【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を備えた振動体を振動させて、この振動によって被駆動体を駆動する駆動機構およびこの駆動機構を用いた装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
圧電素子を備えた振動体で被駆動体を駆動する駆動機構としては、例えば、弾性部材からなる振動板の両面に圧電素子を貼設して振動体を構成するものがある（例えば特許文献１）。この駆動機構は、振動体の長手方向略中央において一つの支点で支持されており、この支点を振動体の振動の節近傍に配置することにより、振動を効率よく被駆動体に伝達できるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３３３４８０号公報 （第７〜８頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電素子の振動によって発生する振動体の駆動力は比較的大きい一方で、圧電素子の振動による振動体の振動変位は駆動力に比して通常小さい。このため、圧電素子の振動によって被駆動体を駆動する際には、圧電素子の振動を効率よく被駆動体に伝達することが非常に重要となる。しかしながら、前述のような駆動機構では、振動体の振動が振動体を支持する支持部材の支持部分において吸収されてしまう可能性がある。このような場合には、振動体の振動が当該部分において減衰され、振動を良好に被駆動体に伝達できない。
【０００５】
本発明の目的は、振動体の振動を効率よく被駆動体に伝達できる駆動機構およびこの駆動機構を用いた装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の駆動機構は、圧電素子を備えた振動体を被駆動体に当接して、振動体の振動によって被駆動体を駆動する駆動機構において、振動体を支持する支持体を備え、この支持体は剛体であることを特徴とする。
この発明によれば、支持体が剛体であるので一般的に低減衰特性となり、振動体が振動した際に支持体の支持部分での振動吸収が最小限に抑制される。つまり、振動体の振動が減衰されることなく被駆動体に伝達されるので、伝達効率が良好となる。
ここで、支持体が剛体であるとは、支持体が振動体よりも大きな剛性を有していることをいう。
【０００７】
本発明では、振動体および被駆動体のいずれか一方は、いずれか他方から離間可能に設けられていることが望ましい。
この発明によれば、振動体および被駆動体のいずれか一方が、いずれか他方から離間可能に設けられている。このため、振動体を被駆動体に当接して取り付ける際にも被駆動体に干渉することがなく、振動体の取付作業が容易となる。
【０００８】
本発明では、支持体および被駆動体のいずれか一方の他方に対する離間方向を規定する規定手段を備えていることが望ましい。
この発明によれば、規定手段が設けられているので、支持体および被駆動体のいずれか一方の離間方向が常に一方向に規定される。これにより、振動体の被駆動体に対する当接部分が長期間の使用によって摩耗した場合にも、常に振動体の被駆動体に対する当接角度が一定に保たれる。したがって駆動力が長期間にわたって安定することで駆動性能が安定するとともに、振動体の振動が良好に被駆動体に伝達される。
【０００９】
本発明では、振動体は、被駆動体への当接部分を含んだ中心線を軸として線対称に形成されているとともに、被駆動体を正逆両方向に移動させるように振動可能であることが望ましい。
この発明によれば、振動体が被駆動体への当接部分を含んだ中心線を軸として線対称に形成されている。したがって、被駆動体を正逆両方向に移動させるように振動する場合に、その振動挙動が中心線を軸として線対称となる。これにより、被駆動体が正逆どちらの方向にも良好に移動可能となる。つまり、例えば被駆動体が回転体の場合には、振動体の中心線が被駆動体の半径方向に沿うように配置すれば、被駆動体を正逆どちらの方向に移動させる時でも振動体の振動が良好に伝達される。あるいは、例えば被駆動体が棒状部材で直線運動をするものであれば、振動体の中心線を棒状部材の軸線方向に略直角に配置すればよい。これにより被駆動体が正逆両方向に良好に移動するので、駆動機構の可能駆動範囲が広がり、汎用性が向上する。
【００１０】
本発明では、振動体は、中心線を軸とした対称位置で支持体に支持されていることが望ましい。
この発明によれば、振動体が中心線を軸とする対称位置で支持されているので、振動体が被駆動体を正逆両方向に移動させるように振動する場合には、振動の軌道も中心を軸としてより一層良好な対称軌道を描く。これにより、振動体は被駆動体の正逆両方向の移動において同等の駆動力で駆動が可能となり、汎用性が向上する。
【００１１】
本発明では、振動体は被駆動体への当接部分が描く振動軌跡の面内方向に対して略直交する方向に揺動し、被駆動体における振動体の被当接面は、振動体の揺動方向の断面が円弧状面に形成されており、振動体の揺動半径をＲとし、被駆動体の円弧状面の半径をｒとすると、ｒ＜Ｒであることが望ましい。
この発明によれば、被駆動体に形成された円弧状面の半径ｒは、振動体の揺動半径Ｒより小さく設定されている。したがって、振動体の被駆動体への当接位置は、円弧状面の一点で安定し、振動体の揺動方向のずれが防止される。これにより、振動体の被駆動体への当接位置のばらつきによる駆動力への影響が抑制され、駆動性能が安定する。
【００１２】
本発明では、振動体は、当該振動体からの駆動力を伝達する伝達機構を備えた被駆動体を駆動することが望ましい。
この発明によれば、被駆動体に伝達機構が設けられているので、振動体から被駆動体への駆動力をさらに伝達機構で伝達することによって、被駆動体の駆動速度を所望の速度に調節可能となる。また、この伝達機構により例えば回転運動を直線運動に、あるいはその反対に変換することが可能となり、駆動機構の適用範囲が広くなる。
【００１３】
本発明では、被駆動体はベアリングを構成する回転体であるとともに、振動体は回転体の内周側から当接されることが望ましい。
この発明によれば、被駆動体がベアリングを兼ねて構成されているので、駆動機構の部品点数が減少し、製造コストが安価になる。また、振動体が回転体である被駆動体の内周側から当接されているので、振動体が被駆動体の回転軌道内に収納され、駆動機構の小型化が促進される。
【００１４】
本発明では、被駆動体は回転体であるとともに、振動体は被駆動体の外周側から当接されることが望ましい。
この発明によれば、振動体が回転体である被駆動体の外周側から当接されているので、振動体および被駆動体を平面的に配置することが可能となり、駆動機構の薄型化が促進される。
【００１５】
本発明では、支持体または支持体を固定する固定体は、振動体または支持体を固定する固定用、または振動体への配線用の孔を備えていることが望ましい。
この発明によれば、振動体または支持体を固定する固定用の孔、あるいは配線用の孔が予め設けられているので、駆動機構の組立が容易になる。
【００１６】
本発明の装置は、前述の駆動機構を少なくとも一つ用いていることが望ましい。
この発明によれば、本発明の駆動機構を用いて種々の装置を構成しているので、前述のような効果が得られ、振動体の振動が効率よく被駆動体に伝達される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
【００１８】
〔第一実施形態〕
図１には、第一実施形態にかかる駆動機構１の平面図が示されている。この図１において駆動機構１は、圧電素子２２を備えた振動体２と、振動体２を振動可能に支持する支持体３とを備えている。この駆動機構１は、円盤状の被駆動体１００とともに固定体４に固定されている。
図２には、振動体２および支持体３の拡大斜視図が示されている。この図２にも示されるように振動体２は、略矩形平板状に形成された補強板２１と、この補強板２１の表裏両面に設けられた平板状の圧電素子２２とを備えている。
補強板２１は、ステンレス鋼、その他の材料から構成され、長手方向の一端には幅方向略中央に凸部２３が一体的に形成されている。補強板２１は、凸部２３の先端が被駆動体１００の外周に当接され、当接部分において被駆動体１００に対して略直角に（つまり被駆動体１００の半径方向に沿うように）配置されている。また、補強板２１の長手方向略中央には、幅方向両側に腕部２４が一体的に形成されている。腕部２４は、補強板２１の長手方向に対してほぼ直角に突出しており、これらの端部にはそれぞれ孔２４１が穿設されている。
圧電素子２２は、補強板２１の両面の略矩形状部分に接着されている。圧電素子２２の材料は、特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
【００１９】
また、圧電素子２２の両面には、ニッケルメッキ層および金メッキ層などが形成されて電極が形成されている。この電極は、溝によってメッキ層が互いに電気的に絶縁されることで複数の電極が形成され、これらの電極は、圧電素子２２の長手方向に沿った中心線を軸として線対称に形成されている。つまり、圧電素子２２を幅方向にほぼ三等分するように二本の溝２５Ａが形成され、これらの溝２５Ａで分割された三つの電極のうち両側の電極ではさらに長手方向をほぼ二等分するように溝２５Ｂが形成されている。これらの溝２５Ａ，２５Ｂにより、圧電素子２２の表面には五つの電極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅが形成される。これらの電極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅのうち、対角線上両端に位置する電極２２Ａおよび電極２２Ｅをつなぐリード線（図示せず）と、電極２２Ｂおよび電極２２Ｄをつなぐリード線（図示せず）と、電極２２Ｃに接続されたリード線（図示せず）とは、これらの電極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに所定周波数の電圧を印加する印加装置（図示せず）に接続されている。なお、これらの電極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、補強板２１を挟んで設けられた表裏両方の圧電素子２２に同様に設けられており、例えば電極２２Ａの裏面側にも別の電極２２Ａが形成されている。
ここで、圧電素子２２に印加される電圧の周波数は、補強板２１の振動時に縦振動共振点の近くに屈曲共振点が現れて凸部２３が良好な楕円軌道を描くように設定される。また、圧電素子２２の寸法や、厚さ、材質、電極の分割形態などは、圧電素子２２に電圧が印加された時に、凸部２３が良好な楕円軌道を描きやすいように適宜決定される。なお、振動体２に印加される電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形波、台形波などが採用できる。
【００２０】
支持体３は、振動体２が固定される一対の固定部３１と、これらの固定部３１の間に一体的に形成され、固定体４にスライド可能に支持されるスライド部３２とを備えている。固定部３１には、腕部２４の孔２４１に対応する位置にねじ部３４が形成されている。このねじ部３４に孔２４１を貫通してねじ２６が螺合されることにより振動体２が固定部３１に固定されている。
ここで、本実施形態では支持体３はＳ８０Ｃの炭素鋼で構成され、比重７．８、ヤング率２０８ＧＰａ、ビッカース硬さ（Ｈｖ）５００の、いわゆる剛体であり、振動体２の補強板２１よりも高剛性となっている。この支持体３には、振動体２がねじ２６によって所定トルク範囲内で螺合されることで剛に固定されている。一般的に材料（特に金属）は剛体であるほど振動減衰特性が悪くなるので、本実施形態のように支持体３を剛体で構成することにより、振動体２の振動が支持体３によって吸収されにくく、また減衰しにくくなっている。なお、ねじ２６や支持体３の形状や材料は、当該部材の固有振動数が振動体２の振動周波数と同じにならないように設定されていることがより望ましい。このように設定することにより、振動体２の振動がねじ２６あるいは支持体３にさらに吸収されにくくなる。
図３には、駆動機構１の断面図が示されている。この図３にも示されるように、スライド部３２は、固定体４に凹状に形成されたスライド溝４１に配置されている。また、スライド部３２の幅方向略中央には、被駆動体１００に対する凸部２３の当接方向に沿って長孔３３が複数箇所（本実施形態では二箇所）形成されている。この長孔３３には、ねじ４２１が貫通しており、このねじ４２１は、固定体４に形成されたねじ孔４２に螺合されている。これにより、支持体３は長孔３３の長手方向にスライド可能となっている。つまり、振動体２の凸部２３は、被駆動体１００への当接部分から被駆動体１００の半径方向に沿って離間可能となっている。
なお、固定部３１とスライド部３２とは段差を有して形成されている。つまり固定部３１およびスライド部３２によって中央に凹状部分が形成されている。これにより、振動体２が固定部３１に取り付けられた時に振動体２とスライド部３２との間には隙間が形成され、振動体２が振動してもスライド部３２を貫通するねじ４２１に干渉しないようになっている。
図１に示されるように、支持体３両側の固定部３１において、被駆動体１００側とは反対の端部側面には、円柱状に突出したばね取付部３５がそれぞれ形成されている。このばね取付部３５にはばね３６の一端が挿入されている。ばね３６は、その伸縮方向が振動体２の離間方向に平行となるように配置され、他端は、固定体４に設けられた係止片３７に固定されている。このばね３６のばね力により、振動体２の凸部２３は被駆動体１００に適当な付勢力で押しつけられている。
【００２１】
被駆動体１００は、固定体４に嵌合された軸受ピン４３（図３）で回転可能に支持されている。被駆動体１００には、外周に沿って断面円弧状の凹部１０１が形成され、この凹部１０１に振動体２の凸部２３の先端が当接されている。この凹部１０１の表面は、凸部２３との摩耗を低減できるように滑らかに仕上げられている。
ここで、振動体２は腕部２４の支持位置を中心に揺動可能となっている。この時、図１にも示されるようにこの揺動半径をＲとし、また図３に示されるように被駆動体１００の凹部１０１の半径をｒとすると、ｒ＜Ｒとなるように設定されている。
【００２２】
このような駆動機構１は、次のように動作する。
印加装置により振動体２の補強板２１と圧電素子２２との間に交流電圧を印加して振動体２を振動させる。この時、圧電素子２２においては電極２２Ａ，２２Ｅおよび電極２２Ｃのみに電圧を印加することにより、凸部２３は縦振動と屈曲振動を組み合わせた楕円軌道を描いて振動する。凸部２３は、楕円軌道の一部で被駆動体１００の凹部１０１に押し付けられて、被駆動体１００との摩擦力によって被駆動体１００を円周方向に間欠回転させる。これを所定の周波数で繰り返し行うことにより、被駆動体１００は一方向に所定の回転速度で回転する。
また、被駆動体１００を反対方向に回転させる場合には、圧電素子２２に印加する電圧の電極を振動体２の長手方向に沿った中心線を軸として線対称に切り替える。つまり、圧電素子２２の電極２２Ｂ，２２Ｄおよび電極２２Ｃに所定周波数の電圧を印加すれば、凸部２３は反対方向の楕円軌道を描いて振動する。これにより、被駆動体１００は反対方向に回転する。
【００２３】
このような駆動機構１によれば、次のような効果が得られる。
（１） 振動体２が剛体の支持体３に固定されているので、支持体３の振動減衰特性が悪くなり、振動体２の振動が支持体３との結合部分で吸収されるのを最小限に抑制できる。つまり、振動体２の振動減衰を最小限に抑制できるので、振動体２の振動を良好に被駆動体１００に伝達できる。
【００２４】
（２） 振動体２が被駆動体１００の外周側から当接されているので、被駆動体１００および振動体２を固定体４上に平面的に配置でき、駆動機構１の薄型化を促進できる。
【００２５】
（３） 振動体２が被駆動体１００に対して離間可能となっているので、被駆動体１００あるいは振動体２を取り付ける際には、ばね３６を縮ませて振動体２を被駆動体１００から離間させる。振動体２および被駆動体１００を干渉させることなく組み立てることができので、駆動機構１の組立工程を簡略化できる。
また、この時支持体３は、ばね３６、長孔３３およびスライド溝４１によってその離間方向が被駆動体１００の半径方向に規制されている。つまり、これらばね３６、長孔３３、およびスライド溝４１が本発明の規制手段の役割を果たしている。これにより振動体２の被駆動体１００に対する離間方向が一定となるので、例えば長期間の使用で凸部２３が摩耗した場合でも振動体２の被駆動体１００への当接角度を一定に保持できる。したがって振動体２および被駆動体１００の摩擦力を一定にでき、駆動力を長期間にわたって安定させることができる。
【００２６】
（４） 振動体２が凸部２３を含むように長手方向に沿った中心線を軸として線対称に形成されている。このため、電圧を印加する圧電素子２２の電極を線対称に選択すれば、凸部２３が逆向きの軌道を描き、被駆動体１００を逆方向に回転させることができる。また、この時振動体２が腕部２４によって両側から長手方向に沿った中心線を軸として線対称に支持されているので、振動体２の振動軌跡が両方向で対称となる。よって、振動体２が両方向の振動に対して良好に振動して、被駆動体１００を良好に駆動できる。さらに、振動体２が被駆動体１００の半径方向に沿って当接されているので、凸部２３が逆方向の楕円軌道を描いた時に被駆動体１００に対しての駆動力が対称となり被駆動体１００を正逆両方向により一層良好に駆動できる。
【００２７】
（５） 振動体２の腕部２４から凸部２３先端までの距離Ｒは、被駆動体１００の凹部１０１の半径ｒより大きく設定されているので、凸部２３が常に被駆動体１００の厚み方向略中央で安定する。これにより、振動体２および被駆動体１００の相対的な位置のずれを防止でき、振動体２の被駆動体に対する駆動力のばらつきを抑制できる。したがって、振動体２の振動を被駆動体１００に効率よく伝達できる。
【００２８】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態の駆動機構が被駆動体の内周側に当接されているものである。
図４には、第二実施形態にかかる駆動機構１の平面図が、また図５には駆動機構１の側断面図が示されている。これらの図４および図５において、振動体２および支持体３は円盤状の固定体４に固定されており、この固定体４の外周には環状の被駆動体１００が、周方向に等間隔で配置された複数のボール４４を介して回転可能に設けられている。複数のボール４４は、被駆動体１００の内周に形成された溝１０２と、固定体４の外周に形成された傾斜部分と、固定体４に固定された環状の押さえ板４４１の傾斜部分とで挟まれることによって溝１０２に収まっている。また、固定体４と押さえ板４４１との間には環状のボール保持部４４２が介装されている。このボール保持部４４２は、外周にボール４４と同数の略半円形の切欠部分が形成され、この切欠部分にボール４４がそれぞれ配置されることで、固定体４の外周で所定間隔を保っている。
圧電素子２２の電極に接続された図示しないリード線は、固定体４に形成された配線用の孔４６を通って反対側において図示しない印加装置に接続される。
被駆動体１００には、内周に沿って半径ｒの断面円弧状の凹部１０１が形成され、この凹部１０１に振動体２の凸部２３が当接されている。なお、第二実施形態においても、第一実施形態と同様に振動体２の腕部２４から凸部２３までの距離、すなわち揺動半径をＲとすると、ｒ＜Ｒとなるように設定されている。
このような駆動機構１では、圧電素子２２に電圧を印加して振動体２を振動させると、被駆動体１００が回転する。
【００２９】
このような駆動機構１によれば、第一実施形態の（１）、（３）、（４）および（５）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（６） 被駆動体１００は、固定体４に対してボール４４を介して支持されることでボールベアリングの外輪を兼ねている。これにより、駆動機構１の部品点数を減少でき、製造コストを削減できる。また、この時ボール４４は円盤状の固定体４の外周に設けられており、被駆動体１００が被駆動体１００の回転中心から離れた外縁付近を内周から支持している。つまり、被駆動体１００のボール４４による回転支持位置が、凸部２３が当接される凹部１０１の位置に近いので、被駆動体１００の回転時に軸方向のずれを最小限に抑制できる。
また、振動体２が被駆動体１００の内周側に当接されているので、振動体２を被駆動体１００の内側に配置できる。被駆動体１００の回転軌道内に振動体２を収納できるので、駆動機構１の小型化を促進できる。
【００３０】
（７） 圧電素子２２の電極に接続されたリード線が固定体４に形成された孔４６を通って反対側に配線されるので、固定体４のスペースを有効に活用することができる。また、予め配線用の孔４６が形成されているので、駆動機構１の組立が簡単にできる。
【００３１】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態は、第一実施形態の駆動機構を装置としてのオルゴールに適用したものである。
図６には、第三実施形態にかかるオルゴール５が示されている。この図６において、被駆動体１００には、被駆動体１００の回転運動を伝達する伝達機構としての輪列５１が接続されている。輪列５１には、円柱形のドラム５２が接続されており、このドラム５２に対応する櫛歯５３は、固定体４に固定されている。ドラム５２の外周表面には、所定位置に複数の突起５２１が形成されている。また、振動体２の複数の電極はそれぞれ印加装置２７に接続されており、印加装置２７には、図示しない電源回路を介して電池２７１（本実施形態ではボタン型）からの電力が供給されている。
このようなオルゴール５では、駆動機構１の駆動によって被駆動体１００が回転すると、この回転運動は輪列５１によって減速されてドラム５２に伝達される。ドラム５２が回転すると、外周表面の突起５２１がそれに対応する位置の櫛歯５３を弾き、これにより曲を奏でる。
【００３２】
このようなオルゴール５によれば、第一実施形態の（１）、（２）、（３）、（４）および（５）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（８） 被駆動体１００に輪列５１が設けられているので、被駆動体１００の回転速度を所望の回転速度に増速あるいは減速してドラム５２に伝達することができる。
【００３３】
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態は、第二実施形態の駆動機構を装置としての車の玩具に適用したものである。
図７（Ａ）には、第四実施形態にかかる車６の全体図を示す側面図が、また図７（Ｂ）には車６の平面図が示されている。この図７において、車６は、車体６１に前輪６２Ａ，６２Ｂと、後輪６２Ｃ，６２Ｄとが設けられている。前輪６２Ａ，６２Ｂは、それぞれ第一実施形態の駆動機構１Ａ，１Ｂを備えて構成され、固定体４Ａ，４Ｂの中心に形成された軸４５Ａ，４５Ｂによって車体６１に固定されている。被駆動体１００Ａ，１００Ｂの外周に形成された溝には環状のゴム１０３Ａ，１０３Ｂが嵌めこまれ、これによって、接地面との摩擦力を高めてタイヤの役割を果たす。一方、後輪６２Ｃ，６２Ｄは、円盤状部材の外周にゴム１０３Ｃ，１０３Ｄが嵌めこまれ、車体６１に回転可能に支持されている。
前輪６２Ａ，６２Ｂそれぞれの振動体２の電極に接続されたリード線は、固定体４に形成された孔４６（第二実施形態の図４）を貫通して、それぞれ別の印加装置に接続されている。また二つの印加装置は、車６の動作を制御する制御手段に電気的に接続されている。
【００３４】
このような車６では、 制御手段からの走行信号によって印加装置がそれぞれ振動体２Ａ，２Ｂに電圧を印加する。振動体２Ａ，２Ｂは車６の前進方向に被駆動体１００Ａ，１００Ｂを同じ回転速度で駆動し、これにより車６は前進する。
制御手段から右折の信号が送信されると、振動体２Ａに接続された印加装置はＯＮとなり、振動体２Ｂに接続された印加装置はＯＦＦとなる。これにより、振動体２Ａにのみに電圧が印加され、前輪６２Ａは回転し、前輪６２Ｂは停止する。よって、車６は右に旋回する。反対に、左折する場合には、振動体２Ｂにのみ電圧を印加すれば、車６は左に旋回する。
また、制御手段からの後進信号によって、印加装置は電圧を印加する振動体２Ａ，２Ｂの電極を変更し、振動体２Ａ，２Ｂを逆方向に振動させる。これにより、被駆動体１００Ａ，１００Ｂは逆回転し、車６が後進する。後進する場合にも、制御手段からの信号によって、右折および左折を制御できる。
このような第四実施形態によれば、第二実施形態の駆動機構１を用いているので、第一実施形態の（１）、（３）、（４）および（５）の効果と同様の効果および第二実施形態の（６）および（７）の効果と同様の効果が得られる。また、車体６１に、印加装置の動作を制御する制御手段を設けて、振動体２に電圧を印加するタイミングや電極の選択などを制御しているので、車６の走行が自動でできる。これにより、リモートコントローラなどによって制御手段に無線で指令を送信すれば、遠隔操作をすることも可能となる。
【００３５】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、各実施形態において振動体２は、剛体の支持体３に支持されることで振動の吸収を最小限に防止していたが、このような構成に限らない。例えば、振動体２の腕部２４やねじ２６が補強板２１とは別部材の剛体で構成されていてもよい。これらのような場合には、振動体２の腕部２４あるいはねじ２６、および支持体３の両方が剛体で構成されているので、より確実に振動体２の振動の伝達を防止できる。
【００３６】
振動体２は被駆動体１００に対して離間可能に設けられていたが、これに限らず例えば被駆動体１００が振動体２に対して離間可能に設けられていてもよい。要するに、いずれか一方が他方に対して離間可能であれば、部品の取付時に両者が干渉することなく、駆動機構１の組立工程を簡略化できる。また、振動体２の被駆動体１００に対する離間方向は被駆動体１００の半径方向に沿った方向のみであったが、これに限らず適宜任意の方向に離間可能に設けてよい。さらに、振動体２および被駆動体１００の離間方向は一方向に限らない。例えば振動体２を一つの支点で支持すれば、振動体２は被駆動体１００に対してこの支点を中心に回動する方向に離間することとなる。この場合でも振動体２が被駆動体１００に良好に当接されていれば、効率よく駆動力を伝達できる。
【００３７】
振動体２は長手方向略中央を腕部２４によって両側から支持されていたが、これに限らず片側から支持されるものであってもよい。その場合でも支持体３が剛体であれば振動体２の振動減衰を防止して良好な伝達効率を得ることができる。
振動体２の形状は、凸部２３を含んだ長手方向の沿った中心線を軸として線対称に形成されていたが、これに限らない。例えば、被駆動体１００を正逆両方向に駆動する必要がない場合には、必ずしも振動体２を線対称に形成する必要はない。また、圧電素子２２の電極についても、各実施形態において五つ形成されていたが、これに限らず駆動機構１の用途に応じて適宜設定してよい。
固定体４に設けられた孔４６は、第二実施形態および第四実施形態においては圧電素子２２の電極に接続されたリード線を通す配線用のものであったが、これに限らない。例えば、固定体４を駆動機構１が適用される装置にねじ止めする場合などに、固定用の孔として利用してもよい。この場合でも、予め固定体４に孔が形成されているので、駆動機構１の組立工程を簡単にできる。
被駆動体１００の形状は、各実施形態において回転体であったが、これに限らず例えば棒状部材が直線移動するものであってもよい。また、被駆動体１００に設けられる伝達機構も、第三実施形態では輪列５１であったが、これに限らず例えばラックとピニオンなどのように回転運動を直線運動に変換して伝達するものであってもよい。
【００３８】
このような駆動機構１は、第三実施形態ではオルゴール５に、また第四実施形態では車６に適用されていたが、これに限らず様々な装置に適用できる。この時、駆動機構１は一つ設けられていたが、これに限らず複数設けられていてもよく、要するに少なくとも一つ用いられていればよい。
【００３９】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００４０】
【発明の効果】
このような本発明によれば振動体が剛体の支持体に支持されているので、振動体の振動が支持体に吸収されず、振動の減衰を最小限に抑制でき、振動体の振動を効率よく被駆動体に伝達できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる駆動機構の平面図。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる振動体の拡大斜視図。
【図３】本発明の第一実施形態にかかる駆動機構の断面図。
【図４】本発明の第二実施形態にかかる駆動機構の平面図。
【図５】本発明の第二実施形態にかかる駆動機構の断面図。
【図６】本発明の第三実施形態にかかる駆動機構の平面図。
【図７】本発明の第四実施形態にかかる装置を示す図。
【符号の説明】
１…駆動機構、２…振動体、３…支持体、４…固定体、５…オルゴール（装置）、６…車（装置）、２１…補強板、２２…圧電素子、２３…凸部、２４…腕部、２７…印加装置、３１…固定部、３２…スライド部、３６…ばね、４１…スライド溝、４４…ボール、５１…輪列（伝達機構）、１００…被駆動体、１０１…凹部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a driving mechanism that vibrates a vibrating body having a piezoelectric element and drives a driven body by the vibration, and an apparatus using the driving mechanism.
[0002]
[Background Art]
As a driving mechanism for driving a driven body with a vibrating body having a piezoelectric element, for example, there is a driving mechanism in which a piezoelectric element is attached to both surfaces of a vibration plate made of an elastic member to constitute a vibrating body (for example, Patent Document 1) ). This driving mechanism is supported by a single fulcrum at substantially the center in the longitudinal direction of the vibrating body. By disposing this fulcrum near a node of vibration of the vibrating body, vibration can be efficiently transmitted to the driven body. ing.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-333480 (pages 7 to 8)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, while the driving force of the vibrating body generated by the vibration of the piezoelectric element is relatively large, the vibration displacement of the vibrating body due to the vibration of the piezoelectric element is usually smaller than the driving force. Therefore, when the driven body is driven by the vibration of the piezoelectric element, it is very important to efficiently transmit the vibration of the piezoelectric element to the driven body. However, in the driving mechanism as described above, there is a possibility that the vibration of the vibrating body is absorbed by the supporting portion of the supporting member that supports the vibrating body. In such a case, the vibration of the vibrating body is attenuated in the portion, and the vibration cannot be transmitted to the driven body in a satisfactory manner.
[0005]
An object of the present invention is to provide a driving mechanism capable of efficiently transmitting vibration of a vibrating body to a driven body, and an apparatus using the driving mechanism.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The driving mechanism of the present invention is a driving mechanism in which a vibrating body having a piezoelectric element is brought into contact with a driven body to drive the driven body by vibration of the vibrating body. The body is characterized by being rigid.
According to the present invention, since the support is a rigid body, the support generally has low damping characteristics, and when the vibrator vibrates, the vibration absorption at the support portion of the support is suppressed to a minimum. That is, since the vibration of the vibrating body is transmitted to the driven body without being attenuated, the transmission efficiency is improved.
Here, that the support is rigid means that the support has greater rigidity than the vibrator.
[0007]
In the present invention, it is preferable that one of the vibrating body and the driven body is provided so as to be separated from the other.
According to the present invention, one of the vibrating body and the driven body is provided so as to be separated from the other. Therefore, even when the vibrating body is mounted in contact with the driven body, the vibrating body does not interfere with the driven body, and the work of mounting the vibrating body becomes easy.
[0008]
In the present invention, it is desirable to have a defining means for defining a direction in which one of the support and the driven body is separated from the other.
According to the present invention, since the defining means is provided, the separation direction of one of the support and the driven body is always defined in one direction. Thereby, even when the contact portion of the vibrating body to the driven body is worn due to long-term use, the contact angle of the vibrating body to the driven body is always kept constant. Therefore, since the driving force is stabilized for a long period of time, the driving performance is stabilized, and the vibration of the vibrating body is favorably transmitted to the driven body.
[0009]
In the present invention, the vibrating body is formed symmetrically with respect to a center line including a contact portion with the driven body as an axis, and can vibrate so as to move the driven body in both forward and reverse directions. Is desirable.
According to the present invention, the vibrating body is formed to be line-symmetric with respect to the center line including the contact portion with the driven body. Therefore, when the driven body vibrates so as to move in both the forward and reverse directions, the vibration behavior is line-symmetric with respect to the center line as an axis. Thereby, the driven body can be favorably moved in both the forward and reverse directions. That is, for example, when the driven body is a rotating body, if the center line of the vibrating body is arranged along the radial direction of the driven body, the vibrating body can be moved in either the forward or reverse direction when the driven body is moved. Is transmitted well. Alternatively, for example, when the driven body is a rod-shaped member that makes a linear motion, the center line of the vibrating body may be arranged at a right angle to the axial direction of the rod-shaped member. As a result, the driven body moves favorably in both the forward and reverse directions, so that the possible driving range of the driving mechanism is increased, and the versatility is improved.
[0010]
In the present invention, it is desirable that the vibrator is supported by the support at a symmetrical position about the center line.
According to the present invention, since the vibrating body is supported at a symmetric position about the center line, when the vibrating body vibrates to move the driven body in both the forward and reverse directions, the vibration trajectory is also at the center. Draw a better symmetry orbit around the axis. Accordingly, the vibrating body can be driven with the same driving force when the driven body moves in both the forward and reverse directions, and the versatility is improved.
[0011]
In the present invention, the vibrating body swings in a direction substantially orthogonal to the in-plane direction of the vibration trajectory drawn by the contact portion with the driven body, and the abutted surface of the vibrating body in the driven body is Is formed in an arcuate surface, and it is preferable that r <R, where R is the oscillation radius of the vibrating body and r is the radius of the arcuate surface of the driven body.
According to the present invention, the radius r of the arc-shaped surface formed on the driven body is set smaller than the swing radius R of the vibrating body. Therefore, the contact position of the vibrating body to the driven body is stabilized at one point of the arc-shaped surface, and the displacement of the vibrating body in the swing direction is prevented. Thereby, the influence on the driving force due to the variation in the contact position of the vibrating body with the driven body is suppressed, and the driving performance is stabilized.
[0012]
In the present invention, it is desirable that the vibrating body drives a driven body including a transmission mechanism for transmitting a driving force from the vibrating body.
According to the present invention, since the driven body is provided with the transmission mechanism, the driving force from the vibrating body to the driven body is further transmitted by the transmission mechanism, so that the driving speed of the driven body is set to a desired speed. It will be adjustable. In addition, this transmission mechanism makes it possible to convert, for example, a rotary motion into a linear motion or vice versa, and the application range of the drive mechanism is widened.
[0013]
In the present invention, it is preferable that the driven body is a rotating body constituting a bearing, and the vibrating body is brought into contact with the rotating body from the inner peripheral side.
According to the present invention, since the driven body is also configured as a bearing, the number of components of the driving mechanism is reduced, and the manufacturing cost is reduced. Further, since the vibrating body is abutted from the inner peripheral side of the driven body which is a rotating body, the vibrating body is housed in the rotation trajectory of the driven body, and downsizing of the driving mechanism is promoted.
[0014]
In the present invention, the driven body is preferably a rotating body, and the vibrating body is preferably brought into contact with the driven body from the outer peripheral side.
According to the present invention, since the vibrating body is in contact with the outer peripheral side of the driven body that is a rotating body, the vibrating body and the driven body can be arranged in a plane, and the driving mechanism can be made thinner. Promoted.
[0015]
In the present invention, the support or the fixing body for fixing the support preferably has a hole for fixing the vibrator or the support or for wiring to the vibrator.
According to the present invention, since a fixing hole for fixing the vibrating body or the support or a hole for wiring is provided in advance, assembly of the drive mechanism is facilitated.
[0016]
The apparatus of the present invention desirably uses at least one of the aforementioned driving mechanisms.
According to the present invention, since various devices are configured using the drive mechanism of the present invention, the above-described effects are obtained, and the vibration of the vibrating body is efficiently transmitted to the driven body.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in the second embodiment and later, which will be described later, components that are the same as components in the first embodiment described below and that have similar functions are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be simplified or omitted.
[0018]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a plan view of a drive mechanism 1 according to the first embodiment. In FIG. 1, the driving mechanism 1 includes a vibrating body 2 having a piezoelectric element 22 and a supporting body 3 for supporting the vibrating body 2 so that it can vibrate. The drive mechanism 1 is fixed to the fixed body 4 together with the disk-shaped driven body 100.
FIG. 2 is an enlarged perspective view of the vibrator 2 and the support 3. As shown in FIG. 2, the vibrating body 2 includes a reinforcing plate 21 formed in a substantially rectangular flat plate shape, and flat plate-shaped piezoelectric elements 22 provided on both front and back surfaces of the reinforcing plate 21.
The reinforcing plate 21 is made of stainless steel or another material, and a protrusion 23 is integrally formed at one end in the longitudinal direction at substantially the center in the width direction. The reinforcing plate 21 has the distal end of the convex portion 23 abutting on the outer periphery of the driven body 100, and substantially a right angle to the driven body 100 at the contact portion (that is, along the radial direction of the driven body 100). Are located. At the substantially center of the reinforcing plate 21 in the longitudinal direction, arms 24 are integrally formed on both sides in the width direction. The arms 24 project substantially perpendicularly to the longitudinal direction of the reinforcing plate 21, and holes 241 are formed at their ends.
The piezoelectric elements 22 are bonded to substantially rectangular portions on both sides of the reinforcing plate 21. The material of the piezoelectric element 22 is not particularly limited. Lead zirconate titanate (PZT), quartz, lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead metaniobate, polyvinylidene fluoride, lead zinc niobate, scandium niobium Various materials such as lead acid can be used.
[0019]
On both surfaces of the piezoelectric element 22, a nickel plating layer, a gold plating layer, and the like are formed to form electrodes. In this electrode, a plurality of electrodes are formed by electrically insulating the plating layers from each other by the groove, and these electrodes are formed symmetrically about a center line along the longitudinal direction of the piezoelectric element 22 as an axis. I have. That is, two grooves 25A are formed so as to substantially divide the piezoelectric element 22 in the width direction. Of the three electrodes divided by these grooves 25A, the electrodes on both sides further divide the longitudinal direction into substantially equal parts. The groove 25B is formed so as to perform the above. With these grooves 25A and 25B, five electrodes 22A, 22B, 22C, 22D and 22E are formed on the surface of the piezoelectric element 22. Among these electrodes 22A, 22B, 22C, 22D, and 22E, a lead wire (not shown) that connects the electrodes 22A and 22E located at both ends on a diagonal line, and a lead wire (not shown) that connects the electrodes 22B and 22D. ) And a lead wire (not shown) connected to the electrode 22C are connected to an application device (not shown) that applies a voltage of a predetermined frequency to these electrodes 22A, 22B, 22C, 22D, and 22E. I have. The electrodes 22A, 22B, 22C, 22D, and 22E are similarly provided on both the front and back piezoelectric elements 22 provided with the reinforcing plate 21 interposed therebetween. For example, another electrode is provided on the back side of the electrode 22A. 22A are formed.
Here, the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 22 is set such that a bending resonance point appears near the longitudinal vibration resonance point when the reinforcing plate 21 vibrates, and the convex portion 23 draws a good elliptical orbit. In addition, the dimensions, thickness, material, division form of the electrodes, and the like of the piezoelectric element 22 are appropriately determined so that the projection 23 can easily draw a good elliptical orbit when a voltage is applied to the piezoelectric element 22. The waveform of the voltage applied to the vibrating body 2 is not particularly limited, and may be, for example, a sine wave, a rectangular wave, a trapezoidal wave, or the like.
[0020]
The support 3 includes a pair of fixed portions 31 to which the vibrating body 2 is fixed, and a slide portion 32 integrally formed between the fixed portions 31 and slidably supported by the fixed body 4. I have. A screw portion 34 is formed in the fixing portion 31 at a position corresponding to the hole 241 of the arm portion 24. The vibrating body 2 is fixed to the fixing portion 31 by screwing the screw 26 into the screw portion 34 through the hole 241.
Here, in the present embodiment, the support 3 is made of S80C carbon steel, is a so-called rigid body having a specific gravity of 7.8, a Young's modulus of 208 GPa, and a Vickers hardness (Hv) of 500. Also have high rigidity. The vibrating body 2 is rigidly fixed to the support 3 by being screwed within a predetermined torque range by a screw 26. In general, a material (particularly, a metal) becomes harder, so that the vibration damping characteristic becomes worse. Therefore, by configuring the support 3 as a rigid body as in the present embodiment, the vibration of the vibrator 2 is absorbed by the support 3. It is difficult to attenuate. It is more desirable that the shape and the material of the screw 26 and the support 3 are set so that the natural frequency of the member does not become the same as the vibration frequency of the vibrator 2. With this setting, the vibration of the vibrating body 2 is less likely to be absorbed by the screw 26 or the support 3.
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the drive mechanism 1. As shown in FIG. 3, the slide portion 32 is disposed in a slide groove 41 formed in the fixed body 4 in a concave shape. A plurality of (in this embodiment, two) long holes 33 are formed substantially at the center in the width direction of the slide portion 32 along the contact direction of the convex portion 23 with the driven body 100. A screw 421 passes through the elongated hole 33, and the screw 421 is screwed into a screw hole 42 formed in the fixed body 4. Thus, the support 3 can slide in the longitudinal direction of the long hole 33. That is, the convex portion 23 of the vibrating body 2 can be separated from the contact portion with the driven body 100 in the radial direction of the driven body 100.
Note that the fixed portion 31 and the slide portion 32 are formed with a step. That is, a concave portion is formed at the center by the fixing portion 31 and the slide portion 32. Thereby, when the vibrating body 2 is attached to the fixed portion 31, a gap is formed between the vibrating body 2 and the slide portion 32, and even if the vibrating body 2 vibrates, it interferes with the screw 421 passing through the slide portion 32. Not to be.
As shown in FIG. 1, in the fixing portions 31 on both sides of the support 3, spring mounting portions 35 projecting in a columnar shape are respectively formed on end side surfaces opposite to the driven body 100 side. One end of a spring 36 is inserted into the spring mounting portion 35. The spring 36 is arranged so that its expansion and contraction direction is parallel to the direction in which the vibrating body 2 is separated, and the other end is fixed to a locking piece 37 provided on the fixed body 4. Due to the spring force of the spring 36, the convex portion 23 of the vibrating body 2 is pressed against the driven body 100 with an appropriate urging force.
[0021]
The driven body 100 is rotatably supported by bearing pins 43 (FIG. 3) fitted to the fixed body 4. A concave portion 101 having an arc-shaped cross section is formed along the outer periphery of the driven body 100, and the tip of the convex portion 23 of the vibrating body 2 is in contact with the concave portion 101. The surface of the concave portion 101 is finished smoothly so that abrasion with the convex portion 23 can be reduced.
Here, the vibrating body 2 is swingable about the support position of the arm 24. At this time, if the swing radius is R as shown in FIG. 1 and the radius of the concave portion 101 of the driven body 100 is r as shown in FIG. 3, r <R is set. ing.
[0022]
Such a driving mechanism 1 operates as follows.
An AC voltage is applied between the reinforcing plate 21 of the vibrating body 2 and the piezoelectric element 22 by the application device to vibrate the vibrating body 2. At this time, in the piezoelectric element 22, by applying a voltage only to the electrodes 22A, 22E and the electrode 22C, the convex portion 23 vibrates in an elliptical orbit in which longitudinal vibration and bending vibration are combined. The convex portion 23 is pressed against the concave portion 101 of the driven body 100 at a part of the elliptical orbit, and intermittently rotates the driven body 100 in the circumferential direction by a frictional force with the driven body 100. By repeating this at a predetermined frequency, the driven body 100 rotates at a predetermined rotation speed in one direction.
When the driven body 100 is rotated in the opposite direction, the electrodes of the voltage applied to the piezoelectric element 22 are switched in line symmetry about the center line along the longitudinal direction of the vibrator 2. That is, when a voltage of a predetermined frequency is applied to the electrodes 22B and 22D and the electrode 22C of the piezoelectric element 22, the convex portion 23 vibrates in an elliptical orbit in the opposite direction. Thereby, the driven body 100 rotates in the opposite direction.
[0023]
According to such a driving mechanism 1, the following effects can be obtained.
(1) Since the vibrating body 2 is fixed to the rigid supporting body 3, the vibration damping characteristics of the supporting body 3 are deteriorated, and the vibration of the vibrating body 2 is minimized from being absorbed by the joint with the supporting body 3. It can be suppressed to the limit. That is, since the vibration attenuation of the vibrating body 2 can be suppressed to the minimum, the vibration of the vibrating body 2 can be transmitted to the driven body 100 in a favorable manner.
[0024]
(2) Since the vibrating body 2 is in contact with the outer peripheral side of the driven body 100, the driven body 100 and the vibrating body 2 can be arranged on the fixed body 4 in a planar manner, and the driving mechanism 1 can be made thinner. it can.
[0025]
(3) Since the vibrating body 2 can be separated from the driven body 100, when the driven body 100 or the vibrating body 2 is mounted, the spring 36 is contracted to move the vibrating body 2 to the driven body 100. Away from Since the vibration body 2 and the driven body 100 can be assembled without causing interference, the assembly process of the drive mechanism 1 can be simplified.
At this time, the separation direction of the support 3 is regulated in the radial direction of the driven body 100 by the spring 36, the long hole 33, and the slide groove 41. That is, the spring 36, the long hole 33, and the slide groove 41 play the role of the restricting means of the present invention. Accordingly, the direction in which the vibrating body 2 is separated from the driven body 100 is constant, so that the contact angle of the vibrating body 2 with the driven body 100 is kept constant even when the projections 23 are worn out for a long time, for example. it can. Therefore, the frictional force between the vibrating body 2 and the driven body 100 can be made constant, and the driving force can be stabilized for a long time.
[0026]
(4) The vibrating body 2 is formed symmetrically with respect to a center line along the longitudinal direction as an axis so as to include the convex portion 23. For this reason, if the electrodes of the piezoelectric element 22 to which a voltage is applied are selected to be line-symmetric, the convex portion 23 draws a reverse trajectory, and the driven body 100 can be rotated in the reverse direction. Further, at this time, since the vibrating body 2 is supported by the arm portion 24 from both sides in a line-symmetric manner with the center line extending along the longitudinal direction as an axis, the vibration trajectory of the vibrating body 2 is symmetric in both directions. Therefore, the vibrating body 2 vibrates favorably with respect to the vibrations in both directions, and the driven body 100 can be favorably driven. Furthermore, since the vibrating body 2 is in contact with the driven body 100 along the radial direction, the driving force on the driven body 100 becomes symmetric when the convex portion 23 draws an elliptical orbit in the opposite direction, and the driving force is applied to the driven body 100. The driving body 100 can be driven more favorably in both the forward and reverse directions.
[0027]
(5) Since the distance R from the arm portion 24 of the vibrating body 2 to the tip of the convex portion 23 is set to be larger than the radius r of the concave portion 101 of the driven body 100, the convex portion 23 always has the thickness of the driven body 100. Stabilizes at approximately the center in the direction. Accordingly, it is possible to prevent the relative position between the vibrating body 2 and the driven body 100 from being shifted, and to suppress a variation in the driving force of the vibrating body 2 with respect to the driven body. Therefore, the vibration of the vibrating body 2 can be efficiently transmitted to the driven body 100.
[0028]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the drive mechanism of the first embodiment is in contact with the inner peripheral side of the driven body.
FIG. 4 is a plan view of the drive mechanism 1 according to the second embodiment, and FIG. 5 is a side sectional view of the drive mechanism 1. In FIGS. 4 and 5, the vibrating body 2 and the support 3 are fixed to a disk-shaped fixed body 4, and an annular driven body 100 is provided around the fixed body 4 at equal intervals in the circumferential direction. It is provided rotatably via a plurality of balls 44 arranged in. The plurality of balls 44 include a groove 102 formed on the inner periphery of the driven body 100, an inclined portion formed on the outer periphery of the fixed body 4, and an inclined portion of the annular holding plate 441 fixed to the fixed body 4. Are contained in the groove 102 by being sandwiched between them. An annular ball holding portion 442 is interposed between the fixed body 4 and the holding plate 441. The ball holding portion 442 has the same number of substantially semicircular notches as the number of the balls 44 on the outer periphery, and the balls 44 are arranged in the respective notches to maintain a predetermined interval on the outer periphery of the fixed body 4. .
The lead wire (not shown) connected to the electrode of the piezoelectric element 22 is connected to an application device (not shown) on the opposite side through a wiring hole 46 formed in the fixed body 4.
The driven body 100 is formed with a concave portion 101 having an arc-shaped cross section with a radius r along the inner circumference, and the convex portion 23 of the vibrating body 2 is in contact with the concave portion 101. In the second embodiment, as in the first embodiment, if the distance from the arm portion 24 to the convex portion 23 of the vibrating body 2, that is, the swing radius is R, it is set so that r <R. I have.
In such a driving mechanism 1, when a voltage is applied to the piezoelectric element 22 to vibrate the vibrating body 2, the driven body 100 rotates.
[0029]
According to such a driving mechanism 1, in addition to the effects similar to the effects (1), (3), (4) and (5) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(6) The driven body 100 also serves as an outer ring of a ball bearing by being supported by the fixed body 4 via the ball 44. Thereby, the number of parts of the drive mechanism 1 can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. At this time, the ball 44 is provided on the outer periphery of the disk-shaped fixed body 4, and the driven body 100 supports the vicinity of the outer edge of the driven body 100 away from the rotation center from the inner circumference. In other words, since the position where the driven body 100 is supported by the ball 44 for rotation is close to the position of the concave portion 101 where the projection 23 contacts, the axial displacement during rotation of the driven body 100 can be minimized.
Further, since the vibrating body 2 is in contact with the inner peripheral side of the driven body 100, the vibrating body 2 can be arranged inside the driven body 100. Since the vibrating body 2 can be accommodated in the rotation orbit of the driven body 100, downsizing of the driving mechanism 1 can be promoted.
[0030]
(7) Since the lead wire connected to the electrode of the piezoelectric element 22 is wired on the opposite side through the hole 46 formed in the fixed body 4, the space of the fixed body 4 can be effectively utilized. Further, since the wiring holes 46 are formed in advance, the assembly of the drive mechanism 1 can be simplified.
[0031]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the drive mechanism of the first embodiment is applied to a music box as an apparatus.
FIG. 6 shows a music box 5 according to the third embodiment. In FIG. 6, a wheel train 51 as a transmission mechanism for transmitting the rotational motion of the driven body 100 is connected to the driven body 100. A columnar drum 52 is connected to the train wheel 51, and the comb teeth 53 corresponding to the drum 52 are fixed to the fixed body 4. A plurality of protrusions 521 are formed at predetermined positions on the outer peripheral surface of the drum 52. The plurality of electrodes of the vibrating body 2 are connected to an application device 27, respectively. The application device 27 is supplied with power from a battery 271 (button type in this embodiment) via a power supply circuit (not shown). I have.
In such a music box 5, when the driven body 100 is rotated by the driving of the drive mechanism 1, the rotation is reduced by the wheel train 51 and transmitted to the drum 52. When the drum 52 rotates, the protrusion 521 on the outer peripheral surface flips the comb teeth 53 at the corresponding position, thereby playing a tune.
[0032]
According to such a music box 5, in addition to the effects similar to the effects (1), (2), (3), (4) and (5) of the first embodiment, the following effects can be obtained. can get.
(8) Since the driven body 100 is provided with the wheel train 51, the rotation speed of the driven body 100 can be increased or reduced to a desired rotation speed and transmitted to the drum 52.
[0033]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, the drive mechanism of the second embodiment is applied to a toy of a car as a device.
FIG. 7A is a side view showing an overall view of the car 6 according to the fourth embodiment, and FIG. 7B is a plan view of the car 6. In FIG. 7, the vehicle 6 has a vehicle body 61 provided with front wheels 62A and 62B and rear wheels 62C and 62D. The front wheels 62A and 62B are provided with the drive mechanisms 1A and 1B of the first embodiment, respectively, and are fixed to the vehicle body 61 by shafts 45A and 45B formed at the centers of the fixed bodies 4A and 4B. Annular rubbers 103A and 103B are fitted into grooves formed on the outer periphery of the driven members 100A and 100B, thereby increasing the frictional force with the ground contact surface and serving as a tire. On the other hand, the rear wheels 62C and 62D have rubber 103C and 103D fitted on the outer periphery of the disk-shaped member, and are rotatably supported by the vehicle body 61.
Lead wires connected to the electrodes of the vibrating body 2 of each of the front wheels 62A and 62B pass through holes 46 (FIG. 4 of the second embodiment) formed in the fixed body 4 and are connected to different application devices. ing. The two application devices are electrically connected to control means for controlling the operation of the vehicle 6.
[0034]
In such a vehicle 6, the application device applies a voltage to the vibrators 2A and 2B, respectively, according to a traveling signal from the control means. The vibrators 2A and 2B drive the driven members 100A and 100B at the same rotation speed in the forward direction of the vehicle 6, whereby the vehicle 6 moves forward.
When a right turn signal is transmitted from the control means, the application device connected to the vibrating body 2A is turned on, and the application device connected to the vibrating body 2B is turned off. As a result, a voltage is applied only to the vibrating body 2A, the front wheel 62A rotates, and the front wheel 62B stops. Therefore, the car 6 turns right. Conversely, when turning left, if a voltage is applied only to the vibrating body 2B, the car 6 turns to the left.
Further, the application device changes the electrodes of the vibrating bodies 2A and 2B to which the voltage is applied by the reverse signal from the control means, and vibrates the vibrating bodies 2A and 2B in the opposite directions. As a result, the driven bodies 100A and 100B rotate in the reverse direction, and the vehicle 6 moves backward. Even when the vehicle moves backward, the right turn and the left turn can be controlled by the signal from the control means.
According to the fourth embodiment, since the drive mechanism 1 of the second embodiment is used, the same effects as (1), (3), (4), and (5) of the first embodiment are obtained. The same effects as the effects (6) and (7) of the second embodiment can be obtained. In addition, since control means for controlling the operation of the application device is provided in the vehicle body 61 to control the timing of applying a voltage to the vibrating body 2 and the selection of the electrodes, the vehicle 6 can travel automatically. Accordingly, if a command is transmitted wirelessly to the control means by a remote controller or the like, remote control can be performed.
[0035]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes modifications and improvements as long as the objects of the present invention can be achieved.
For example, in each of the embodiments, the vibration body 2 is supported by the rigid support body 3 to minimize the absorption of vibration, but is not limited to such a configuration. For example, the arm portion 24 and the screw 26 of the vibrating body 2 may be formed of a rigid body that is a separate member from the reinforcing plate 21. In such a case, since both the arm 24 or the screw 26 of the vibrating body 2 and the support 3 are formed of a rigid body, transmission of vibration of the vibrating body 2 can be more reliably prevented.
[0036]
Although the vibrating body 2 is provided so as to be separated from the driven body 100, the invention is not limited thereto. For example, the driven body 100 may be provided so as to be separated from the vibrating body 2. In short, if any one of them can be separated from the other, the assembly process of the drive mechanism 1 can be simplified without interference between the two when the components are attached. In addition, the direction in which the vibrating body 2 is separated from the driven body 100 is only the direction along the radial direction of the driven body 100, but is not limited thereto, and may be provided so as to be able to be appropriately separated in any direction. Furthermore, the separation direction between the vibrating body 2 and the driven body 100 is not limited to one direction. For example, if the vibrating body 2 is supported by one fulcrum, the vibrating body 2 is separated from the driven body 100 in the direction of rotation about the fulcrum. Even in this case, if the vibrating body 2 is in good contact with the driven body 100, the driving force can be transmitted efficiently.
[0037]
The vibrating body 2 is supported from both sides at substantially the center in the longitudinal direction by the arms 24, but is not limited thereto, and may be supported from one side. Even in such a case, if the support 3 is a rigid body, it is possible to prevent the vibration of the vibrator 2 from damping and obtain good transmission efficiency.
The shape of the vibrating body 2 is formed symmetrically with respect to the center line along the longitudinal direction including the protrusion 23 as an axis, but is not limited to this. For example, when it is not necessary to drive the driven body 100 in both the forward and reverse directions, the vibrating body 2 does not necessarily need to be formed in line symmetry. Further, five electrodes of the piezoelectric element 22 are also formed in each embodiment. However, the number of electrodes is not limited to five, and may be appropriately set according to the use of the drive mechanism 1.
In the second embodiment and the fourth embodiment, the holes 46 provided in the fixed body 4 are provided for wiring through the lead wires connected to the electrodes of the piezoelectric element 22, but are not limited thereto. For example, when the fixed body 4 is screwed to a device to which the drive mechanism 1 is applied, the fixed body 4 may be used as a fixing hole. Also in this case, since the holes are formed in the fixed body 4 in advance, the assembly process of the drive mechanism 1 can be simplified.
The shape of the driven body 100 is a rotating body in each embodiment, but is not limited to this, and for example, a rod-shaped member that moves linearly may be used. The transmission mechanism provided in the driven body 100 is also the wheel train 51 in the third embodiment. However, the transmission mechanism is not limited to this, and converts a rotational motion into a linear motion, such as a rack and a pinion, and transmits the linear motion. It may be.
[0038]
Such a drive mechanism 1 is applied to the music box 5 in the third embodiment and to the car 6 in the fourth embodiment, but is not limited to this and can be applied to various devices. At this time, one drive mechanism 1 is provided, but the present invention is not limited to this, and a plurality of drive mechanisms 1 may be provided. In short, at least one drive mechanism may be used.
[0039]
The best configuration and method for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention has been particularly illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but may be modified in form with respect to the embodiments described above without departing from the spirit and scope of the invention. Those skilled in the art can make various modifications in terms of material, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description of the shapes, materials, and the like disclosed above is merely an example for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member excluding some or all of the limitations such as is included in the present invention.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the vibrating body is supported by the rigid supporting body, the vibration of the vibrating body is not absorbed by the supporting body, the attenuation of the vibration can be suppressed to a minimum, and the vibration of the vibrating body can be efficiently performed. There is an effect that the power can be well transmitted to the driven body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a drive mechanism according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a vibrating body according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a driving mechanism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of a drive mechanism according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a drive mechanism according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of a drive mechanism according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Drive mechanism, 2 ... Vibration body, 3 ... Support body, 4 ... Fixed body, 5 ... Music box (device), 6 ... Car (device), 21 ... Reinforcement plate, 22 ... Piezoelectric element, 23 ... Convex part, 24 ... arm part, 27 ... applying device, 31 ... fixed part, 32 ... slide part, 36 ... spring, 41 ... slide groove, 44 ... ball, 51 ... wheel train (transmission mechanism), 100 ... driven body, 101 ... recess .
