(57)【要約】【課題】移動機構の小型化を現実のものにすることが期待されている。本発明はこの課題を解決するためになされたもので、微小作業機械を駆動することができる、小型でシンプルかつ高性能な振動駆動移動体を提供するものである。【解決手段】単体または複数の振動子3と、振動子3に接続してループを形成する弾性体2を一体化し、載置面5に接触する少なくとも3の接地脚を有し、交流電源6によって駆動された振動子3の振動が載置面5に伝達され、少なくとも3の接地脚が位相差を持って振動することによって、該接地脚と載置面5との摩擦により載置面5上を移動することを特徴とする振動駆動移動体1。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単体または複数の振動子と、該振動子に接続してループを形成する弾性体を一体化し、載置面に接触する少なくとも3の接地脚を有し、駆動された該振動子の振動が該載置面に伝達され、少なくとも3の接地脚が位相差を持って振動することによって、該接地脚と該載置面との摩擦により該載置面上を移動することを特徴とする振動駆動移動体。
【請求項２】
請求項1に記載の振動駆動移動体のループを形成する弾性体に代わり、該振動駆動移動体のループを形成する弾性体と類似した振動特性を有する、中空またはソリッドな形状の弾性体を搭載し、請求項1に記載の振動駆動移動体と同等の機能を有することを特徴とする振動駆動移動体。
【請求項３】
請求項1または2に記載の振動駆動移動体の振動子に、交流電圧を印加すると振動する圧電バイモルフ振動子を用いることを特徴とする振動駆動移動体。
【請求項４】
請求項1または2に記載の振動駆動移動体の振動子に、交流磁場を印加すると振動する磁歪材料を用いた振動子を用いることを特徴とする振動駆動移動体。
【請求項５】
請求項1または2に記載の振動駆動移動体の振動子に、光を照射すると振動する光歪材料を用いた振動子を用いることを特徴とする振動駆動移動機体。
【請求項６】
出力電圧および周波数を調整制御できる回路を有した該交流電源によって、該圧電バイモルフ振動子の駆動電圧および駆動周波数を調整制御して、移動速度および移動方向を変更することを特徴とする請求項1、2、または3に記載の振動駆動移動体。
【請求項７】
請求項1、2または3に記載の振動駆動移動体に、バッテリ電源を有する該交流電源および該調整制御回路が搭載されていることを特徴とする振動駆動移動体。
【請求項８】
請求項1、2、3、4、5、6または7に記載の振動駆動移動体を複数個連結し、多自由度の移動を行えることを特徴とする振動駆動移動体。
【請求項９】
請求項1、2、3、4、5、6、7または8に記載の振動駆動移動体を、動力源として利用することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１０】
請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9に記載の振動駆動移動体およびアクチュエータに、作業機器が搭載されていることを特徴とする振動駆動移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動子の振動を駆動力とし、小型の作業機械等を移動させることのできる移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人間が直接入り込むことができないような、狭く危険な環境における作業では、作業機械も必然的に小型になることが要求される。従来の小型移動体には車輪を回転させて移動するものや（例、特許文献1参照）、振動モータや振動子による振動を接地脚に伝達し載置面との摩擦で移動するものがあった（例、特許文献2参照）。
【０００３】
しかし、従来のモータや歯車によって更生される機構（例、特許文献1参照）では、部品の加工に高い技術が必要なために小型化に限度があり、さらに機構の動作に多様性を持たせようとすると、機構が一層複雑化する。また、従来の振動モータや振動子による振動を該接地脚に伝達し載置面との摩擦で移動する振動駆動移動体（例、特許文献2参照）は複数の接地脚に伝達される振動が同位相であり、またあらかじめ進行方向を該接地脚の取り付け角度によって設定しなければいけないため、前進もしくは後退といった一方向への動作しか得ることができなかった。
【０００４】
前進・後退の両動作を実現できるような小型の移動体を現実のものにすることが期待されている。
【０００５】
【特許文献１】特許公開２００４−１１９４号公報
【特許文献２】特許公開平９−８８８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、微小作業機械を駆動することができる、小型でシンプルかつ高性能な振動駆動移動体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項1に記載された振動駆動移動体は、単体または複数の振動子と、該振動子に連結してループを形成する弾性体と、該弾性体に一体化し、載置面に接触する少なくとも3の該接地脚とを有し、起動された該振動子の振動が伝達され、少なくとも3の該接地脚が位相差を持って振動することによって、該接地脚と該載置面との摩擦力により該載置面上を移動することを特徴とする。
【０００８】
同じく特許請求の範囲の請求項2に記載された振動駆動移動体は、請求項1に記載された振動駆動移動体を構成するループを形成する弾性体と類似した振動特性をもつ、中空またはソリッドな形状の弾性体を、該ループを形成する弾性体の代わりに搭載し、該載置面に接触する少なくとも3の該接地脚を有し、起動された該振動子の振動が伝達され、少なくとも3の該接地脚が位相差を持って振動することによって、接地脚と該載置面との摩擦力により該載置面上を移動することを特徴とする。
【０００９】
同じく特許請求の範囲の請求項3に記載された振動駆動移動体は、請求項1、2に記載された振動駆動移動体を構成する該振動子に、シンプルで小型化に適している、交流電源が接続されている電極を持った圧電バイモルフ振動子を用いることを特徴とする。
【００１０】
同じく特許請求の範囲の請求項4に記載された振動駆動移動体は、請求項1、2に記載された振動駆動移動体を構成する該振動子に、シンプルで小型化に適している、交流磁場を印加すると振動する磁歪材料を用いた振動子を用いることを特徴とする。
【００１１】
同じく特許請求の範囲の請求項5に記載された振動駆動移動体は、請求項1、2に記載された振動駆動移動体を構成する該振動子に、シンプルで小型化に適している、光を照射すると振動する光歪材料を用いた振動子を用いることを特徴とする。
【００１２】
同じく特許請求の範囲の請求項6に記載された振動駆動移動体は、該交流電源に、駆動電圧および／または駆動周波数を調整制御する回路を有し、駆動電圧および／または駆動周波数を調整制御して移動速度および／または移動方向を変更することを特徴とする。
【００１３】
同じく特許請求の範囲の請求項7に記載された振動駆動移動体は、バッテリ駆動交流電源および、駆動電圧および／または駆動周波数を調整制御する回路を有し、駆動電圧および／または駆動周波数を調整制御して移動速度および／または移動方向を変更することを特徴とする。
【００１４】
同じく特許請求の範囲の請求項8に記載された振動駆動移動体は、前記の振動駆動移動体を複数個相互に接続し、それぞれを独立に調整制御することで多自由度の移動を行うことを特徴とする。
【００１５】
特許請求の範囲の請求項9に記載されたアクチュエータは、前記の振動駆動移動体を動力源として用いることを特徴とする。
【００１６】
特許請求の範囲の請求項10に記載された振動駆動移動体は、前記の振動駆動移動体に、作業機器が搭載されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、モータや歯車等を用いず、構造がシンプルで小型化に適すると考えられる圧電バイモルフ振動子を駆動用アクチュエータとして用いることにより、水平方向への駆動力を得るものであり、また、該圧電バイモルフ振動子の駆動周波数あるいは駆動振幅の変化により、特別な部品を追加することなく、前進および後退動作を得ることを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
構造がシンプルで小型化に適すると考えられる圧電バイモルフ振動子を駆動用アクチュエータとして用いることが望ましい。該圧電バイモルフ振動子を弾性体に複数取りつけ、それぞれの該圧電振動子を異なる周波数や異なる駆動電圧で駆動することにより、該移動体と該載置面との、複数の接地点において、摩擦力あるいは反発力の差を変化させ、特別な部品を追加することなく、前進および後退動作を実現することが可能となる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２０】
本発明の一実施形態として、図1に単体の圧電バイモルフ型振動子を用いた移動体1の概要図を示す。実施例においては、載置面5との接地点が3点になるように加工した帯状弾性体を蹄鉄状に湾曲させ、その帯状弾性体の両端に圧電バイモルフ型振動子3を接着し、ループ状に閉じてある。実施例ではループを形成する弾性体2にPETフィルムを使用した。ここで、ループを形成する弾性体2を移動体の前方、圧電バイモルフ振動子3固定側を移動体の後方と定義する。圧電バイモルフ振動子の電極端子4と電圧および周波数調整制御機能を持つ交流電源6をリード線7で結線し、電源6より電力を供給する。
【００２１】
圧電バイモルフ振動子3は交流電圧を印加すると、図2に示すように繰り返し屈曲し、振動する。移動体1は圧電バイモルフ振動子3の振動により移動体全体を繰り返し伸縮させ、載置面5との摩擦力または反発力により、水平方向への駆動力を得ることにより水平方向の移動を可能にするものである。
【００２２】
図1の移動体に振幅30 Vp-pの正弦波交流電圧（駆動周波数2 Hz〜1000
Hz）を印加したときに得られた、移動速度−駆動周波数特性の実測値を図3に示す。測定はポリカーボネイト板載置面5上で行った。前方への移動速度を正の値とし、後方への移動速度を負の値とした。図3に示したように、移動体は駆動周波数に依存していろいろな移動速度で前進および後退する。前進最高速度は駆動周波数648 Hzにおいて176 mm/s、後退最高速度は駆動周波数314 Hzにおいて46 mm/sであった。実施例では直進性を得るために振動駆動移動体の該接地脚を左右対称に配置してあるが、該接地脚の配置を変えることで旋回等の移動が可能である。
【００２３】
図3で前進最高速度を確認したピーク周波数648 Hzにおける、移動速度−駆動電圧特性を図4に示す。前進速度は駆動電圧5 Vp-p以上でほぼ線形に増加する。
【００２４】
図3で後退最高速度を確認したピーク周波数314 Hzにおける、移動速度−駆動電圧特性を図5に示す。後退最高速度は駆動電圧15 Vp-p以上でほぼ線形に増加する。さらに、駆動電圧15 Vp-p以下では前進動作を確認した。
【００２５】
移動体1に正弦波交流電圧（駆動周波数550 Hz〜750
Hz、15 Vp-p及び30 Vp-p）を印加したときに得られる移動速度−駆動周波数特性を図6に示す。駆動電圧の変化により移動速度のピーク周波数がシフトすることを確認した。
【００２６】
移動体1の3の接地脚の振動特性を測定した。振動駆動移動体接地脚の振動特性の測定方法を図7に示す。移動体1の圧電バイモルフ振動子3の中心をバイス8で固定し、接地脚9a、ｂ、ｃの駆動周波数−振幅特性をレーザ変位計10で測定した。接地脚9aの振幅−駆動周波数特性を図8、接地脚9ｂの振幅−駆動周波数特性を図9、接地脚9ｃの振幅−駆動周波数特性を図10に示す。各接地脚の振幅−駆動周波数特性はそれぞれ異なる。この振幅−駆動周波数特性の差によって移動体は前進および後退などの多様な動作を、駆動周波数の調整制御を行うことで実現することが可能となる。
【００２７】
応用例として、図11に並列接続型振動駆動移動体を示す。該並列接続型振動駆動移動体は振動駆動移動体1を並列に配置し、振動駆動移動体接続腕11で振動駆動移動体1を相互に接続した構造である。振動駆動移動体1をそれぞれ独立に駆動させることで前進、後退および旋回等の多自由度の移動を行うことができる。
【００２８】
実施例では、振動駆動移動体1に外部の電圧および周波数調整制御機能を持つ交流電源6から電力の供給を行ったが、バッテリを電源として交流電圧を出力できるユニットを振動駆動移動体1に搭載し動作することも可能である。該交流電圧を出力できるユニットを搭載した振動駆動移動体1の回路図を図12に示す。該交流電圧を出力できるユニットはバッテリ12と発振回路13によって構成される。
【産業上の利用の可能性】
【００２９】
微小作業機械は、生体、プラントや各種装置内の複雑な微細配管や、原子炉などのように危険性が高く、あるいは狭小空間であるために人間の作業環境としては好ましくない場所における保守・点検・修理・治療などへの応用が期待されている。本発明による、モータや歯車を用いないシンプルな構造を特徴とする移動体は、微小作業機械用アクチュエータとして、微小機械の小型化と実用化に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】・・・本発明に関する圧電バイモルフ振動子を用いた移動体と、載置面の概観図。
【図２】・・・交流電圧を印加した際の、圧電バイモルフ振動子の振動の様子を示す図。
【図３】・・・移動体の移動速度−駆動周波数特性を示す図。
【図４】・・・移動体の移動速度−駆動電圧特性（駆動周波数648 Hz）を示す図。
【図５】・・・移動体の移動速度−駆動電圧特性（駆動周波数314 Hz）を示す図。
【図６】・・・速度ピーク周波数の駆動電圧によるシフト（駆動周波数550 Hz〜750 Hz）を示す図。
【図７】・・・振動駆動移動体接地脚の振動特性の測定方法を示す図。
【図８】・・・移動体接地脚9aの振幅−駆動周波数特性（駆動電圧30 Vp-p）を示す図。
【図９】・・・移動体接地脚9bの振幅−駆動周波数特性（駆動電圧30 Vp-p）を示す図。
【図１０】・・・移動体接地脚9ｃの振幅−駆動周波数特性（駆動電圧30 Vp-p）を示す図。
【図１１】・・・並列接続型振動駆動移動体を示す図。
【図１２】・・・該交流電圧を出力できるユニットを搭載した振動駆動移動体の回路を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
1は圧電バイモルフ型振動子を用いた移動体を示す。
2はループを形成する弾性体を示す。
3は圧電バイモルフ振動子を示す。
4は圧電バイモルフ振動子の電極端子を示す。
5は載置面を示す。
6は電圧および周波数調整制御機能を持つ交流電源を示す。
7はリード線を示す。
8はバイスを示す。
9a、b、cは接地脚を示す。
10はレーザ変位計を示す。
11は振動駆動移動体接続腕を示す。
12はバッテリを示す。
13は発振回路を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006271044.tif 000010
【図９】
2006271044.tif 000011
【図１０】
2006271044.tif 000012
【図１１】
2006271044.tif 000013
【図１２】
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