JPH08317668A - Rotating driving gear - Google Patents
Rotating driving gearInfo
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- JPH08317668A JPH08317668A JP7122434A JP12243495A JPH08317668A JP H08317668 A JPH08317668 A JP H08317668A JP 7122434 A JP7122434 A JP 7122434A JP 12243495 A JP12243495 A JP 12243495A JP H08317668 A JPH08317668 A JP H08317668A
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、回転駆動装置として、
特に、内接または外接する螺旋状ばねの振動による伸縮
時の径変化に基づいて、回転力を生ずる回転駆動装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a rotary drive device,
In particular, the present invention relates to a rotary drive device that produces a rotational force based on a change in diameter during expansion and contraction due to vibration of an inscribed or circumscribed spiral spring.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、圧電素子を利用して回転体を駆動
する駆動装置に関する技術は、超音波アクチュエータと
して開発されている。これは、縦弾性係数の極大方向が
常に、一定の傾斜角度を有する、いわゆる異方性材料を
駆動体に用い、その駆動体の振動を駆動力発生の原動力
にするものである。すなわち、振動体として、交流電圧
を圧電素子に印加して振動させ、駆動体を共振させるも
のである。一方、駆動体には、圧電素子の振動とは独立
に、縦振動およびねじり振動を複合化した回転トルクが
発生するようにしたものである。しかし、従来のもので
は、前進および後進における制御に制約があり、十分に
アクチュエータとしての機能を発揮するには至っていな
いのが現状である。2. Description of the Related Art Conventionally, a technique relating to a driving device for driving a rotating body using a piezoelectric element has been developed as an ultrasonic actuator. In this method, a so-called anisotropic material, in which the maximum direction of the longitudinal elastic coefficient always has a constant inclination angle, is used for the driving body, and the vibration of the driving body is used as the driving force for generating the driving force. That is, as a vibrating body, an AC voltage is applied to the piezoelectric element to cause it to vibrate and resonate the driving body. On the other hand, the driving body is configured to generate a rotational torque that is a combination of longitudinal vibration and torsional vibration, independently of the vibration of the piezoelectric element. However, in the conventional case, there is a limitation in the control in forward and backward movements, and the function as an actuator has not been sufficiently exerted at present.
【0003】この分野の公知技術として、例えば、特開
平2−164284号公報がある。この公報には、異方
性弾性材料(縦弾性率最大の方向が軸方向に対して一定
の傾斜角度に与えられている)からなる駆動子の振動を
用いて駆動力を発生させる超音波アクチュエータが開示
されている。駆動子に接着させた圧電素子に交流電圧を
印加し、圧電素子に生じる振動でその駆動子を共振さ
せ、縦振動とすべり振動との結合を利用して駆動力を発
生させるものであり、この駆動力は摩擦により回転子等
に伝達される。この公知技術では、一定角度の一軸異方
性材料を使用したものであり、回転駆動部材に固定され
た固定部からなるため、回転角度に制約がある。A known technique in this field is, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-164284. This publication describes an ultrasonic actuator that generates a driving force by using the vibration of a driver element made of an anisotropic elastic material (the direction of maximum longitudinal elastic modulus is given at a constant inclination angle with respect to the axial direction). Is disclosed. An AC voltage is applied to the piezoelectric element bonded to the driver element, and the driver element resonates with the vibration generated in the piezoelectric element, and the driving force is generated by utilizing the coupling between the longitudinal vibration and the sliding vibration. The driving force is transmitted to the rotor and the like by friction. In this known technique, a uniaxially anisotropic material having a constant angle is used, and the rotation angle is limited because it is composed of a fixed portion fixed to the rotation driving member.
【0004】その他、超音波アクチュエータとしては上
記のものの他種々のものが考えられているが、より簡便
で精度よく、かつ使い易い駆動装置の開発が望まれてい
る。In addition to the above, various types of ultrasonic actuators have been considered, but it is desired to develop a driving device that is simpler, more accurate, and easier to use.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ばね
の伸縮時に発生するばね径変化から、回転力を生ずる方
法を検討し、圧電素子等の振動子の振動エネルギーを効
率よく回転力に変換可能な簡便な回転駆動装置を提供す
る。また、本発明の他の目的は、前記ばね材質および部
品形状を検討し、材料の極細化およびばね固定部位置等
の構造の最適化によって軽量化をはかった回転駆動装置
を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to investigate a method of generating a rotational force from a change in spring diameter that occurs when a spring expands and contracts, and to efficiently convert the vibration energy of a vibrator such as a piezoelectric element into a rotational force. A simple rotation drive device that can be converted is provided. Another object of the present invention is to provide a rotary drive device which is light in weight by examining the spring material and the shape of parts and by optimizing the material such as the material and the position of the spring fixing portion.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記の目的は、円筒状内
面または外面を有する部品を、その軸を中心に回転させ
る回転駆動装置であって、前記部品の内面または外面
に、内接または外接するように一端を固定したばねを配
設し、前記ばねに振動を付与する圧電素子等の振動子を
取り付けたことを特徴とする回転駆動装置によって達成
される。また、前記振動子の振動数は、前記ばねの固有
振動数に対して共振条件を満足する回転駆動装置によっ
ても達成される。さらに、前記ばねは、少なくとも半周
以上が内接または外接するように一端を固定する回転駆
動装置によっても達成される。SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned object is a rotary drive for rotating a component having a cylindrical inner surface or outer surface about its axis, wherein the inner or outer surface of the component is inscribed or circumscribed. Is provided with a spring whose one end is fixed, and a vibrator such as a piezoelectric element for applying vibration is attached to the spring. The vibration frequency of the vibrator is also achieved by a rotary drive device that satisfies a resonance condition with respect to the natural frequency of the spring. Further, the spring is also achieved by a rotary drive device having one end fixed such that at least half or more of the spring is inscribed or circumscribed.
【0007】[0007]
【作用】本発明は、ばねの伸縮に伴うばね径の変化によ
り、内接または外接する部品を回転させるものである。
例えば、円筒状物の外側に外接するようにばねを配設し
た場合には、圧電素子からなる振動子に交流電圧を印加
すると、振動子の振動に伴いばねが伸縮する。伸びる時
には、ばねは径が細くなり円筒状物を締めつけながら伸
長するため、ばねには横方向と上方向の力が働き、その
合力として円柱状物の回転力が発生する。縮む時には、
逆にばね径が太くなり、円柱状物の拘束を解くため回転
力は発生しない。この結果、円柱状物には一方向の回転
力が発生することになる。According to the present invention, the inner or outer contacting component is rotated by the change in the spring diameter caused by the expansion and contraction of the spring.
For example, when a spring is arranged so as to be circumscribed on the outside of a cylindrical object, when an AC voltage is applied to a vibrator made of a piezoelectric element, the spring expands and contracts as the vibrator vibrates. At the time of expansion, the spring has a smaller diameter and expands while tightening the cylindrical object. Therefore, lateral and upward forces act on the spring, and as a result, a rotational force of the cylindrical object is generated. When shrinking,
On the contrary, the spring diameter becomes thicker and the restraint of the cylindrical object is released, so that no rotational force is generated. As a result, a unidirectional rotational force is generated in the columnar object.
【0008】ばねの伸縮を利用するため、本発明の回転
駆動装置は構造が簡単であり、かつ軽量化が図れる。以
下本発明について、実施例の添付図面に基づいてさらに
説明する。Since the expansion and contraction of the spring is utilized, the rotary drive device of the present invention has a simple structure and can be made lightweight. Hereinafter, the present invention will be further described with reference to the accompanying drawings of the embodiments.
【0009】[0009]
実施例1 本発明は、スプリングの伸縮を利用しその内接又は外接
する内柱状物の接触点には、スプリングの伸縮方向の外
に、スプリング線方向への伸縮により発生する力が働く
ことを利用して円柱状物の回転をさせるものである。Embodiment 1 In the present invention, by utilizing the expansion and contraction of a spring, a force generated by expansion and contraction in the spring line direction is exerted outside the expansion and contraction direction of the spring at the contact point of the inner columnar object inscribed or circumscribed. It is used to rotate a cylindrical object.
【0010】また、本発明の回転力は、この線方向力と
スプリング伸縮方向の力との合力であり円筒状物の伸縮
方向への移動を可能とする。図1に本実施例の基本的構
成を示す。この図では、スプリング2の一部に、圧電素
子からなる超音波振動子や電磁石振動子等の振動子1を
取付け、スプリングの一端は固定部材4で固定され、ス
プリングに外接する円筒型移動体3を設置するものであ
る。図2に図1の状態でのスプリング表面の応力状態を
示す。Further, the rotational force of the present invention is a resultant force of the linear force and the force in the expansion and contraction direction of the spring, and enables the cylindrical object to move in the expansion and contraction direction. FIG. 1 shows the basic configuration of this embodiment. In this figure, a vibrator 1 such as an ultrasonic vibrator or an electromagnet vibrator made of a piezoelectric element is attached to a part of a spring 2, one end of the spring is fixed by a fixing member 4, and a cylindrical moving body circumscribing the spring. 3 is installed. FIG. 2 shows the stress state of the spring surface in the state of FIG.
【0011】これらの図で、振動子1に振動を付与し、
スプリングが上下に伸縮する様にする場合には、例え
ば、縮み方向での接点(実際はスプリング外周全面で接
触)で、縮み方向の力aとスプリングが線方向に伸びる
力bとが発生する。この合力としてcがあり、これが外
接する円筒形移動体を回転させる駆動力となる。なお、
本発明のスプリングの形状は特に限定するものではな
く、円形または多角形であってもよい。また、スプリン
グ特性についても、特に限定するものではない。In these figures, vibration is applied to the vibrator 1,
When the spring is made to expand and contract in the vertical direction, for example, at the contact point in the contracting direction (actually, the entire outer circumference of the spring is in contact), a contracting force a and a spring extending force b are generated. There is c as the resultant force, and this becomes the driving force for rotating the circumscribing cylindrical moving body. In addition,
The shape of the spring of the present invention is not particularly limited and may be circular or polygonal. Also, the spring characteristics are not particularly limited.
【0012】しかし、振動子の振動特性はこのスプリン
グ特性に対応させる必要がある。以下、円形のコイルス
プリングの場合について、スプリング特性条件を示す。
まず、代表的特性であるスプリング定数は、スプリング
定数k=P/δ(ここでP:荷重、δ:対応するたわ
み)で表される。振動子の振動特性はこれに見合った共
振条件を有することが必要である。また、スプリングの
許容荷重については、荷重≦πd3 σa /32(ここで
d:スプリング径、σa :スプリング材料の許容垂直応
力)を満足することは勿論である。However, the vibration characteristic of the vibrator must correspond to this spring characteristic. The spring characteristic conditions will be shown below for the case of a circular coil spring.
First, a spring constant, which is a typical characteristic, is represented by a spring constant k = P / δ (where P: load, δ: corresponding deflection). It is necessary for the vibration characteristics of the vibrator to have a resonance condition suitable for this. As for the allowable load of the spring, it goes without saying that the load ≦ πd 3 σ a / 32 (where d: spring diameter, σ a : allowable vertical stress of spring material) is satisfied.
【0013】さらに、本発明の効果を最大限に発揮する
ためには、スプリングの単位体積当たりの弾性エネルギ
ーを、U=1/4(σa /2E)(ここでE:スプリン
グの縦弾性係数)なる条件を満足することによって、最
大弾性エネルギーを付与することが望ましい。 実施例2 実施例2として、実施例1と同様にスプリングに振動子
を取付け、振動させる本発明の他の実施例について説明
する。図3は、円筒形移動体の厚みが薄い板状の場合で
ある。この場合には、スプリング2は数巻き以下が、振
動子1からの振動によって伸縮し回転力を付与する有効
コイルとなる。すなわち、この時の回転力は、スプリン
グの少なくとも半周以上が移動体に接点(接触)を有す
ることが必要であり、一方の固定端はスプリングの一巻
きの半周以上の位置に設けて回転力を発生するものであ
る。Further, in order to maximize the effect of the present invention, the elastic energy per unit volume of the spring is U = 1/4 (σ a / 2E) (where E: the longitudinal elastic coefficient of the spring). It is desirable to impart the maximum elastic energy by satisfying the condition. Second Embodiment As a second embodiment, another embodiment of the present invention in which a vibrator is attached to a spring and vibrates as in the first embodiment will be described. FIG. 3 shows a case where the cylindrical moving body has a thin plate shape. In this case, the spring 2 having a few turns or less serves as an effective coil that expands and contracts by the vibration from the vibrator 1 and gives a rotational force. In other words, the rotational force at this time needs to have a contact (contact) with the moving body at least at least half the circumference of the spring, and one fixed end is provided at a position equal to or more than the half circumference of one turn of the spring to provide the rotational force. It occurs.
【0014】また、本発明の別の実施例を図4に示す。
この図では、実施例1および図3とは異なり、内接円柱
を回転、移動させるものである。図4に示すごとく、ス
プリングに内接する円柱状移動体3を構成し、かつ固定
端部4は円柱状移動体3の振動子1側より、数巻きのス
プリングを介して回転力が発生する。すなわち、振動子
1からの振動によって伸縮し回転力を付与する有効コイ
ルとしては、この数巻きのスプリングとの接触によって
なされるものである。この実施例においては、円柱状移
動体およびスプリング材質は比較的軽量である方が有利
であり、その大きさも極細レベルのmmオーダーの大き
さのものでも十分に回転力を得ることができる。Another embodiment of the present invention is shown in FIG.
In this figure, unlike the first and third embodiments, the inscribed cylinder is rotated and moved. As shown in FIG. 4, the columnar moving body 3 inscribed in the spring is constituted, and the fixed end portion 4 generates a rotational force from the vibrator 1 side of the columnar moving body 3 via several turns of the spring. That is, the effective coil that expands and contracts by the vibration from the vibrator 1 and imparts a rotational force is made by contact with the spring of several turns. In this embodiment, it is advantageous that the material of the cylindrical moving body and the spring is relatively lightweight, and even if the size thereof is of the order of mm, which is an extremely fine level, a sufficient rotating force can be obtained.
【0015】本実施例の材質として、繊維充填材料が有
利である。以上の実施例において、振動子は超音波振動
に限られるものではなく、さらに低周波域の上下動をす
るものでも同様の効果を有し、また、構造はスプリング
を縦にする例を示したが、例えば横置きとしても、角度
をもたせてもよい。また、本実施例の振動子を圧電素子
で構成する場合には、BaTiO3-CaTiO3 系、BaTiO3-PbTiO
3 系およびPbTiO3-PbZrO3 系が好ましい。さらに、回転
体として使用する繊維強化材料は、ガラス繊維、炭素繊
維、ホウ素繊維および高力ホイスカー材料等を、ポリエ
ステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン等
の樹脂に長繊維として充填した繊維強化プラスチックス
が好ましい。As the material of this embodiment, a fiber filling material is advantageous. In the above embodiments, the oscillator is not limited to the ultrasonic vibration, and the same effect can be obtained even if the oscillator moves up and down in the low frequency range, and the structure shows an example in which the spring is vertical. However, for example, it may be placed horizontally or have an angle. Further, when the vibrator of the present embodiment is composed of piezoelectric elements, BaTiO 3 -CaTiO 3 system, BaTiO 3 -PbTiO
The 3 system and the PbTiO 3 —PbZrO 3 system are preferred. Further, the fiber reinforced material used as the rotating body is a fiber reinforced plastic made by filling glass fiber, carbon fiber, boron fiber, high-strength whisker material, etc. into polyester, epoxy resin, phenol resin, silicone or other resin as long fiber. Is preferred.
【0016】[0016]
【発明の効果】本発明は一端を固定したばねに振動子を
取り付け、ばねに作用する回転力を有効に移動体内面ま
たは外面に接触させることにより伝達し、回転駆動を可
能とするものである。また、本発明は回転体の形状の自
由度が大きく、円筒状から薄い板状のものまで、さらに
極細レベルの細い小さい回転体等の構造が可能である。
さらに、機構が単純なため、軽量化が可能である。例え
ば、自動車用の用途として、エアコン吹き出し口の自動
方向調節機構およびリモコンミラー等に適用可能であ
り、比較的単純な構成で低コストな回転、移動機構が形
成できる。According to the present invention, a vibrator is attached to a spring whose one end is fixed, and the rotational force acting on the spring is transmitted by effectively contacting the inner surface or the outer surface of the moving body to enable rotational driving. . Further, the present invention has a large degree of freedom in the shape of the rotating body, and is capable of constructing a small rotating body such as a cylindrical body to a thin plate-like body, and a very fine level.
Furthermore, since the mechanism is simple, the weight can be reduced. For example, it can be applied to an automatic direction adjusting mechanism for an air conditioner outlet, a remote control mirror, etc. for use in automobiles, and can form a low-cost rotation and movement mechanism with a relatively simple structure.
【図1】本発明の実施例1に係る回転駆動装置の基本的
構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a rotary drive device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明に係るばねと回転体の接触点の応力状態
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a stress state at a contact point between a spring and a rotating body according to the present invention.
【図3】本発明の実施例2に係る板状の回転駆動装置の
基本的構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration of a plate-shaped rotation driving device according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施例2に係る極細の回転駆動装置の
基本的構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of an ultrafine rotation drive device according to a second embodiment of the present invention.
1…振動子 2…スプリング 3…円筒形移動体 4…固定部材 5…円筒形移動体との接点 1 ... Oscillator 2 ... Spring 3 ... Cylindrical moving body 4 ... Fixed member 5 ... Contact point with cylindrical moving body
Claims (3)
その軸を中心に回転させる回転駆動装置であって、前記
部品の内面または外面に、内接または外接するように一
端を固定したばねを配設し、前記ばねに振動を付与する
圧電素子等の振動子を取り付けたことを特徴とする回転
駆動装置。1. A component having a cylindrical inner surface or an outer surface,
A rotation driving device that rotates about its axis, wherein a spring having one end fixed so as to be inscribed or circumscribed on the inner surface or the outer surface of the component, such as a piezoelectric element for imparting vibration to the spring. A rotary drive device having a vibrator attached.
振動数に対して共振条件を満足する請求項1記載の回転
駆動装置。2. The rotation drive device according to claim 1, wherein the vibration frequency of the vibrator satisfies a resonance condition with respect to the natural frequency of the spring.
または外接するように一端を固定する請求項1記載の回
転駆動装置。3. The rotary drive device according to claim 1, wherein one end of the spring is fixed such that at least half or more of the spring is inscribed or circumscribed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7122434A JPH08317668A (en) | 1995-05-22 | 1995-05-22 | Rotating driving gear |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7122434A JPH08317668A (en) | 1995-05-22 | 1995-05-22 | Rotating driving gear |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08317668A true JPH08317668A (en) | 1996-11-29 |
Family
ID=14835757
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7122434A Pending JPH08317668A (en) | 1995-05-22 | 1995-05-22 | Rotating driving gear |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08317668A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102324870A (en) * | 2011-09-22 | 2012-01-18 | 张智瑞 | Piezoelectric type power generating device |
-
1995
- 1995-05-22 JP JP7122434A patent/JPH08317668A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102324870A (en) * | 2011-09-22 | 2012-01-18 | 张智瑞 | Piezoelectric type power generating device |
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