KR20090099544A

KR20090099544A - 진동 액추에이터

Info

Publication number: KR20090099544A
Application number: KR1020097013959A
Authority: KR
Inventors: 간지 에라미; 기타루 이와타
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-09-22
Also published as: JP2008199772A; WO2008099559A1; TW200843318A; JP4807276B2; TWI345871B; KR101049394B1

Abstract

진동 액추에이터는, 스테이터와, 각각 상기 스테이터에 의해 접촉 지지되고, 1 개의 회전축을 공유하는 복수의 롤러와, 상기 복수의 롤러 사이를 연결하는 연결핀과, 스테이터에 연결됨과 함께 스테이터를 진동시킴으로써 스테이터와 복수의 롤러의 접촉 부분에 타원 또는 원운동을 발생시켜 복수의 롤러를 회전시키는 진동 수단과, 그 일 단부가 복수의 롤러의 중간부에서 연결핀에 연결되어 연결핀을 스테이터를 향하여 견인함으로써 복수의 롤러를 상기 스테이터에 대해 가압하는 예압 수단을 구비한다.

Description

진동 액추에이터{VIBRATION ACTUATOR}

이 발명은 진동 액추에이터와 관련되어, 특히 초음파 진동을 이용하여 회전체를 회전시키는 진동 액추에이터에 관한 것이다.

예를 들어, 특허 문헌 1 에는, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 초음파 진동을 이용하여 구체 형상의 로터 (101) 를 회전시키는 진동 액추에이터가 개시되어 있다. 로터 (101) 의 내부에 와이어 (102) 의 일 단부를 고정시켜 이 와이어 (102) 를 견인함으로써 로터 (101) 를 스테이터 (103) 에 대해 가압 접촉시키고, 압전 소자 (104) 에 의해 스테이터 (103) 에 초음파 진동을 발생시킴으로써 로터 (101) 가 회전된다. 로터 (101) 를 스테이터 (103) 에 대해 가압하기 위한 와이어 (102) 가 스테이터 (103) 및 압전 소자 (104) 의 내부로 통과됨으로써, 이 진동 액추에이터 전체의 소형화가 도모되고 있다.

이 진동 액추에이터에서는, 로터 (101) 의 내부에 그 회전 중심을 통과하는 삽통공 (揷通孔) (105) 이 형성됨과 함께, 와이어 (102) 의 일 단부가 이 삽통공 (105) 에 삽입되어 베어링 (106) 을 통하여 삽통공 (105) 의 내벽면에 고정됨으로써, 로터 (101) 의 회전에 수반한 와이어 (102) 의 비틀림 등의 발생이 방지되어 있다. 또, 와이어 (102) 에 의해 로터 (101) 의 회전이 방해되지 않도록, 삽통 공 (105) 은 로터 (101) 의 회전 중심으로부터 스테이터 (103) 에 대향하는 로터 (101) 의 표면을 향하여 원추 형상을 갖도록 형성되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2006-5975호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 특허 문헌 1 의 진동 액추에이터와 같이, 구체 형상의 로터 (101) 의 내부에, 그 회전 중심을 통과함과 함께 회전 중심으로부터 스테이터 (103) 에 대향하는 로터 (101) 의 표면을 향하여 원추 형상을 갖는 삽통공 (105) 을 형성하는 것은 용이하지 않고, 시간이 걸림과 함께 비용이 늘어난다는 문제가 있다.

또, 삽통공 (105) 의 내부에 와이어 (102) 의 일 단부를 고정시키기 위한 베어링 기구 (106) 를 형성할 필요가 있기 때문에, 구성이 복잡함과 함께 제작이 곤란하다.

이 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 소형이면서도 단순한 구성으로 용이하게 제작할 수 있는 진동 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

이 발명에 관련된 진동 액추에이터는, 스테이터와 각각 스테이터에 의해 접촉 지지됨과 함께 1 개의 회전축을 공유하는 복수의 롤러와, 복수의 롤러 사이를 연결하는 연결핀과, 스테이터에 연결됨과 동시에 스테이터를 진동시킴으로써 스테이터와 복수의 롤러의 접촉 부분에 타원 또는 원운동을 발생시켜 복수의 롤러를 회전시키는 진동 수단과, 그 일 단부가 복수의 롤러의 중간부에서 연결핀에 연결되어 연결핀을 스테이터를 향하여 견인함으로써 복수의 롤러를 스테이터에 대해 가압하는 예압 수단을 구비하는 것이다.

또한, 「복수의 롤러의 중간부」란, 복수의 롤러 중 가장 외측에 위치하는 2 개의 롤러 사이를 의미한다.

발명의 효과

이 발명에 의하면, 소형이면서도 단순한 구성으로 제작이 용이한 진동 액추에이터를 실현할 수 있다.

도 1 은 이 발명의 실시형태 1 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 사시도이다.

도 2 는 실시형태 1 에서의 스테이터를 나타내는 사시도이다.

도 3 은 실시형태 1 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 단면도이다.

도 4 는 실시형태 1 에서 사용된 진동 수단의 구성을 나타내는 부분 단면도이다.

도 5 는 실시형태 1 에서 사용된 압전 소자 수단의 2 쌍의 압전 소자판의 분극 방향을 나타내는 사시도이다.

도 6 은 실시형태 1 에 관련된 진동 액추에이터의 동작 상태를 나타내는 단면도이다.

도 7 은 실시형태 1 에 관련된 진동 액추에이터의 동작 상태를 나타내는 단면도이다.

도 8 은 실시형태 2 에서의 롤러 근방의 구조를 나타내는 도면이다.

도 9 는 실시형태 3 에서의 롤러 근방의 구조를 나타내는 도면이다.

도 10 은 실시형태 1 의 변형예에서의 롤러 근방의 구조를 나타내는 도면이다.

도 11 은 실시형태 4 에서의 롤러 근방의 구조를 나타내는 도면이다.

도 12 는 실시형태 4 의 변형예에서의 롤러 근방의 구조를 나타내는 도면이다.

도 13 은 실시형태 5 에서의 롤러 근방의 구조를 나타내는 도면이다.

도 14 는 실시형태 5 의 변형예에서의 롤러 근방의 구조를 나타내는 도면이다.

도 15 는 실시형태 6 에서의 로드의 판 형상부를 나타내는 도면이다.

도 16 은 실시형태 7 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 단면도이다.

도 17 은 실시형태 8 에 관련된 진동 액추에이터를 나타내는 단면도이다.

도 18 은 종래의 진동 액추에이터를 나타내는 단면도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 이 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다.

실시형태 1

도 1 에 이 발명의 실시형태 1 에 관련된 진동 액추에이터를 나타낸다. 이 진동 액추에이터는 초음파 진동을 이용하여 회전체를 회전시키는 초음파 액추에이터로서, 예를 들어, 자주 (自走) 할 수 있는 로봇에서의 핸드의 한 개의 손가락을 구성하는 것이다. 기부 지지 부재 (1) 와, 스테이터 (2) 사이에 진동 수단 (3) 이 배치됨과 함께, 스테이터 (2) 에는 진동 수단 (3) 에 접하는 면과는 반대측에 홈 (4) 이 형성되어 있고, 이 홈 (4) 의 표면에 손가락의 관절로서 사용되는 원주 형상의 2 개의 롤러 (5) 가 접촉 지지되어 있다. 이들 2 개의 롤러 (5) 는 동일한 크기를 갖고 서로 평행하게 배치됨과 함께, 각각 공통된 하나의 회전축 둘레로 자유롭게 회전할 수 있도록 배치되어 있다. 각 롤러 (5) 의 중심에 연결핀 (6) 이 삽통되고, 이 연결핀 (6) 에 의해 2 개의 롤러 (5) 사이가 연결되어 있고, 이 연결핀 (6) 이 쌍방의 롤러 (5) 에 공통된 하나의 회전축을 구성하고 있다. 이들 롤러 (5) 는 쌍방의 롤러 (5) 의 외주부에 고정되어 롤러 (5) 와 일체로 회전되는 선단 부재 (7) 를 갖고 있다. 또, 진동 수단 (3) 에는, 이 진동 수단 (3) 을 구동하기 위한 구동 회로 (8) 가 접속되어 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 스테이터 (2) 는 그 중심에 관통공 (9) 이 형성되어 전체적으로 거의 원통 형상을 갖고 있다. 또, 롤러 (5) 가 접촉 배치되는 스테이터 (2) 의 표면에 형성되는 홈 (4) 은 스테이터 (2) 의 중심을 통과하고 또한 V 자형의 단면 형상을 갖고 있다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 기부 지지 부재 (1) 는 내부에 오목부가 형성된 원통 형상의 본체부 (10) 와, 본체부 (10) 보다 작은 직경을 갖고 또한 본체부 (10) 의 오목부에 연통되는 관통공이 형성된 원통 형상의 삽입부 (11) 를 갖고 있다. 삽입부 (11) 가 원통 형상의 진동 수단 (3) 내로 통과되어 그 선단에서 스테이터 (2) 의 관통공 (9) 의 내벽면에 연결됨으로써, 기부 지지 부재 (1) 의 본체부 (10) 와 스테이터 (2) 사이에 진동 수단 (3) 이 끼워지고, 이들 스테이터 (2), 진동 수단 (3) 및 기부 지지 부재 (1) 가 전체적으로 거의 원주 형상의 외형을 갖고 있다.

여기에서, 설명의 편의상, 기부 지지 부재 (1) 로부터 스테이터 (2) 를 향하는 원주 형상의 외형의 중심축을 Z 축으로 규정하고, Z 축에 대해 수직 방향으로 X 축이, Z 축 및 X 축에 대해 수직으로 Y 축이 각각 연장되어 있는 것으로 한다.

진동 수단 (3) 은 각각 XY 평면 상에 위치하고 또한 서로 중첩된 평판 형상의 제 1 압전 소자부 (31) 및 제 2 압전 소자부 (32) 를 갖고 있다.

스테이터 (2), 진동 수단 (3), 기부 지지 부재 (1) 의 삽입부 (11) 및 본체부 (10) 의 내부에는 그들의 중심축 방향, 즉 Z 축 방향으로 로드 (12) 가 삽통되어 있다. 로드 (12) 의 일 단부는 2 개의 롤러 (5) 사이에 위치하고 있고, 이 로드 (12) 의 일 단부에 거의 직사각형의 판 형상부 (13) 가 형성되어 있다. 판 형상부 (13) 에 형성된 관통공에 연결핀 (6) 이 관통됨으로써, 로드 (12) 의 일 단부가 연결핀 (6) 에 연결되어 있다. 여기에서, 연결핀 (6) 은 X 축 방향으로 연장됨과 함께, 판 형상부 (13) 는 연결핀 (6) 의 연장 방향 즉 X 축 방향에 있어서 2 개의 롤러 (5) 의 중앙부에 위치하고 있고, 2 개의 롤러 (5) 는 판 형상부 (13) 에 관하여 서로 대칭적으로 배치되어 있다. 또한, 연결핀 (6) 과 각 롤러 (5) 사이, 및 연결핀 (6) 과 로드 (12) 의 판 형상부 (13) 사이 중, 적어도 일방이 자유롭게 회전할 수 있도록 연결됨으로써 롤러 (5) 가 로드 (12) 에 대해 회전할 수 있도록 구성되어 있다.

선단 부재 (7) 는 2 개의 롤러 (5) 사이에 돌출 형성되는 1 쌍의 돌기부 (14 및 15) 를 갖고 있고, 이들의 돌기부 (14 및 15) 는, 롤러 (5) 의 둘레 방향을 따라 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 판 형상부 (13) 에 있어서, 스테이터 (2) 에 대향하는 면과는 반대측에 위치하는 면과, 일방의 측부에 위치하는 면은 각각, 돌기부 (14 및 15) 가 맞닿음으로써 롤러 (5) 의 회전을 소정의 각도 범위로 규제하기 위한 맞닿음면 (16 및 17) 을 구성하고 있다.

이들 맞닿음면 (16 및 17) 과 돌기부 (14 및 15) 는 각각, 이 발명의 제 1 규제부와 제 2 규제부를 구성하고 있다.

또한, 판 형상부 (13) 의 맞닿음면 (16 및 17) 은 롤러 (5) 의 회전에 수반한 돌기부 (14 및 15) 의 이동을 방해하지 않도록 원호 형상으로 모따기된 모따기부를 통하여 서로 접속되어 있다.

로드 (12) 의 타 단부는 기부 지지 부재 (1) 의 본체부 (10) 의 오목부 내에 위치함과 함께 이 오목부 내에 자유롭게 슬라이드할 수 있게 수용된 스프링받이 부재 (18) 에 고정되어 있다. 본체부 (10) 의 오목부의 바닥면 (20) 과 스프링받이 부재 (18) 사이에는, 이 발명의 견인 장치로서의 스프링 (19) 이 배치되어 있고, 스프링 (19) 은 스프링받이 부재 (18) 를 본체부 (10) 의 오목부의 바닥면 (20) 과는 반대 방향을 향하여 탄성 지지하고 있다. 이 스프링 (19) 의 탄성 지지력에 의해, 스프링받이 부재 (18) 및 로드 (12) 를 통하여 연결핀 (6) 이 스테이터 (2) 를 향하여 견인되고, 이로써 롤러 (5) 가 스테이터 (2) 에 대해 가압 접촉되어 있다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 압전 소자부 (31) 및 제 2 압전 소자부 (32) 는 절연 시트 (33 ∼ 35) 를 통하여 스테이터 (2) 및 기부 지지 부재 (1) 로부터, 또한 서로 절연된 상태에서 배치되어 있다. 제 1 압전 소자부 (31) 는 각각 원판 형상을 갖는 전극판 (31a), 압전 소자판 (31b), 전극판 (31c), 압전 소자판 (31d) 및 전극판 (31e) 이 순차 중첩된 구조를 갖고 있다. 동일하게, 제 2 압전 소자부 (32) 는 각각 원판 형상을 갖는 전극판 (32a), 압전 소자판 (32b), 전극판 (32c), 압전 소자판 (32d) 및 전극판 (32e) 이 순차 중첩된 구조를 갖고 있다.

제 1 압전 소자부 (31) 의 양면 부분에 배치되어 있는 전극판 (31a) 및 전극판 (31e) 과, 제 2 압전 소자부 (32) 의 양면 부분에 배치되어 있는 전극판 (32a) 및 전극판 (32e) 이 각각 전기적으로 접지되어 있다. 또, 제 1 압전 소자부 (31) 의 한 쌍의 압전 소자판 (31b 및 31d) 사이에 배치되어 있는 전극판 (31c) 과, 제 2 압전 소자부 (32) 의 한 쌍의 압전 소자판 (32b 및 32d) 사이에 배치되어 있는 전극판 (32c) 으로부터 각각 단자가 인출되어 구동 회로 (8) 에 접속되어 있다.

또한, 구동 회로 (8) 는, 진동 수단 (3) 의 전압을 측정함으로써 이 진동 수단 (3) 에 걸리는 응력을 감시함과 함께 이 응력의 변화에 기초하여 롤러 (5) 가 소정의 각도 범위의 양 단부에 각각 도달한 것을 검지하는 검지 수단을 갖고 있다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 1 압전 소자부 (31) 의 한 쌍의 압전 소자판 (31b 및 31d) 은, Y 축 방향으로 2 분할된 부분이 서로 역극성을 갖고 각각 Z 축 방향 (두께 방향) 으로 팽창과 수축이라는 반대되는 변형 거동을 실시하도록 분극되어 있고, 압전 소자판 (31b) 과 압전 소자판 (31d) 은 서로 역으로 배치되어 있다.

제 2 압전 소자부 (32) 의 한 쌍의 압전 소자판 (32b 및 32d) 은, 2 분할되지 않고 전체가 Z 축 방향 (두께 방향) 으로 팽창 혹은 수축이라는 변형 거동을 실시하도록 분극되어 있고, 압전 소자판 (32b) 과 압전 소자판 (32d) 은 서로 역으로 배치되어 있다.

다음으로, 이 실시형태 1 에 관련된 진동 액추에이터의 동작에 대해 설명한다. 구동 회로 (8) 에 의해 제 1 압전 소자부 (31) 의 전극판 (31c) 과 제 2 압전 소자부 (32) 의 전극판 (32c) 에 위상을 90 도 시프트시킨 교류 전압을 각각 인가하고, 진동 수단 (3) 에 의해 Y 축 방향의 휨 진동과 Z 축 방향의 세로 진동을 조합한 복합 진동을 발생시키면, 각 롤러 (5) 와 스테이터 (2) 의 접촉 부분에 YZ 면내에서의 타원 운동이 발생하고, 이로써, 2 개의 롤러 (5) 가 각각 연결핀 (6) 을 중심으로 하여 X 축 둘레로 회전 구동되게 된다. 이들 2 개의 롤러 (5) 는 동시에 또한 동일 방향으로 회전되고, 거기에 수반하여 선단 부재 (7) 가 스테이터 (2) 에 대해 경사 구동된다.

여기에서, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 선단 부재 (7) 의 일방의 돌기부 (14) 가 이것에 대응하는 판 형상부 (13) 의 맞닿음면 (16) 에 맞닿음으로써 롤러 (5) 가 도 6 에 있어서 시계 회전 방향으로 그 이상 회전하는 것이 규제된다. 또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 선단 부재 (7) 의 타방의 돌기부 (15) 가 이것에 대응하는 판 형상부 (13) 의 맞닿음면 (17) 에 맞닿음으로써, 롤러 (5) 가 도 7 에 있어서 반시계 회전 방향으로 그 이상 회전하는 것이 규제된다. 이와 같이 롤러 (5) 의 회전을 소정의 각도 범위로 규제할 수 있다. 이 때, 롤러 (5) 의 회전은 90°정도의 각도 범위로 규제된다.

또, 진동 수단 (3) 은 기부 지지 부재 (1) 와 스테이터 (2) 사이에 끼워짐과 함께 롤러 (5) 는 스테이터 (2) 에 대해 가압 접촉되어 있기 때문에, 선단 부재 (7) 의 한 쌍의 돌기부 (14 및 15) 가 각각 대응하는 로드 (12) 의 판 형상부 (13) 의 맞닿음면 (16 및 17) 에 맞닿음으로써, 연결핀 (6), 롤러 (5) 및 스테이터 (2) 를 통하여 진동 수단 (3) 에 걸리는 응력이 변화하게 된다. 여기에서, 구동 회로 (8) 는 진동 수단 (3) 의 전압을 측정함으로써 진동 수단 (3) 에 걸리는 응력을 감시하고 있기 때문에 선단 부재 (7) 의 돌기부 (14 및 15) 가 각각 대응하는 맞닿음면 (16 및 17) 에 맞닿았을 때에 발생하는 진동 수단 (3) 의 응력의 변화를 검출함으로써, 롤러 (5) 가 소정 각도 범위의 각각의 단부에 도달한 것을 검지할 수 있다.

따라서, 롤러 (5) 가 가동 한계에 도달한 것을 검지하기 위한 리미트 센서 등을 새롭게 형성할 필요가 없다.

이 진동 액추에이터에서는, 원주 형상의 2 개의 롤러 (5) 사이를 연결핀 (6) 으로 연결함과 함께, 이 연결핀 (6) 에 로드 (12) 의 일 단부를 연결하여 견인함으로써, 롤러 (5) 를 스테이터 (2) 에 대해 가압하고 있기 때문에, 단순한 구성임과 함께 용이하게 제작할 수 있는 진동 액추에이터를 실현할 수 있다.

로드 (12) 는 2 개의 롤러 (5) 의 중앙부에서 연결핀 (6) 을 견인하기 때문에, 각각의 롤러 (5) 를 스테이터 (2) 에 대해 균일한 힘으로 가압할 수 있다. 또, 본체부 (10) 의 오목부의 바닥면 (20) 과 스프링받이 부재 (18) 사이에, 탄성 지지력의 크기가 상이한 스프링을 배치함으로써, 2 개의 롤러 (5) 를 각각 스테이터 (2) 에 대해 가압하는 힘의 크기를 용이하게 조정할 수 있다.

또, 로드 (12) 는 스테이터 (2), 진동 수단 (3) 및 기부 지지 부재 (1) 의 내부로 통과됨과 함께, 스프링받이 부재 (18) 및 스프링 (19) 은 기부 지지 부재 (1) 의 오목부 내에 수용되어 있기 때문에, 이 진동 액추에이터 전체의 소형화가 달성된다.

또, 스테이터 (2) 에 형성된 단면 V 자형의 홈 (4) 의 표면에 2 개의 롤러 (5) 가 각각 접촉 배치되기 때문에, 스테이터 (2) 에 의해 이들 2 개의 롤러 (5) 를 안정적으로 지지할 수 있다.

또, 진동 수단 (3) 으로 스테이터 (2) 를 진동시킴으로써, 2 개의 롤러 (5) 는 공통된 하나의 회전축만큼의 둘레로 회전되기 때문에, 안정적인 동작을 실시할 수 있음과 함께 롤러 (5) 의 회전을 고정밀도로 제어할 수 있다. 따라서, 이 진동 액추에이터를 복수 사용함으로써, 인간의 손에 근사 동작을 실시하는 로봇 핸드를 실현할 수 있다.

실시형태 2

다음으로 도 8 을 참조하여, 이 발명의 실시형태 2 에 관련된 진동 액추에이터를 설명한다. 이 실시형태 2 는, 실시형태 1 의 진동 액추에이터에 있어서, 2 개의 롤러 (5) 의 양측에, 추가로 2 개의 롤러 (5) 를 판 형상부 (13) 에 관해서 서로 대칭으로 설치한 것이다. 즉, 서로 동일한 크기 및 형상을 갖는 4 개의 롤러 (5) 가 연결핀 (6) 을 통하여 연결됨과 함께, 연결핀 (6) 에 로드 (12) 의 판 형상부 (13) 가 연결되어 견인됨으로써, 각 롤러 (5) 가 스테이터 (2) 에 대해 가압 접촉되어 있다. 로드 (12) 의 판 형상부 (13) 는 연결핀 (6) 의 연장 방향에 있어서 4 개의 롤러 (5) 의 중앙부에 위치하고 있다. 또한, 여기에서는 중간부에 위치하는 2 개의 롤러 (5) 의 외주부에 고정되어 있는 선단 부재 (7) 의 도시를 생략하였다.

원주 형상의 4 개의 롤러 (5) 사이를 연결핀 (6) 으로 연결하고, 스테이터 (2), 진동 수단 (3) 및 기부 지지 부재 (1) 의 내부로 통과된 로드 (12) 에 의해 이 연결핀 (6) 을 견인함으로써 롤러 (5) 를 스테이터 (2) 에 대해 가압하기 위해, 상기 서술한 실시형태 1 과 동일하게, 소형이면서도 단순한 구성으로 용이하게 제작할 수 있는 진동 액추에이터를 실현할 수 있다.

추가로, 이 실시형태 2 에서는, 스테이터 (2) 에 4 개의 롤러 (5) 가 각각 가압 접촉됨과 함께 스테이터 (2) 의 진동에 의해 이들 4 개의 롤러 (5) 를 회전 구동시켜 선단 부재 (7) 를 경사 구동시키기 때문에, 고 토크가 실현됨과 함께 각 롤러 (5) 및 스테이터 (2) 의 접촉 부분의 마모가 저감된다.

또, 4 개의 롤러 (5) 는 로드 (12) 의 판 형상부 (13) 에 관해서 서로 대칭으로 배치되어 있을 뿐만 아니라, 서로 동일한 크기 및 형상을 갖기 때문에 안정적인 회전 동작을 실시할 수 있다.

또한, 4 개의 롤러 (5) 의 양측에, 추가로 짝수개의 롤러 (5) 를 판 형상부 (13) 에 관해서 서로 대칭으로 형성할 수도 있다.

실시형태 3

다음으로 도 9 를 참조하여, 이 발명의 실시형태 3 에 관련된 진동 액추에이터를 설명한다. 이 실시형태 3 은 상기 서술한 실시형태 2 에 있어서, 중간부에 위치하는 2 개의 롤러 (5) 의 양측에 동일한 크기를 갖는 2 개의 롤러 (5) 를 형성하는 대신에, 각각 롤러 (5) 보다 작은 직경을 갖는 2 개의 롤러 (41) 를 판 형상부 (13) 에 관해서 서로 대칭으로 설치하는 것이다. 스테이터 (2) 의 진동 수단 (3) 에 접하는 면과 반대측이 되는 면에는, 연결핀 (6) 의 연장 방향을 따라 4 개의 롤러 (5 및 41) 에 대응한 단차 형상의 단면 형상을 갖는 접촉부 (42) 가 형성되어 있다. 연결핀 (6) 이 로드 (12) 에 의해 견인됨으로써 각 롤러 (5 및 41) 가 스테이터 (2) 에 대해 가압 접촉되어 있다.

이와 같이 구성해도, 상기 서술한 실시형태 2 와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

추가로, 이 실시형태 3 에서는 2 개의 롤러 (5) 의 양측에 각각 롤러 (5) 보다 작은 직경을 갖는 2 개의 롤러 (41) 가 배치되기 때문에, 진동 액추에이터를 더욱 소형화할 수 있다.

또한, 반대로 작은 직경을 갖는 2 개의 롤러 (41) 를 중간부에 배치하고, 그들의 양측에 각각 롤러 (5) 를 배치해도 된다.

또, 4 개의 롤러 (5 및 41) 의 양측에, 추가로 짝수개의 롤러를 판 형상부 (13) 에 관해서 서로 대칭으로 설치할 수도 있다. 이 때, 새로 추가되는 롤러는, 롤러 (5 및 41) 와 동일한 직경을 갖는 것이어도 되고, 롤러 (5 및 41) 와는 크기가 상이한 직경을 갖는 것이어도 된다. 어느 경우에도 스테이터 (2) 의 진동 수단 (3) 에 접하는 면과 반대측이 되는 면에는, 연결핀 (6) 의 연장 방향을 따라 이들의 롤러에 대응한 단면 형상을 갖는 접촉부가 형성되고, 각 롤러가 스테이터 (2) 에 대해 가압 접촉되는 것이 바람직하다.

또, 상기 서술한 실시형태 1 ∼ 3 에서는, 짝수개의 롤러를 설치하는 경우에 대해 설명했는데, 이것에 한정되는 것이 아니라 3 이상의 홀수개의 롤러를 설치해도 된다. 예를 들어, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 3 개의 롤러 (5) 를 연결핀 (6) 에 의해 서로 연결하여 사용할 수 있다. 이 경우, 스테이터 (2) 에 그 축 방향을 따라 2 개의 관통공 (9) 을 형성함과 함께, 2 개로 분기된 로드 (12) 의 일 단부를 각각 관통공 (9) 에 삽통하여 판 형상부 (13) 에서 연결핀 (6) 에 연결함으로써, 로드 (12) 에서 연결핀 (6) 을 견인하여 3 개의 롤러 (5) 를 각각 스테이터 (2) 에 대해 가압할 수 있다.

실시형태 4

상기 서술한 실시형태 1 에 있어서, 원주 형상의 2 개의 롤러 (5) 대신에, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 원추 사다리꼴 형상을 갖는 2 개의 롤러 (51) 를 사 용할 수도 있다. 2 개의 롤러 (51) 의 대직경부 (52) 가 서로 대향하도록 배치되어 있다. 스테이터 (2) 의 진동 수단 (3) 에 접하는 면과 반대측이 되는 면에는, 연결핀 (6) 의 연장 방향을 따라 2 개의 롤러 (51) 에 대응한 단면 형상을 갖는 접촉부 (53) 가 형성되어, 각 롤러 (51) 가 스테이터 (2) 에 대해 가압 접촉되어 있다. 또한, 2 개의 롤러 (51) 의 외주부에 도시되지 않은 선단 부재가 고정되어 있다.

이와 같이 구성해도, 실시형태 1 과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 2 개의 롤러 (51) 의 대직경부 (52) 가 서로 반대 방향을 향하도록 배치해도 된다.

또, 도 11 및 12 에 있어서 스테이터 (2) 에 맞닿는 각 롤러 (51) 의 외주면은 그 중심축을 향하여 만곡 형상으로 절결되거나, 또는, 그 중심축과는 반대 방향을 향하여 만곡 형상으로 팽출하도록 형성되어도 된다.

또, 상기 서술한 실시형태 2 및 3 에서의 각 롤러로서, 이 원추 사다리꼴 형상의 롤러 (51) 를 사용할 수도 있다.

실시형태 5

상기 서술한 실시형태 1 에 있어서, 원주 형상의 2 개의 롤러 (5) 대신에, 도 13 에 나타내는 바와 같은 반구 형상을 갖는 2 개의 롤러 (61) 를 사용할 수도 있다. 2 개의 롤러 (61) 의 평면부 (62) 가 서로 대향하도록 배치되어 있다. 스테이터 (2) 의 진동 수단 (3) 에 접하는 면과 반대측이 되는 면에는, 연결핀 (6) 의 연장 방향을 따라 2 개의 롤러 (61) 에 대응한 단면 형상을 갖는 접촉부 (63) 가 형성되어, 각 롤러 (61) 가 스테이터 (2) 에 대해 가압 접촉되어 있다. 또한, 2 개의 롤러 (61) 의 외주부에 도시되지 않은 선단 부재가 고정되어 있다.

또한, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 2 개의 롤러 (61) 의 평면부 (62) 가 서로 반대 방향을 향하도록 배치해도 된다.

또, 상기 서술한 실시형태 2 및 3 에서의 롤러로서 이 반구 형상의 롤러 (61) 를 사용할 수도 있다.

실시형태 6

상기 서술한 실시형태 1 ∼ 5 에서는, 로드 (12) 의 일 단부에 직사각형의 판 형상부 (13) 가 형성되어 있었는데, 그 판 형상부 (13) 의 한 쌍의 맞닿음면 (16 및 17) 의 부분을 절결함으로써, 예를 들어 도 15 에 나타내는 바와 같이, 경사진 맞닿음면 (71 및 72) 을 형성할 수도 있다. 이 경우, 선단 부재에 형성된 1 쌍의 돌기부가 각각 대응하는 맞닿음면 (71 및 72) 에 맞닿음으로써, 롤러의 회전이 90° 보다 큰 소정의 각도 범위로 규제된다.

즉, 돌기부의 돌출 높이 및 맞닿음면의 각도를 선택함으로써, 롤러의 회전을 규제하는 각도 범위를 변경할 수 있다.

또한, 돌기부는 선단 부재에 형성되는 대신에, 판 형상부 (13) 에 인접하는 롤러에 형성되어도 된다. 또, 판 형상부 (13) 에 돌기부를 형성하고, 선단 부재 또는 롤러에 맞닿음면을 형성해도 된다.

또, 돌기부와 맞닿음면의 조합에 한정되지 않고, 서로 걸어맞춤으로써 롤러 의 회전을 규제할 수 있는 각종 제 1 규제부 및 제 2 규제부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 돌기부와 돌기부, 혹은 맞닿음면과 맞닿음면의 조합을 제 1 규제부 및 제 2 규제부로서 사용할 수도 있다.

실시형태 7

다음으로 도 16 을 참조하여, 이 발명의 실시형태 7 에 관련된 진동 액추에이터를 설명한다. 이 실시형태 7 은, 실시형태 1 의 진동 액추에이터에 있어서, 로드 (12) 대신에 와이어 (81) 를 연결핀 (6) 에 연결하여 견인하는 것이다. 와이어 (81) 는 스테이터 (2), 진동 수단 (3) 및 기부 지지 부재 (1) 의 내부에 그들의 중심축 방향, 즉 Z 축 방향으로 삽통되어 있다. 이 와이어 (81) 의 일 단부는 연결핀 (6) 의 연장 방향, 즉 X 축 방향에 있어서 2 개의 롤러 (5) 의 중앙부에 위치하여 연결핀 (6) 에 연결되어 있다.

와이어 (81) 의 타 단부는, 기부 지지 부재 (1) 의 본체부 (10) 의 오목부 내의 스프링받이 부재 (18) 에 고정되어 있고, 스프링 (19) 의 탄성 지지력에 의해, 스프링받이 부재 (18) 및 와이어 (81) 를 통하여 연결핀 (6) 이 스테이터 (2) 를 향하여 견인되고, 이로써 롤러 (5) 가 스테이터 (2) 에 대해 가압 접촉되어 있다. 또한, 2 개의 롤러 (5) 의 외주부에는 거의 평탄한 바닥면을 갖는 선단 부재 (82) 가 고정되어 있다.

원주 형상의 2 개의 롤러 (5) 사이를 연결핀 (6) 으로 연결하고, 스테이터 (2), 진동 수단 (3) 및 기부 지지 부재 (1) 의 내부로 통과된 와이어 (81) 에 의해 연결핀 (6) 을 견인함으로써 롤러 (5) 를 스테이터 (2) 에 대해 가압하기 위하여, 상기 서술한 실시형태 1 과 동일하게, 소형이면서도 단순한 구성으로 용이하게 제작할 수 있는 진동 액추에이터를 실현할 수 있다.

와이어 (81) 는 2 개의 롤러 (5) 의 중앙부에서 연결핀 (6) 을 견인하기 때문에, 각각의 롤러 (5) 를 스테이터 (2) 에 대해 균일한 힘으로 가압할 수 있다.

또, 본체부 (10) 의 오목부의 바닥면 (20) 과 스프링받이 부재 (18) 사이에 탄성 지지력의 크기가 상이한 스프링을 배치하거나, 혹은, 연결핀 (6) 에서 스프링받이 부재 (18) 까지의 와이어 (81) 의 길이를 조절함으로써, 스테이터 (2) 에 대한 2 개의 롤러 (5) 의 가압력의 크기를 용이하게 조정할 수 있다.

또한, 실시형태 2 ∼ 5 에 있어서도, 로드 (12) 대신에, 와이어 (81) 를 연결핀 (6) 에 연결하여 견인함으로써, 롤러를 스테이터 (2) 에 대해 가압할 수 있다.

또한, 상기 서술한 실시형태 1 ∼ 7 에서의 로드 (12) 및 와이어 (81) 는 각각 스프링 (19) 의 탄성 지지력에 의해 견인되고 있었지만, 스프링 (19) 대신에 공압 또는 유압을 사용한 견인 장치를 로드 (12) 및 와이어 (81) 의 타 단부에 접속하여 로드 (12) 및 와이어 (81) 를 견인할 수도 있다.

이 공압 또는 유압을 사용한 견인 장치에서는, 로드 (12) 및 와이어 (81) 를 견인하는 힘의 크기를 용이하게 제어할 수 있고, 따라서, 스테이터 (2) 에 대한 2 개의 롤러 (5) 의 가압력의 크기를 용이하게 조정할 수 있다.

예를 들어, 진동 수단 (3) 이 구동되어 있지 않을 때는, 진동 수단 (3) 의 구동시보다, 로드 (12) 및 와이어 (81) 에 대한 견인력이 커지도록 견인 장치를 제 어하면, 정지시에서의 롤러 (5) 와 스테이터 (2) 사이의 유지 토크를 증대시킬 수 있다.

실시형태 8

다음으로 도 17 을 참조하여, 이 발명의 실시형태 8 에 관련된 진동 액추에이터를 설명한다. 이 실시형태 8 은 실시형태 1 의 진동 액추에이터에 있어서, 로드 (12) 대신에 탄성을 갖는 실 형상의 고무, 수지, 스프링 등으로 이루어지는 와이어 (91) 에 의해 연결핀 (6) 을 견인하는 것이다. 와이어 (91) 는 스테이터 (2), 진동 수단 (3) 및 기부 지지 부재 (1) 의 내부에 삽통되어 있고, 와이어 (91) 의 일 단부는 2 개의 롤러 (5) 의 중앙부에 위치하여 연결핀 (6) 에 연결되어 있다.

또, 기부 지지 부재 (1) 의 본체부 (10) 의 오목부 내에 고정 부재 (92) 가 고정되어 있고, 이 고정 부재 (92) 에 와이어 (91) 의 타 단부가 고정되어 있다. 와이어 (91) 는 소정의 장력을 발생하는 길이로 신장된 상태에서 장착되어 있고, 이 와이어 (91) 의 장력에 의해 연결핀 (6) 이 스테이터 (2) 를 향하여 견인되어 롤러 (5) 가 스테이터 (2) 에 대해 가압 접촉되어 있다. 또한, 2 개의 롤러 (5) 의 외주부에 거의 평탄한 바닥면을 갖는 선단 부재 (93) 가 고정되어 있다.

이와 같이 구성해도, 실시형태 1 과 동일하게 소형이면서도 단순한 구성으로 용이하게 제작할 수 있음과 함께 각각의 롤러 (5) 를 스테이터 (2) 에 대해 균일한 힘으로 가압할 수 있는 진동 액추에이터를 실현할 수 있다.

또, 와이어 (91) 의 신장의 정도를 조절하여 와이어 (91) 의 장력의 크기를 변경함으로써, 스테이터 (2) 에 대한 2 개의 롤러 (5) 의 가압력의 크기를 용이하게 조정할 수 있다.

또한, 상기 서술한 실시형태 2 ∼ 5 에 있어서도, 로드 (12) 대신에 와이어 (91) 를 연결핀 (6) 에 연결하여 견인함으로써, 롤러를 스테이터 (2) 에 대해 가압할 수 있다.

또한, 상기 서술한 실시형태 1 ∼ 8 에 있어서 선단 부재를 생략함으로써, 롤러를 1 회전 이상 회전시킬 수 있다.

또, 로드 (12) 및 와이어 (81, 91) 의 타 단부는 기부 지지 부재 (1) 의 본체부 (10) 의 오목부 내에 위치했지만, 스테이터 (2) 의 관통공 (9) 내에 위치해도 된다.

또한, 상기 각 실시형태에 있어서, 구동 회로 (8) 는 진동 수단 (3) 의 전압을 측정하는 대신에, 진동 수단 (3) 의 전류, 진동 주파수 또는 위상 등을 측정함으로써, 진동 수단 (3) 에 걸리는 응력을 감시할 수 있다. 이 경우에, 롤러의 회전이 소정의 각도 범위로 규제되도록 구성되어 있으면, 구동 회로 (8) 는 진동 수단 (3) 의 응력의 변화에 기초하여 롤러가 소정의 각도 범위의 단부에 도달한 것을 검지할 수 있다.

또, 진동 수단에 걸리는 응력을 감시하고 또한 이 응력의 변화에 기초하여 롤러가 소정의 각도 범위의 단부에 도달한 것을 검지하는 검지 수단은, 구동 회로 (8) 에 내장되지 않고, 구동 회로 (8) 와는 별도로 형성되어 있어도 된다.

또한, 구동 회로 (8) 로부터 각 압전 소자부에 인가하는 교류 전압의 위상은 90 도 시프트시켰지만, 90 도에 한정되지 않으며 변화시켜도 된다. 또, 인가하는 교류 전압의 전압값을 변화시켜도 된다. 교류 전압을 여러가지로 제어함으로써 스테이터 (2) 에 발생하는 타원 진동을 제어할 수 있다.

또한, 서로 직교하지 않는 복수의 진동을 조합한 복합 진동을 발생시켜 복수의 롤러를 공통된 하나의 회전축 둘레로 회전시킬 수도 있다.

또, 각각 다른 압전 소자부에서 발생시킨 2 개의 진동을 합성시켜 복합 진동을 발생시키는 대신에, 하나의 압전 소자부를 복수로 분극하여, 각 분극 전극에 인가하는 전압을 개별적으로 컨트롤해도 된다. 즉 위상, 진폭 등의 상이한 교류 전압을 합성한 전압을 각 분극 전극에 인가하여 단일의 압전 소자부에서 복합 진동을 발생시켜도 된다.

또, 상기 각 실시형태에서는, 스테이터 (2) 와 롤러의 접촉 부분에 타원 운동을 발생시켰지만, 각 축 방향의 진폭을 제어함으로써 원운동을 발생시켜도 된다.

또, 이 진동 액추에이터는 핸드의 손가락 뿐만이 아니라, 예를 들어 자주할 수 있는 로봇의 다리와 같이, 관절을 갖는 각종 부분에 적용할 수 있다. 즉, 이 진동 액추에이터의 롤러를 관절로서 사용할 수 있다.

Claims

스테이터와,

각각 상기 스테이터에 의해 접촉 지지되고, 1 개의 회전축을 공유하는 복수의 롤러와,

상기 복수의 롤러의 사이를 연결하는 연결핀과,

상기 스테이터에 연결됨과 함께 상기 스테이터를 진동시킴으로써 상기 스테이터와 상기 복수의 롤러의 접촉 부분에 타원 또는 원운동을 발생시켜 상기 복수의 롤러를 회전시키는 진동 수단과,

그 일 단부가 상기 복수의 롤러의 중간부에서 상기 연결핀에 연결되어 상기 연결핀을 상기 스테이터를 향하여 견인함으로써 상기 복수의 롤러를 상기 스테이터에 대해 가압하는 예압 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 롤러는 서로 대칭으로 배치된 짝수개의 롤러로 이루어지고, 상기 예압 수단의 일 단부는, 상기 짝수개의 롤러의 중앙부에서 상기 연결핀에 연결되어 있는 진동 액추에이터.
제 2 항에 있어서,

상기 복수의 롤러는, 상기 연결핀을 통하여 연결된 2 개의 롤러로 이루어지 는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 롤러는, 홀수개의 롤러로 이루어지는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 짝수개의 롤러는, 서로 동일한 크기 및 형상을 갖는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

각 롤러는, 원주 형상, 원추 사다리꼴 형상 및 반구 형상 중 어느 것을 갖는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 예압 수단은, 상기 스테이터의 내부, 혹은, 상기 스테이터 및 진동 수단의 내부로 통과되어, 그 일 단부에서 상기 연결핀에 연결되어 있는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 스테이터에, 거의 V 자형의 단면 형상을 갖는 홈이 형성되고, 상기 홈의 표면에 상기 복수의 롤러가 접촉 지지되어 있는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 예압 수단은, 그 일 단부가 상기 연결핀에 연결되는 로드와, 상기 로드의 타 단부에 접속됨과 함께 상기 로드를 통하여 상기 연결핀을 견인하는 견인 장치를 갖는 진동 액추에이터.
제 9 항에 있어서,

상기 로드의 일 단부에 형성된 제 1 규제부와, 상기 로드의 일 단부에 인접하는 롤러에 형성된 제 2 규제부를 구비하고, 상기 제 1 규제부와 상기 제 2 규제부가 서로 걸어맞춰짐으로써 상기 복수의 롤러의 회전이 소정의 각도 범위로 규제되는 진동 액추에이터.
제 10 항에 있어서,

상기 복수의 롤러가 상기 소정의 각도 범위의 단부에 도달한 것을 검지하기 위한 검지 수단을 추가로 구비한 진동 액추에이터.
제 11 항에 있어서,

상기 진동 수단은, 서로 적층된 복수의 압전 소자판을 갖고,

상기 검지 수단은, 상기 진동 수단의 전압을 측정함으로써 상기 진동 수단에 걸리는 응력을 감시하고, 상기 제 1 규제부와 상기 제 2 규제부가 서로 걸어맞췄을 때 발생하는 상기 진동 수단의 응력의 변화를 검출함으로써, 상기 복수의 롤러가 상기 소정의 각도 범위의 단부에 도달한 것을 검지하는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 예압 수단은, 그 일 단부가 상기 연결핀에 연결되는 와이어를 갖는 진동 액추에이터.
제 13 항에 있어서,

상기 예압 수단은, 상기 와이어의 타 단부에 접속됨과 함께 상기 와이어를 통하여 상기 연결핀을 견인하는 견인 장치를 추가로 갖는 진동 액추에이터.
제 13 항에 있어서,

상기 와이어는, 탄성을 갖고 그 자체에 의해 상기 연결핀을 견인하는 진동 액추에이터.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 롤러는, 자주할 수 있는 로봇의 핸드 등의 관절로서 이용되는 진동 액추에이터.