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振動移動方法及び振動移動装置 コモンズ

国内特許コード P110005225
整理番号 P06-015
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2006-321200
公開番号 特開2008-136314
登録番号 特許第5098012号
出願日 平成18年11月29日(2006.11.29)
公開日 平成20年6月12日(2008.6.12)
登録日 平成24年10月5日(2012.10.5)
発明者
  • 斎藤 秀次郎
  • 佐藤 啓仁
  • 廻谷 修一
出願人
  • 国立大学法人宇都宮大学
発明の名称 振動移動方法及び振動移動装置 コモンズ
発明の概要

【課題】小型かつ簡単な機構であるとともに、圧電アクチュエータの振動を直接的に移動平面に伝達することができる振動移動方法及び振動移動装置を提供する。
【解決手段】、本発明の振動移動装置は、印加電圧により振動を生ずる圧電アクチュエータ1を有する脚部2と、圧電アクチュエータ1を振動方向が移動面3に対して角度θだけ傾斜するように支持する移動体本体4と、を備えており、脚部2は、3枚の圧電アクチュエータ1を放射状に配置した構造をしている。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


現在、物流、荷役運搬機械としてのエレベータ、クレーン、フォークリフト、無人搬送車等の各種運搬機械は、主に重量物の運搬等に使われている。しかし、もっと簡単な方法で、一般家屋、アパートやマンション等の小さい建物内で、人間に代わって少量物を自由に各部屋まで運ぶ移動装置があれば、その分だけ省力化することができ、老人、身体障害者、主婦等にとって役に立つと思われる。そのためには、少量物の運搬に適した移動装置が必要である。



ところで、移動装置としてエンジンやモータ等を採用した場合、必然的にある程度の大きさや重さが必要になってしまう。そこで、小型かつ簡単な機構であることを主眼として鋭意研究を行った結果、推進力に振動を用いること、加振機構に圧電アクチュエータを採用することに思い至った。圧電アクチュエータは、圧電及び電歪の特性を持っており、圧電素子に圧力を与えると電気が発生し、逆に電気を加えるとアクチュエータ自体が伸びたり縮んだりする。また、圧電アクチュエータにパルス状の電圧を与えると、バイモルフ(屈曲)振動をする。



かかる圧電アクチュエータの振動を利用する機械として、機械的共振そのものを利用した超音波メス、気体や液体にエネルギーを伝達する圧電ファン、圧電ポンプ、超音波顕微鏡又は超音波モータがある(非特許文献1参照)。例えば、超音波モータは、圧電振動子から出る強力超音波振動エネルギーをモータの駆動方式に取り入れたものであり、ミクロンオーダーの微小振動を高効率で一方向運動にどのように変換するかにより、振動片型と表面波型に分類される。さらに、振動片型の先端に生じる摩耗の問題を解決するために弾性表面波を用いる超音波リニアモータがある。このモータは一般の電磁式モータと比べて、低速時のトルクが大きいという特徴があり、制御性も良いことから、実用性の高い超音波モータとして期待されている。

【非特許文献1】森北出版株式会社発行、内野研二著、株式会社日本工業技術センター編「圧電/電歪アクチュエータ 基礎から応用まで」(1986年)、180~193頁



また、圧電アクチュエータを用いた移動機構として特許文献1に記載された移動ロボットが提案されている。特許文献1の図2及び図4には、積層型圧電アクチュエータを進行用と支持足用とに分けて接続し、これら圧電アクチュエータを適宜伸縮させて所定の方向に移動するロボットが開示されている。さらに、特許文献1の図8及び図11には、進行用の圧電アクチュエータをバイモルフ型に換えて1歩進の移動量を大きくすることで、移動速度を高めたものが開示されている。

【特許文献1】特開平5-340341号公報(図2、図4、図8、図11)

産業上の利用分野


本発明は、小型で簡単な機構でありながらエンジンやモータ等の既存の動力を使わずに移動することができる振動移動方法及び振動移動装置に関し、特に、圧電アクチュエータを用いて脚部に振動を加えることにより物体を移動させる振動移動方法及び振動移動装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
印加電圧により振動を生ずる圧電アクチュエータを用いた振動移動方法であって、
前記圧電アクチュエータは、複数用いられて放射状に配置され、
それぞれの前記圧電アクチュエータは、金属弾性板からなる中心電極と、該中心電極の両面にそれぞれ貼り合わされ、印加電圧によって伸縮振動するセラミックス製の薄板とから構成され、該薄板の伸縮振動に伴って該圧電アクチュエータの板厚方向に屈曲変位振動するバイモフル振動型であり、
前記圧電アクチュエータを、前記伸縮振動の振動方向が移動面に対して傾斜するように配置し、
前記圧電アクチュエータの中から移動方向に必要な圧電アクチュエータを選択し、
選択した該圧電アクチュエータに電圧を印加して、前記屈曲変位振動を生じさせて該圧電アクチュエータと前記移動面との間に生じる摩擦力に抗して該圧電アクチュエータと前記移動面との傾斜角度を変化させることにより物体を移動させる、ことを特徴とする振動移動方法。

【請求項2】
印加電圧により振動を生ずる圧電アクチュエータを用いた振動移動装置であって、
複数の前記圧電アクチュエータを有して放射状に配置された脚部と、前記圧電アクチュエータを支持する移動体本体と、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧供給装置と、前記アクチュエータの中から移動方向に必要な圧電アクチュエータを選択して該電圧供給装置から電圧を印加するコントローラと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、
金属弾性板からなる中心電極と、該中心電極の両面にそれぞれ貼り合わされ、印加電圧によって伸縮振動するセラミックス製の薄板とから構成され、該薄板の伸縮振動に伴って、該圧電アクチュエータが板厚方向に屈曲変位振動するバイモフル振動型であり、
前記伸縮振動の振動方向が移動面に対して傾斜するように前記移動本体に支持され、前記脚部と前記移動面との間に生じる摩擦力に抗して前記脚部と前記移動面との傾斜角度を変化させて移動することを特徴とする振動移動装置。

【請求項3】
前記脚部は、3枚の前記圧電アクチュエータを放射状に配置した構造である、請求項に記載の振動移動装置。

【請求項4】
前記移動体本体は、前記圧電アクチュエータの端部を下方から支持する下部支持体と、前記圧電アクチュエータを前記移動面側に押し付けるように前記下部支持体に固定された上部支持体と、を備える請求項2又は請求項に記載の振動移動装置。

【請求項5】
前記下部支持体は、放射状に延出された3枚の支持板と、該支持板を前記圧電アクチュエータの振動に追従できるように支持する下部支持体本体と、からなる請求項に記載の振動移動装置。

【請求項6】
前記上部支持体は、放射状に延出された3枚の押付板と、該押付板を前記圧電アクチュエータの傾斜角度よりも大きな角度となるように支持する上部支持体本体と、からなる請求項又は請求項に記載の振動移動装置。

【請求項7】
前記圧電アクチュエータの前記移動面と接触する部分に滑止体を設けた、請求項~請求項のいずれかに記載の振動移動装置。
産業区分
  • 発電、電動
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006321200thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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