクを実現でき、また低騒音である点で
優れている。しかし、振動体と可動体との摩擦力で、前
記可動体を動作させる構造であるため、摩擦によるエネ
ルギー損失が発生し、エネルギーの伝達効率が必ずしも
良いとはいえない。また摩擦力により振動体と可動体と
の接触部に磨耗が生じ、また発熱する問題点がある。ま
た、従来の圧電モータでは、可動体に等速度運動を与え
ることは可能であるが、等加速度運動を与えることはで
きない。
The piezoelectric motor is excellent in that it can realize high torque at low speed rotation and has low noise. However, since the movable body is operated by the frictional force between the vibrating body and the movable body, energy loss due to friction occurs, and the energy transmission efficiency is not always good. Further, there is a problem that a frictional force causes abrasion at a contact portion between the vibrating body and the movable body and generates heat. Further, in the conventional piezoelectric motor, it is possible to give a constant speed motion to the movable body, but it is not possible to give a constant acceleration motion.

【0004】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、摩擦力が発生する伝達手段を介在させることな
く、支持体を所定の方向へ移動させることができ、また
等加速度運動を生じさせることが可能な振動型アクチュ
エータを提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and can move a support in a predetermined direction without intervening a transmission means for generating a frictional force, and can generate a uniform acceleration movement. It is an object of the present invention to provide a vibration-type actuator capable of performing the above-described operations.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の振動型アクチュ
エータは、支持体に、所定の質量と、この質量に対し所
定の軸回りに逆向きの角速度を交互に且つ周期的に与え
る角速度付与手段と、前記質量に対し、前記軸と交叉す
る方向への振動を、前記逆向きの角速度が与えられる周
期と同じ周期で与える振動付与手段とが設けられ、前記
質量に対し、前記角速度と前記振動の速度に基づくコリ
オリ力が、前記軸および前記振動方向の双方と交叉する
同じ方向へ与えられ、前記支持体は、このコリオリ力が
作用する方向へ移動可能とされていることを特徴とする
ものである。
According to the vibration type actuator of the present invention, an angular velocity applying means for alternately and periodically applying a predetermined mass and an angular velocity in a direction opposite to a predetermined axis to the mass is provided on the support. And vibration applying means for applying vibration in a direction intersecting the axis to the mass at the same cycle as the cycle in which the angular velocity in the opposite direction is applied, wherein the angular velocity and the vibration Is applied in the same direction crossing both the axis and the vibration direction, and the support is movable in a direction in which the Coriolis force acts. It is.

【0006】また、支持体と、この支持体が移動する固
定部との間に、クラッチ機構を有するローラやレールま
たは摩擦機構を介在させ、支持体が前記コリオリ力が作
用する方向にのみ移動し、これと逆方向へ移動しないよ
うに構成することが好ましい。
Further, a roller, a rail or a friction mechanism having a clutch mechanism is interposed between the support and a fixed portion on which the support moves, so that the support moves only in the direction in which the Coriolis force acts. , It is preferable not to move in the opposite direction.

【0007】例えば、前記質量を有する振動子が設けら
れ、前記角速度付与手段と前記振動付与手段とで、前記
振動子に軸回りの捻り振動と、前記軸と交叉する方向へ
の曲げ振動の、複合振動が与えられるものとなる。
[0007] For example, a vibrator having the mass is provided, and the angular velocity applying means and the vibration applying means generate a torsional vibration around the axis of the vibrator and a bending vibration in a direction crossing the axis. A composite vibration is given.

【0008】上記振動子の構成としては、以下のものが
例示される。軸体が設けられ、この軸体は中心部を節と
してその両側にそれぞれ振動子が形成され、前記角速度
付与手段により前記両振動子に互いに逆回りの捻り振動
が与えられ、且つ前記振動付与手段により、両振動子に
前記軸と交叉する方向の互いに逆位相の曲げ振動が与え
られる。
The following are examples of the structure of the vibrator. A shaft body is provided, and the shaft body has vibrators formed on both sides thereof with a central portion as a node, torsional vibrations which are opposite to each other are given to the vibrators by the angular velocity applying means, and the vibration applying means is provided. Accordingly, both vibrators are subjected to bending vibrations having phases opposite to each other in a direction crossing the axis.

【0009】または、基端部が互いに連結されて平行に
延びる複数の振動子を有する音叉型の振動体が設けら
れ、前記角速度付与手段により、各振動子に互いに逆回
りの捻り振動が与えられ、且つ前記振動付与手段によ
り、各振動子に対し振動子の自由端が開閉する振動が与
えられる。
Alternatively, there is provided a tuning-fork type vibrating body having a plurality of vibrators which are connected to each other at their base ends and extend in parallel, and torsional vibrations in opposite directions are applied to the vibrators by the angular velocity applying means. In addition, the vibrating means applies vibration to each vibrator so that the free end of the vibrator opens and closes.

【0010】あるいは、円板状の振動子が設けられ、前
記角速度付与手段により、前記円板に対しその軸回りの
角速度が与えられ、且つ前記振動付与手段により、前記
円板に、前記軸に交叉する方向への膨張と収縮とを交互
に繰り返す振動が与えられる。
Alternatively, a disk-shaped vibrator is provided, an angular velocity about the axis is given to the disk by the angular velocity applying means, and the disk is attached to the shaft by the vibration applying means. Vibration that alternately repeats expansion and contraction in the crossing direction is applied.

【0011】本発明では、空間内または液体内で移動可
能な支持体が設けられ、この支持体上に設けられた所定
の質量に、互いに逆方向の角速度が与えられ、且つこの
角速度が変化する周期に同期させて、前記質量に、角速
度の中心となる軸と交叉する方向、好ましくは直交する
方向へ振動が与えられる。この振動による質量の速度と
前記角速度とで、コリオリ力が発生する。前記の角速度
の周期と振動の周期が同期しているため、前記コリオリ
力は常に同じ方向へ高い周波数の増減力として作用す
る。よって支持体は空間内または液体内で移動する。特
に、支持体をコリオリ力が作用する方向へのみ移動でき
るようにしその逆方向へ移動できない構造としておくこ
とにより、支持体はコリオリ力が作用する方向へスムー
スに移動できるようになる。
In the present invention, a support which is movable in a space or a liquid is provided, and a predetermined mass provided on the support is given angular velocities in directions opposite to each other, and this angular velocity changes. In synchronization with the period, the mass is vibrated in a direction intersecting with, preferably orthogonal to, the axis serving as the center of the angular velocity. Coriolis force is generated by the velocity of the mass due to the vibration and the angular velocity. Since the cycle of the angular velocity and the cycle of the vibration are synchronized, the Coriolis force always acts as a high frequency increasing / decreasing force in the same direction. Thus, the support moves in space or liquid. In particular, the support can be smoothly moved in the direction in which the Coriolis force acts by allowing the support to move only in the direction in which the Coriolis force acts and not in the opposite direction.

【0012】この振動型アクチュエータは、振動力が支
持体の駆動力に変換される過程で、従来の圧電モータの
ような摩擦力に頼る部分が存在しないため、移動抵抗
は、支持体が移動する際の摩擦抵抗、空気抵抗、流体抵
抗などのみとなり、エネルギーの利用効率がよくなる。
また従来の圧電モータのように、摩擦による磨耗しやす
い部分や、発熱する部分がなくなる。よって長寿命を実
現でき、また使用している環境に大きな熱を与えること
がなく、恒温環境化での使用に適する。
In the vibration type actuator, since the vibration force is converted into the driving force of the support, there is no portion that relies on frictional force unlike the conventional piezoelectric motor, and the movement resistance is such that the support moves. In this case, only frictional resistance, air resistance, fluid resistance, etc. are obtained, and the energy use efficiency is improved.
In addition, unlike the conventional piezoelectric motor, there is no portion that is easily worn by friction or a portion that generates heat. Therefore, a long service life can be realized, and a large amount of heat is not applied to the environment in use, which is suitable for use in a constant temperature environment.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は本発明の振動型アクチュエ
ータの第1の実施の形態を示す斜視図、図2(A)
(B)はその動作モードの説明図である。支持体1は、
空間内や液体内で移動可能なものであり、例えば車輪2
を有し、またはレールなどを有してy方向へ移動可能と
されている。特に支持体が+y方向にのみ移動でき、そ
の逆方向へ移動できないように、一方向クラッチローラ
などを設けることが好ましい。
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a vibration type actuator according to the present invention, and FIG. 2 (A).
(B) is an explanatory diagram of the operation mode. The support 1 is
It is movable in a space or in a liquid.
Or has a rail or the like and can be moved in the y direction. In particular, it is preferable to provide a one-way clutch roller or the like so that the support can move only in the + y direction and cannot move in the opposite direction.

【0014】支持体1の上には、この支持体1の移動方
向となるy方向と直交する方向に軸Oを有する振動子3
が設けられている。この振動子3は、円柱状の腕部3a
とこの腕部3aの自由端に固定された錘3bとを有して
おり、腕部3aの基端部は、支持体1の上面に固定され
ている。前記振動子3の腕部3aは恒弾性材料により形
成されている。振動子3の腕部3aのうちの振動部分の
質量をm1、錘3bの質量をm2とすると、この振動子
3の振動部分の質量は、ほぼM=m1+m2である。
A vibrator 3 having an axis O in a direction orthogonal to the y direction which is the direction of movement of the support 1 is provided on the support 1.
Is provided. The vibrator 3 has a cylindrical arm 3a.
And a weight 3b fixed to the free end of the arm 3a. The base end of the arm 3a is fixed to the upper surface of the support 1. The arm 3a of the vibrator 3 is formed of a constant elastic material. Assuming that the mass of the vibrating portion of the arm 3a of the vibrator 3 is m1 and the mass of the weight 3b is m2, the mass of the vibrating portion of the vibrator 3 is substantially M = m1 + m2.

【0015】腕部3aの基端には、角速度付与手段とし
て、捻り振動を発生する圧電素子4が設けられている。
この圧電素子4により、前記腕部3aおよび錘3bに対
して軸Oに対して時計回りの角速度+Ωと、これと逆向
きの反時計回りの角速度−Ωとが、交互に一定の周期で
与えられる。また腕部3aのx方向の両側面または片側
面に、振動付与手段として、圧電素子5が貼着されてい
る。この圧電素子5により、腕部3aおよび錘3bに、
x方向への曲げ振動が与えられ、腕部3aおよび錘3b
に、前記軸Oと直交する+x方向への速度+Vと、−x
方向への速度−Vとが、交互に与えられる。
At the base end of the arm 3a, a piezoelectric element 4 for generating torsional vibration is provided as an angular velocity applying means.
By the piezoelectric element 4, a clockwise angular velocity + Ω with respect to the axis O and a counterclockwise angular velocity −Ω opposite thereto with respect to the axis 3 are alternately applied to the arm 3a and the weight 3b at a constant period. Can be Also, a piezoelectric element 5 is adhered to both sides or one side in the x direction of the arm 3a as vibration applying means. By the piezoelectric element 5, the arm 3a and the weight 3b
A bending vibration in the x direction is given, and the arm 3a and the weight 3b
The velocity + V in the + x direction orthogonal to the axis O, and -x
And the velocity in the direction -V are given alternately.

【0016】圧電素子4に与えられる駆動電力と、圧電
素子5に与えられる駆動電力は、その周期が一致してい
る。その結果、振動子3は、捻り振動と曲げ振動との複
合振動を発生する。また、図2(A)に示すように、振
動子3に対し角速度−Ωが与えられているときに、曲げ
振動による速度−Vが与えられ、図2(B)に示すよう
に、角速度+Ωが与えられるとき、曲げ振動による速度
+Vが与えられる。その結果、支持体1に搭載されてい
る運動系により、前記角速度Ωの中心となる軸O方向
(z方向)、および速度Vが与えられる振動方向(x方
向)の双方に直交する方向(y方向)に、コリオリ力F
cが作用し、支持体1は+y方向への力を受けて移動す
る。このコリオリ力は、前記捻り振動および曲げ振動の
周期と同じ周期で増減するものであるが、この増減する
コリオリ力の平均値が、支持体1に対する移動力として
常に作用し、その結果、支持体1は等加速度運動を生じ
る。
The driving power applied to the piezoelectric element 4 and the driving power applied to the piezoelectric element 5 have the same period. As a result, the vibrator 3 generates a composite vibration of the torsional vibration and the bending vibration. Further, as shown in FIG. 2A, when the angular velocity −Ω is given to the vibrator 3, the velocity −V due to bending vibration is given, and as shown in FIG. Is given, a velocity + V due to bending vibration is given. As a result, the motion system mounted on the support 1 allows the direction (y direction) orthogonal to both the axis O direction (z direction) serving as the center of the angular velocity Ω and the vibration direction (x direction) at which the velocity V is given. Direction), the Coriolis force F
c acts, and the support 1 moves by receiving a force in the + y direction. The Coriolis force increases and decreases in the same cycle as the period of the torsional vibration and the bending vibration. The average value of the increasing and decreasing Coriolis force always acts as a moving force with respect to the support 1, and as a result, the support 1 produces a uniform acceleration motion.

【0017】また、車輪2を一方向クラッチローラとし
ておき、支持体1が+y方向へのみ移動できる構造にし
ておくと、振動子3に対して周期的に作用するコリオリ
力Fcにより、支持体1が+Y方向へスムースに移動で
きるようになる。ここで前記コリオリ力Fc(絶対値)
は、以下の数1で表される
If the wheel 2 is a one-way clutch roller and the support 1 is configured to be movable only in the + y direction, the Coriolis force Fc acting periodically on the vibrator 3 causes the support 1 to rotate. Can be smoothly moved in the + Y direction. Here, the Coriolis force Fc (absolute value)
Is represented by the following equation 1.

【0018】[0018]

【数1】Fc=2・M・V・Ω## EQU1 ## Fc = 2 · MV · Ω

【0019】(ただし、Fc,V,Ω,はそれぞれ絶対
値) 次に、前記ΩおよびVを求める。振動子3の捻り振動の
最大振幅をAθ(rad;ラジアン)、振動子3のx方
向への曲げ振動の最大振幅をAuとすると、捻り振動に
よる振動子3の変位量θおよび曲げ振動の変位量uは、
以下の式で近似できる。
(However, Fc, V, and Ω are absolute values, respectively) Next, Ω and V are determined. Assuming that the maximum amplitude of the torsional vibration of the vibrator 3 is Aθ (rad; radian) and the maximum amplitude of the bending vibration of the vibrator 3 in the x direction is Au, the displacement amount θ of the vibrator 3 due to the torsional vibration and the displacement of the bending vibration The quantity u is
It can be approximated by the following equation.

【0020】[0020]

【数2】θ=Aθ・cos(ω・t) u=Au・cos(ω・t)Equation 2 θ = Aθ · cos (ω · t) u = Au · cos (ω · t)

【0021】(ただし、ω=2・π・fである。fは振
動周波数であるが、捻り振動と曲げ振動が同期している
ため、捻り振動と曲げ振動においてωは同一である。t
は時間である。)よって、経時的に変化する捻り振動に
より振動子3に生じる角速度Ωと、曲げ振動により振動
子3に生じる速度Vは以下の通りである。
(However, ω = 2 · π · f. F is the vibration frequency. Since the torsional vibration and the bending vibration are synchronized, ω is the same in the torsional vibration and the bending vibration. T
Is time. Therefore, the angular velocity Ω generated in the vibrator 3 by the torsional vibration that changes with time and the velocity V generated in the vibrator 3 by the bending vibration are as follows.

【0022】[0022]

【数3】 Ω=(dθ/dt)=Aθ・ω・sin(ω・t) V=(du/dt)=Au・ω・sin(ω・t)Ω = (dθ / dt) = Aθ · ω · sin (ω · t) V = (du / dt) = Au · ω · sin (ω · t)

【0023】例えば、前記質量M=10(g)、振動周
波数f=20(kHz)、捻りによる最大振幅Aθ=π
/180(rad)、曲げ振動による最大振幅Au=
1.0(μm)、とすると、前記コリオリ力Fcは、約
551.2×103(dyne)であり、これはほぼ5
60(g重)である。この条件のとき、支持体1は常に
前記コリオリ力Fcを受けながら、等加速度運動を生じ
る。また、このアクチュエータにより、常に他の被制御
物に押圧力を与え続けることも可能である。
For example, the mass M = 10 (g), the vibration frequency f = 20 (kHz), the maximum amplitude Aθ = π due to twisting
/ 180 (rad), maximum amplitude Au due to bending vibration =
1.0 (μm), the Coriolis force Fc is about 551.2 × 10 3 (dyne), which is approximately 5
60 (g weight). Under this condition, the support 1 constantly moves while receiving the Coriolis force Fc. In addition, it is possible to always apply a pressing force to another controlled object by this actuator.

【0024】図3は本発明の振動型アクチュエータの第
2の実施の形態を示す斜視図、図4(A)(B)はその
動作モードの説明図である。図3に示す振動型アクチュ
エータでは、支持体1の上に所定の質量の軸体13が、
その軸中心Oをx方向に向けて設置されている。この軸
体13は恒弾性材料で形成されており、その軸方向の中
心が、振動の節となるように、ブラケット11で、支持
体1上に剛性支持されている。そしてこのブラケット1
1での支持部の両側の部分が振動子13aと振動子13
bになっている。
FIG. 3 is a perspective view showing a second embodiment of the vibration type actuator according to the present invention, and FIGS. 4 (A) and 4 (B) are explanatory views of its operation mode. In the vibration type actuator shown in FIG. 3, a shaft 13 having a predetermined mass is provided on the support 1.
It is installed with its axis center O oriented in the x direction. The shaft 13 is made of a constant elastic material, and is rigidly supported on the support 1 by the bracket 11 so that the center in the axial direction becomes a node of vibration. And this bracket 1
1 are the vibrator 13a and the vibrator 13
b.

【0025】振動子13aと13bの基端部とブラケッ
ト11との間には、角速度付与手段として捻り振動型の
圧電素子14,14が介装されている。また各振動子1
3aと13bのz方向の両側面または一方の側面に、振
動付与手段として曲げ振動を生じさせる圧電素子15,
15が貼着されている。この実施の形態では、圧電素子
14と14とで、振動子13aと13bに対し、軸中心
O回りの互いに逆向きの捻り振動が与えられる。例えば
振動子13aが角速度−Ωを生じる捻り振動の位相のと
き、振動子13bは角速度+Ωを生じる捻り振動の位相
となる。また、振動子13aが+Ωの角速度を持つと
き、振動子13bは−Ωの角速度を持つ。
Between the base ends of the vibrators 13a and 13b and the bracket 11, torsional vibration type piezoelectric elements 14, 14 are provided as angular velocity applying means. In addition, each vibrator 1
Piezoelectric elements 15 that generate bending vibration as vibration applying means are provided on both side surfaces or one side surface in the z direction of 3a and 13b.
15 is stuck. In this embodiment, the piezoelectric elements 14 and 14 apply torsional vibrations around the axis O in opposite directions to the vibrators 13a and 13b. For example, when the vibrator 13a is in the phase of the torsional vibration that generates the angular velocity -Ω, the vibrator 13b is in the phase of the torsional vibration that generates the angular velocity + Ω. When the vibrator 13a has an angular velocity of + Ω, the vibrator 13b has an angular velocity of −Ω.

【0026】また圧電素子15,15により、振動子1
3aと振動子13bに対しz方向への互いに逆向きの
(逆位相となる)曲げ振動が与えられる。例えば、振動
子13aに速度−Vを有する曲げ振動が与えられると
き、振動子13bにはその逆向きの速度+Vを有する曲
げ振動が与えられる。しかも、捻り振動の周波数と、曲
げ振動の周波数は一致しており、捻り振動と曲げ振動は
同期している。
The vibrator 1 is formed by the piezoelectric elements 15 and 15.
Bending vibrations in opposite directions (opposite phases) in the z direction are applied to 3a and the vibrator 13b. For example, when bending vibration having a speed −V is applied to the vibrator 13a, bending vibration having a speed + V in the opposite direction is applied to the vibrator 13b. In addition, the frequency of the torsional vibration matches the frequency of the bending vibration, and the torsional vibration and the bending vibration are synchronized.

【0027】図4(A)に示すように、振動子13aに
角速度−Ωが与えられているとき、振動子13aにはz
方向の速度−Vが与えられ、このとき振動子13bに角
速度+Ωが与えられ、且つ振動子13bにはz方向の速
度+Vが与えられる。よって、支持体1には、捻り振動
の軸(x方向)と、曲げ振動の方向(z方向)の双方に
対して直交する+y方向へ常にコリオリ力Fcが作用す
る。図4(B)は、捻り振動および曲げ振動の位相が図
4(B)と逆となった瞬間を示している。このときに、
振動子13aと13bに与えられる捻り振動の角速度Ω
の方向および曲げ振動による速度Vの方向が、図4
(A)と逆向きとなるが、このときも、+y方向へコリ
オリ力が発生し、支持体1は+y方向へ等加速度にて移
動する。
As shown in FIG. 4A, when an angular velocity -Ω is given to the vibrator 13a, z is applied to the vibrator 13a.
The velocity -V in the direction is given, and at this time, the angular velocity + Ω is given to the vibrator 13b, and the velocity + V in the z direction is given to the vibrator 13b. Therefore, Coriolis force Fc always acts on support 1 in the + y direction orthogonal to both the axis of the torsional vibration (x direction) and the direction of the bending vibration (z direction). FIG. 4B shows a moment when the phases of the torsional vibration and the bending vibration are opposite to those in FIG. 4B. At this time,
Angular velocity Ω of torsional vibration given to vibrators 13a and 13b
4 and the direction of the velocity V due to the bending vibration are shown in FIG.
In this case, the direction is opposite to that of (A), but also in this case, a Coriolis force is generated in the + y direction, and the support 1 moves in the + y direction at a constant acceleration.

【0028】図5は本発明の振動型アクチュエータの第
3の実施の形態を示す斜視図、図6(A)(B)はその
動作モードの説明図である。この振動型アクチュエータ
では、図1および図3に示すように+y方向へ移動可能
な支持体の上に音叉型の振動体20が搭載されている。
ただし、図5では支持体1および車輪2の図示を省略し
ている。図5に示す振動体20は圧電材料で形成されて
おり、一対の振動子21aと21bがz方向に平行に延
び、且つ各振動21aと21bの基端部は連結部22に
より一体に連結されている。
FIG. 5 is a perspective view showing a third embodiment of the vibration type actuator according to the present invention, and FIGS. 6 (A) and 6 (B) are explanatory views of its operation mode. In this vibration type actuator, as shown in FIGS. 1 and 3, a tuning fork type vibration body 20 is mounted on a support that can move in the + y direction.
However, illustration of the support 1 and the wheels 2 is omitted in FIG. The vibrating body 20 shown in FIG. 5 is formed of a piezoelectric material, a pair of vibrators 21a and 21b extend parallel to the z direction, and the base ends of the vibrations 21a and 21b are integrally connected by a connecting portion 22. ing.

【0029】各振動子21aと21bは厚さ方向(x方
向)へ誘電分極されている。振動子21bの外面には、
角速度付与手段として、捻り振動を生じさせるための電
極23と24が、y方向の両縁部で且つz方向に距離を
開けて形成されており、y方向の中央部には、振動付与
手段として曲げ振動を生じさせる電極25が設けられて
いる。また、振動子21bの内面にはアース電極26が
形成されている。他方の振動子21aにも振動子21b
と対称に電極が形成されている。ただし、一方の振動子
のみに電極が形成されていてもよい。
Each of the vibrators 21a and 21b is dielectrically polarized in the thickness direction (x direction). On the outer surface of the vibrator 21b,
As angular velocity applying means, electrodes 23 and 24 for generating torsional vibration are formed at both edges in the y direction and at a distance in the z direction, and at the center in the y direction as vibration applying means. An electrode 25 for causing bending vibration is provided. A ground electrode 26 is formed on the inner surface of the vibrator 21b. The other vibrator 21a also has a vibrator 21b
The electrodes are formed symmetrically with the electrodes. However, an electrode may be formed only on one of the vibrators.

【0030】この振動体20では、角速度付与手段とな
る電極23と24とに位相が180度相違する逆位相の
駆動電圧が与えられる。よって、電極23が形成されて
いる部分で振動子21bの圧電材料が膨張するときに、
電極24が形成されている部分で振動子21bの圧電材
料が収縮し、次に電極23が形成されている部分で圧電
材料が収縮すると、電極24が形成されている部分で圧
電材料が膨張する。よって、振動子21bにはz方向に
延びる軸を中心として捻り振動を生じる。さらに、中央
に設けられた電極25に、前記電極23,24に与えら
れる駆動電圧と同じ周波数の駆動電圧が与えられるが、
この電極25は振動子21bの中央に形成されているた
め、この電極25に与えられる駆動電圧により、振動子
21bはx方向へ振動する。
In the vibrating body 20, drive voltages having opposite phases whose phases are different from each other by 180 degrees are applied to the electrodes 23 and 24 serving as angular velocity applying means. Therefore, when the piezoelectric material of the vibrator 21b expands at the portion where the electrode 23 is formed,
When the piezoelectric material of the vibrator 21b contracts at the portion where the electrode 24 is formed, and then contracts at the portion where the electrode 23 is formed, the piezoelectric material expands at the portion where the electrode 24 is formed. . Therefore, torsional vibration is generated in the vibrator 21b about the axis extending in the z direction. Further, a drive voltage having the same frequency as the drive voltage applied to the electrodes 23 and 24 is applied to the electrode 25 provided at the center.
Since the electrode 25 is formed at the center of the vibrator 21b, the vibrator 21b vibrates in the x direction by the drive voltage applied to the electrode 25.

【0031】よって、振動子21bは、z軸回りに角速
度+Ωと−Ωが交互に変化する捻り振動と、x方向への
曲げ振動との複合振動を生じる。振動子21aにも同様
に電極が設けられて駆動電圧が与えられ、あるいは振動
子21bにのみ電極が設けられるが、いずれにせよ振動
体20全体で所定の固有振動数で振動が発生する。すな
わち、振動子21aと振動子21bの捻り振動の方向は
図6(A)(B)に示すように常に互いに逆であり、一
方の振動子に角速度+Ωが発生しているとき、他方の振
動子に角速度−Ωが発生する。また、振動子21aと2
1bのx方向の曲げ振動は、振動子21aと振動子21
bの自由端が共に閉じる方向への曲げと開く方向への曲
げとが交互に繰返される。そして、前記の捻り振動と曲
げ振動の周波数と同じに設定されている。
Therefore, the vibrator 21b generates a composite vibration of the torsional vibration in which the angular velocities + Ω and −Ω change alternately around the z-axis and the bending vibration in the x direction. Similarly, the vibrator 21a is provided with an electrode and is provided with a drive voltage, or the vibrator 21b is provided with an electrode only. In any case, the entire vibrating body 20 vibrates at a predetermined natural frequency. That is, the directions of the torsional vibration of the vibrator 21a and the vibrator 21b are always opposite to each other as shown in FIGS. 6A and 6B, and when the angular velocity + Ω is generated in one of the vibrators, the other is vibrated. An angular velocity -Ω is generated in the child. The vibrators 21a and 2a
The bending vibration in the x direction of 1b is caused by the vibrator 21a and the vibrator 21a.
The bending in the direction in which both free ends of b are closed and the direction in which the free ends are opened are alternately repeated. The frequency is set to be the same as the frequency of the torsional vibration and the bending vibration.

【0032】図6(A)に示すように、振動子21aが
捻り振動による−Ωの角速度を持つとき、振動子21b
は+Ωの角速度を持ち、同時に振動子21aは曲げ振動
による−Vの速度を持ち、振動子21bは速度+Vを持
つ。このとき両振動子21aと21bに+y方向へのコ
リオリ力が発生する。その直後に、図6(B)に示すよ
うに、振動子21aに角速度+Ωが、振動子21bに角
速度−Ωが発生し、同時に振動子21aに速度+Vが、
振動子21bに速度−Vが発生する。このとき各振動子
21aと21bに作用するコリオリ力Fcが作用する方
向も+y方向である。
As shown in FIG. 6A, when the vibrator 21a has an angular velocity of -.OMEGA.
Has an angular velocity of + Ω, the vibrator 21a has a velocity of −V due to bending vibration, and the vibrator 21b has a velocity of + V. At this time, a Coriolis force in the + y direction is generated in both vibrators 21a and 21b. Immediately thereafter, as shown in FIG. 6B, an angular velocity + Ω is generated in the vibrator 21a and an angular velocity −Ω is generated in the vibrator 21b, and at the same time, the velocity + V is generated in the vibrator 21a.
The speed -V is generated in the vibrator 21b. At this time, the direction in which the Coriolis force Fc acting on each of the vibrators 21a and 21b is also the + y direction.

【0033】図5に示す音叉型の振動体20の各振動子
21aと21bの断面形状では、コリオリ力Fcが作用
する方向の幅寸法が大きく+y方向への剛性が高くなっ
ている。よって、前記コリオリ力Fcが作用したとき
に、振動子21aと21bは+y方向へ変形しにくく、
前記コリオリ力Fcは、主に支持体1に対する移動力と
して作用しやすくなっている。
In the cross-sectional shape of each of the vibrators 21a and 21b of the tuning fork vibrator 20 shown in FIG. 5, the width in the direction in which the Coriolis force Fc acts is large, and the rigidity in the + y direction is high. Therefore, when the Coriolis force Fc acts, the vibrators 21a and 21b are hardly deformed in the + y direction,
The Coriolis force Fc tends to mainly act as a moving force on the support 1.

【0034】図7(A)(B)は、図5に示す振動体の
変形例であり、圧電材料などで形成されているが、この
振動体では、基端が固定された3本の平行な振動子21
c,21d,21eが一体に形成されている。各振動子
21c,21d,21e,あるいは例えば中央の振動子
21dに、図5に示す振動子21bと同じ電極が設けら
れ、3個の振動子21c,21d,21eが共に固有振
動数で振動する。
FIGS. 7A and 7B show a modified example of the vibrating body shown in FIG. 5, which is made of a piezoelectric material or the like. In this vibrating body, three parallel bodies whose base ends are fixed are shown. Vibrator 21
c, 21d and 21e are integrally formed. The same electrodes as the vibrator 21b shown in FIG. 5 are provided on each of the vibrators 21c, 21d, 21e or, for example, the central vibrator 21d, and all three vibrators 21c, 21d, 21e vibrate at the natural frequency. .

【0035】図7(A)に示すように、ある時点で、振
動子21cと振動子21eに、捻り振動による角速度−
Ωが生じるとき、中央の振動子21dには前記と逆の角
速度+Ωが生じる。同時に振動子21cと21eには、
曲げ振動により、x方向へ速度−Vが、振動子21dに
は速度+Vが生じる。次の位相では、図7(B)に示す
ように、振動子21cと振動子21eに角速度+Ωが、
振動子21dに角速度−Ωが作用し、振動子21cと2
1eに速度+Vが、振動子21dに速度−Vが作用す
る。よって図7(A)の位相と図7(B)の位相とで、
コリオリ力Fcが作用し、この振動体が搭載された支持
体にコリオリ力Fcによる駆動力が与えられる。
As shown in FIG. 7A, at a certain point, the vibrators 21c and 21e are subjected to an
When Ω occurs, an angular velocity + Ω opposite to the above occurs at the center vibrator 21d. At the same time, the vibrators 21c and 21e
Due to the bending vibration, a velocity -V is generated in the x direction, and a velocity + V is generated in the vibrator 21d. In the next phase, the angular velocity + Ω is applied to the vibrator 21c and the vibrator 21e, as shown in FIG.
The angular velocity −Ω acts on the vibrator 21d, and the vibrators 21c and 2
The speed + V acts on 1e, and the speed -V acts on the vibrator 21d. Therefore, the phase of FIG. 7A and the phase of FIG.
The Coriolis force Fc acts, and a driving force by the Coriolis force Fc is applied to the support on which the vibrating body is mounted.

【0036】図8(A)(B)(C)は、本発明の振動
型アクチュエータの第4の実施の形態を示すものであ
り、(A)は斜視図、(B)は側面図、(C)は平面図
である。車輪2を有する支持体1の上に、駆動軸31が
設けられ、この駆動軸31の上端に、所定質量の円板状
の振動子32が固定されている。図8(B)に示すよう
に、前記駆動軸31には、角速度付与手段として捻り振
動型の圧電素子33が設けられ、この圧電素子33によ
り、振動子32に対して軸O回りの互いに逆向きの角速
度+Ωと−Ωが交互に与えられる。
FIGS. 8A, 8B, and 8C show a fourth embodiment of the vibration type actuator according to the present invention. FIG. 8A is a perspective view, FIG. 8B is a side view, and FIG. (C) is a plan view. A drive shaft 31 is provided on the support 1 having the wheels 2, and a disk-shaped vibrator 32 having a predetermined mass is fixed to an upper end of the drive shaft 31. As shown in FIG. 8B, the drive shaft 31 is provided with a torsional vibration type piezoelectric element 33 as an angular velocity imparting means. Orientation angular velocities + Ω and −Ω are provided alternately.

【0037】前記振動子32は圧電材料で形成されてお
り、厚み方向に分極されている。振動子32の表面に
は、振動付与手段として、x方向に2分割された駆動電
極35aと35bが形成され、裏面には前面にアース電
極が形成されている。駆動電極35aと35bには位相
が互いに180度相違する駆動電圧が与えられる。また
この駆動電圧の周波数は、捻り振動を発生する圧電素子
33に与えられる駆動電圧の周波数と同じであり且つ同
期している。
The vibrator 32 is made of a piezoelectric material and is polarized in the thickness direction. On the surface of the vibrator 32, drive electrodes 35a and 35b, which are divided into two in the x direction, are formed as vibration applying means, and a ground electrode is formed on the front surface on the back surface. Driving voltages having phases different from each other by 180 degrees are applied to the driving electrodes 35a and 35b. The frequency of the drive voltage is the same as the frequency of the drive voltage applied to the piezoelectric element 33 that generates the torsional vibration, and is synchronized.

【0038】図8(C)に示すように、駆動電極35a
と35bに位相が180度相違する駆動電圧が与えられ
ると、ある時点では、振動子32のx方向に分割された
半分が延び、他方の半分が縮む。次の時点で、膨張と収
縮が前記と逆になる。これは(1,1)モードと称さ
れ、x方向へ交番的に速度+Vと−Vを発生する。この
x方向の速度と、捻り振動による角速度−Ω,+Ωとが
同期しているため、支持体1にy方向のコリオリ力Fc
が作用し、支持体1が等加速度で移動する。
As shown in FIG. 8C, the drive electrode 35a
And 35b are supplied with a drive voltage having a phase difference of 180 degrees, at one point, one half of the vibrator 32 divided in the x direction is extended and the other half is contracted. At the next point, expansion and contraction are reversed. This is called the (1,1) mode, and alternately generates velocities + V and -V in the x direction. Since the velocity in the x direction is synchronized with the angular velocities −Ω and + Ω due to the torsional vibration, the Coriolis force Fc in the y direction is applied to the support 1.
Acts, and the support 1 moves at a constant acceleration.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上のように本発明では、コリオリ力を
利用することにより、駆動力発生部に摩擦力を生じない
駆動力を発揮できる。また発熱も摩耗も生じにくく、長
寿命で、且つ恒温環境下で使用しやすいものとなる。さ
らに等加速度運動も実現できる。
As described above, in the present invention, by utilizing the Coriolis force, a driving force that does not generate a frictional force in the driving force generating portion can be exhibited. In addition, heat and abrasion hardly occur, so that it has a long life and is easy to use in a constant temperature environment. Further, uniform acceleration movement can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の振動型アクチュエータの第1の実施の
形態を示す斜視図、
FIG. 1 is a perspective view showing a vibration-type actuator according to a first embodiment of the present invention;

【図2】(A)(B)は図1のアクチュエータの動作モ
ードの説明図、
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of an operation mode of the actuator of FIG. 1;

【図3】本発明の振動型アクチュエータの第2の実施の
形態を示す斜視図、
FIG. 3 is a perspective view showing a vibration-type actuator according to a second embodiment of the present invention;

【図4】(A)(B)は図3のアクチュエータの動作モ
ードの説明図、
FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams of operation modes of the actuator of FIG. 3;

【図5】本発明の振動型アクチュエータの第3の実施の
形態を示す斜視図、
FIG. 5 is a perspective view showing a vibration-type actuator according to a third embodiment of the present invention;

【図6】(A)(B)は図5のアクチュエータの動作モ
ードの説明図、
6A and 6B are explanatory diagrams of an operation mode of the actuator of FIG. 5,

【図7】(A)(B)は図5のアクチュエータの変形例
における動作モードの説明図、
7A and 7B are explanatory diagrams of operation modes in a modified example of the actuator of FIG. 5,

【図8】本発明の振動型アクチュエータの第4の実施の
形態を示すものであり、(A)は斜視図、(B)は側面
図、(C)は平面図、
8A and 8B show a vibration-type actuator according to a fourth embodiment of the present invention, wherein FIG. 8A is a perspective view, FIG. 8B is a side view, and FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 支持体 2 車輪 3 振動子 4 角速度付与手段となる圧電素子 5 振動付与手段となる圧電素子 13 軸体 13a,13b 振動子 14 角速度付与手段となる圧電素子 15 振動付与手段となる圧電素子 20 音叉型の振動体 21a,21b 振動子 23,24,25 電極 31 駆動軸 32 円板状の振動子 REFERENCE SIGNS LIST 1 support 2 wheels 3 vibrator 4 piezoelectric element serving as angular velocity applying means 5 piezoelectric element serving as vibration applying means 13 shaft 13a, 13b vibrator 14 piezoelectric element serving as angular velocity applying means 15 piezoelectric element serving as vibration applying means 20 tuning fork Type vibrators 21a, 21b vibrators 23, 24, 25 electrodes 31 drive shafts 32 disk-shaped vibrators

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持体に、所定の質量と、この質量に対
し所定の軸回りに逆向きの角速度を交互に且つ周期的に
与える角速度付与手段と、前記質量に対し、前記軸と交
叉する方向への振動を、前記逆向きの角速度が与えられ
る周期と同じ周期で与える振動付与手段とが設けられ、
前記質量に対し、前記角速度と前記振動の速度に基づく
コリオリ力が、前記軸および前記振動方向の双方と交叉
する同じ方向へ与えられ、前記支持体は、このコリオリ
力が作用する方向へ移動可能とされていることを特徴と
する振動型アクチュエータ。
1. A predetermined mass, an angular velocity applying means for alternately and periodically applying an angular velocity in a direction opposite to a predetermined axis to the mass, and intersecting the axis with the mass. Vibration providing means for providing vibration in the direction at the same cycle as the cycle in which the opposite angular velocity is provided,
Coriolis force based on the angular velocity and the vibration speed is applied to the mass in the same direction crossing both the axis and the vibration direction, and the support is movable in a direction in which the Coriolis force acts. A vibration type actuator characterized by the following.
【請求項2】 前記質量を有する振動子が設けられ、前
記角速度付与手段と前記振動付与手段とで、前記振動子
に軸回りの捻り振動と、前記軸と交叉する方向への曲げ
振動の、複合振動が与えられる請求項1記載の振動型ア
クチュエータ。
2. A vibrator having the mass is provided, wherein the angular velocity imparting means and the vibration imparting means cause the vibrator to generate torsional vibration around an axis and bending vibration in a direction crossing the axis. The vibration type actuator according to claim 1, wherein a composite vibration is provided.
【請求項3】 軸体が設けられ、この軸体は中心部を節
としてその両側にそれぞれ振動子が形成され、前記角速
度付与手段により前記両振動子に互いに逆回りの捻り振
動が与えられ、且つ前記振動付与手段により、両振動子
に前記軸と交叉する方向の互いに逆位相の曲げ振動が与
えられる請求項2記載の振動型アクチュエータ。
3. A shaft body is provided, and the shaft body has vibrators formed on both sides thereof with a central portion as a node, and torsional vibrations in opposite directions are given to the vibrators by the angular velocity applying means, 3. The vibration type actuator according to claim 2, wherein the vibration applying means applies bending vibrations of opposite phases in a direction intersecting the axis to both vibrators.
【請求項4】 基端部が互いに連結されて平行に延びる
複数の振動子を有する音叉型の振動体が設けられ、前記
角速度付与手段により、各振動子に互いに逆回りの捻り
振動が与えられ、且つ前記振動付与手段により、各振動
子に対し振動子の自由端が開閉する振動が与えられる請
求項2記載の振動型アクチュエータ。
4. A tuning-fork type vibrating body having a plurality of vibrators extending in parallel with their base ends connected to each other is provided, and said angular velocity applying means applies torsional vibrations in opposite directions to each vibrator. 3. The vibration-type actuator according to claim 2, wherein said vibration applying means applies vibrations to open and close a free end of each of the vibrators.
【請求項5】 円板状の振動子が設けられ、前記角速度
付与手段により、前記円板に対しその軸回りの角速度が
与えられ、且つ前記振動付与手段により、前記円板に、
前記軸に交叉する方向への膨張と収縮とを交互に繰り返
す振動が与えられる請求項2記載の振動型アクチュエー
タ。
5. A disk-shaped vibrator is provided, an angular velocity about the axis of the disk is given to the disk by the angular velocity applying means, and the disk is given to the disk by the vibration applying means.
3. The vibration-type actuator according to claim 2, wherein a vibration that alternately expands and contracts in a direction crossing the axis is applied.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007527689A (en) * 2004-02-17 2007-09-27 ピエゾモーター ウプサラ エイビー Wide frequency electromechanical actuator

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