JPH0937578A - 移動用駆動装置 - Google Patents

移動用駆動装置

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JPH0937578A
JPH0937578A JP7264195A JP26419595A JPH0937578A JP H0937578 A JPH0937578 A JP H0937578A JP 7264195 A JP7264195 A JP 7264195A JP 26419595 A JP26419595 A JP 26419595A JP H0937578 A JPH0937578 A JP H0937578A
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JP
Japan
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vibrator
driving
vibrators
groove
driving body
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Pending
Application number
JP7264195A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Fujioka
泰雄 富士岡
Takenobu Sakai
酒井  武信
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH0937578A publication Critical patent/JPH0937578A/ja
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、移動用駆動装置として、特に、異
方性材料の繊維の配向を制御し、振動を負荷して生ずる
運動による摩擦力を利用して、一方向または二方向に直
進または回転する送り装置として適用可能なる移動用駆
動装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも一つの溝が設けられた移動体
と、前記溝内に配設される少なくとも一つの駆動体から
なり、前記駆動体は負のポアソン比を有する異方性材料
から形成され、一端側は前記移動体以外のものに位置固
定する固定部となし、他端側には前記駆動体に振動を付
与する振動子が接合され、かつ前記駆動体の幅は前記溝
の幅と略同じか若干小さく形成することを特徴とする。
また、前記駆動体が溝内に逆向きに一対設けられている
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動用駆動装置と
して、特に、異方性材料の繊維の配向を制御し、振動を
負荷して生ずる運動による摩擦力を利用して、直進また
は回転する送り装置として適用可能なる移動用駆動装置
に関する。
【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。
【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。
【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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、繊維
で配向された二軸異方性材料からなる負のポアソン比を
有する駆動体を検討し、かつ圧電素子を振動体とするこ
とによって回転角度の大きい一方向または二方向回転駆
動装置を提供する。また、本発明の他の目的は、前記駆
動体を回転体の溝部に配設することを検討し、機構をよ
り簡便とし、かつ軸受け機能を兼ねた単純なる構成とし
た一方向または二方向回転駆動装置を提供する。
【0006】さらに、本発明の別の目的は、前記駆動体
および振動体を直線配列とした移動体の溝に配設するこ
とを検討し、機構の簡便なる移動用駆動装置を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、少なくと
も一つの溝が設けられた移動体と、前記溝内に配設され
る少なくとも一つの駆動体からなり、前記駆動体は負の
ポアソン比を有する異方性材料から形成され、一端側は
前記移動体以外のものに位置固定する固定部となし、他
端側には前記駆動体に振動を付与する振動子が接合さ
れ、かつ前記駆動体の幅は前記溝の幅と略同じか若干小
さく形成することを特徴とする移動用駆動装置によって
達成される。
【0008】また、前記移動用駆動において、前記駆動
体が溝内に逆向きに一対設けられていることを特徴とす
る移動用駆動装置。さらに、前記振動子が圧電素子から
なる移動用駆動装置によっても達成される。また、前記
異方性材料が繊維充填材料の積層板からなり、前記繊維
の配向制御によって、少なくとも二軸の異方性を発現す
る移動用駆動装置によっても達成される。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の二方向に繊維で配向制御
され、負のポアソン比を有する異方性材料を駆動体に用
いた場合の駆動力発生の機構を説明する。まず、圧電素
子の振動子に交流電圧を印加した時の一回の振動では、
駆動体はその振幅だけ一方向に動く。この時、駆動体は
一端が固定されていると、一方向に伸びると共に、異方
性によって斜め方向にも伸展する。この結果、駆動体は
幅方向で移動体の溝の側面と接触することになり、振動
の方向の駆動力が働く。続いて、反対方向に振動が逆転
する場合も同様な理由で、その逆方向の駆動力が働く。
【0010】このように、駆動体の伸縮により振動の両
方向に駆動力が働くが、駆動体の表面には材料に充填さ
れた強化繊維の一端が露出しており、この繊維の向きが
一方向に傾いているため、その向きと同一方向の場合に
は、例えば溝の側面と繊維の交わる角度が鈍角方向の伸
びる方向には抵抗とならないが、反対方向の場合には溝
の側面と繊維の交わる角度が鋭角となるため大きな抵抗
となる。この結果、一方の方向が他方より摩擦力が大き
くなり、駆動体は摩擦力のより大なる方向に駆動するこ
とになる。
【0011】また、本発明では、駆動体が移動体の溝部
に配設されているため、移動体の軸受けとしての機能を
付与することが可能となり、機構が極めて簡単なものと
なる。さらに、逆向きに設けられた一対の駆動体を交互
に駆動させることにより、往復運動が可能となる。
【0012】本発明の振動子を構成する圧電素子とし
て、BaTiO3-CaTiO3 系、BaTiO3-PbTiO 3 系およびPbTiO3
-PbZrO3 系が使用される。また、駆動体である繊維強化
材料の基本的構成として、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用いら
れる。本発明の駆動体はこれらの繊維強化プラスチック
スの繊維の配向を制御して、二軸異方性を発現させるも
のである。このような本発明の技術的特徴である駆動体
の繊維による二軸異方性によって、前述の圧電素子を振
動源として駆動体に振動を伝達させるものである。
【0013】なお、本発明の駆動体のポアソン比とは、
垂直応力による駆動体の横歪みと、軸方向の縦歪みとの
比の値をいう。本発明では駆動体を構成する繊維充填材
料のν( ポアソン比= 横歪み/ 縦歪み) を負の値に設定
するものである。このため、本発明の駆動体材料は、好
ましくは繊維が一定角度に配向された複数の繊維充填材
料を接着等によって張り合わせ板状にしたものがよい。
【0014】以下本発明の実施例の添付図を参照して詳
述する。
【0015】
【実施例】本発明の駆動装置を二方向の往復運動につい
て図1、一方向運動について図3に示す。図1および3
では回転軸1に振動体2、図1ではさらに2’が逆方向
に組込まれた状態を示す。この回転軸1には溝部5が配
設され、溝部5と振動体2、図1ではさらに2’の側面
部6a、6bは接触する構造となっている。この振動体
2、図1ではさらに2’は、回転体とは独立に周囲に固
定するための固定部4で、一端部が図4のように取付具
10によって固定されている。これに振動を付与する圧電
素子等で構成される振動子3、図1ではさらに3’から
成る。
【0016】なお、図3の駆動装置では、振動子3の加
振で振動体2は特定方向に伸縮する変形を繰り返す。こ
こで加振力を増加すると変位も増加するが摩擦方向が異
なることはないので、回転軸は一方向に回転するのみで
ある。このため、往復運動させるためには、クランク機
構が必要になり複雑になる。一方、図1では一つの固定
部の両側に振動体2および2’と振動子3、3’があ
る。この時、両側の振動体は同一の物でよいが、振動体
2、2’は固定部4を境界として対称形である。この対
称形であるとは、図2に示すように繊維強化プラスチッ
クスで制作する場合に、その繊維配向を固定部4を境界
として左右対称となすことを意味するものである。
【0017】図1で駆動する場合、固定部4の片側の振
動子3に加振力を与えるか、あるいは振動子3’に加振
力を与える。振動子3に加振力を与えた時を正転とする
と、振動子3’に加振力を与えた時は、逆転になる。こ
れは、振動体2と対称に振動体2’が変位するからであ
り、側面部の摩擦力も対称に作用するためである。図2
は二方向の往復運動の繊維強化プラスチックスの繊維配
向を示し。図5は一方向の繊維配向を示す。この時、振
動体2、図1ではさらに2’は振動子3、図1ではさら
に3’の振動を伝達するため、振動子接合面7で接合さ
れる。振動子3、3’の振動により、例えば、一回の振
動で図2および5の振動方向8の矢印A方向に伸びると
する。この時、図2および5のような繊維配向では二点
鎖線のように変形するため、側面部6bよりも側面部6
aの方が大きな摩擦力になる。次に、振動変位が反対方
向の図2および5矢印B方向に進み、振動体2、2’が
縮む場合、二点鎖線の状態から実線の(変形前の)形状
に変化する。この時の摩擦力はやはり側面部6aの方が
大きいが、繊維配向の向きが回転軸に対して傾いている
ので最も大きな値になる。したがって、振動体2が伸縮
する間の摩擦力の大きさは異なり(図2および5では縮
み側の方が大きくなり)、回転軸が一方向または二方向
に回転駆動される。
【0018】図4に図3の回転軸直角方向の断面図を示
す。固定部4は、取付具7で振動子2とは独立に周囲に
固定される。図4には振動体2が二個の例を示している
が、長さ、位置を変えることによって個数を変えること
は勿論可能である。また、二方向の図1の場合において
も、前記一方向および逆方向を一対として、この対を複
数設けることは可能である。
【0019】以上は、回転駆動に本発明を適用したもの
であるが、駆動体および回転体の溝部を同様な形状とし
て、直線方向に配設する場合には、直進および後進が可
能なる移動用駆動装置として実施可能である。この直線
移動の場合においても、好ましくは複数の駆動装置を配
列して、物体を搬送するベルト等の移送駆動制御を効率
良くなすことができる。
【0020】図5〜図7に本発明の振動体2の繊維充填
プラスチックスからなる異方性板の例を示す。図5はF
RP等で成形した負のポアソン比になる異方性板の例で
ある。図中に示すハッチングの線の方向に強化繊維9が
配向されているので、この方向に対して異方性を発現す
るものである。振動子3が振動し、矢印の方向に伸縮す
ると、振動体2は二点鎖線のような湾曲を繰返し発生す
る。この状態が繰り返し運動として連続すると、前述の
ごとく一方向への連続した移動の駆動力が発生する。図
6は前記繊維が図7とは逆方向の関係に配向した例を示
す図である。図7は二分割された異方性板を組合せた振
動子の例である。異方性板の配向には、この組合わせ振
動子が種々採用できることは勿論である。例えば、前記
図6および図7の場合とも図5の場合と同方向に回転可
能である。なお、本実施例の振動子3の電源は固定部4
を経由して周囲から供給されるが、図には示していな
い。
【0021】以下、本発明を自動車部品に適用した実施
例について説明する。図8に一実施例として自動車用エ
アコンへの適用例を示す。エアコン吹出口11は、その
冷風または温風のエア流12の吹出方向とその風量を調
整するために、開閉装置13が組み込まれている。この
開閉装置13はスリットを有し回転によって開度が調整
されるもので、この回転駆動部14に本発明の駆動装置
を配設したものである。本実施例においては、前記振動
体を回転軸の溝の中に配置することで軸受の代用とする
ことが可能であり、簡便で効率良い回転制御が可能であ
る。なお、その他自動車部品としては、リモコンミラー
駆動用等にも同様に本発明の適用が可能である。
【0022】
【発明の効果】本発明は、繊維の配向制御された異方性
材料を駆動体に用いることによって、圧電素子の振動子
に交流電圧を印加して、振動体の振動を駆動体の伸縮に
変え、かつ繊維の交わる角度を調整し一方向の摩擦力を
大きくなるようにし、その時の摩擦力の差で一方向また
は二方向の駆動を可能とする方法であり、本発明は従来
より簡便であり、また駆動体が移動体の溝部に配設され
ているため、移動体の軸受けとしての機能を付与するこ
とが可能である。さらに、二個の振動体を採用する場合
には、振動子の位相を180 度変えることによって、系全
体の振動を効率良く打ち消すことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二方向回転の実施例に係る回転軸に振
動体を組み込んだ状態を示す図である。
【図2】本発明の二方向回転の実施例に係る繊維強化プ
ラスチックスの繊維配向を示す図である。
【図3】本発明の一方向回転の実施例に係る回転軸に振
動体を組み込んだ状態を示す図である。
【図4】図3の回転軸直角方向の断面図である。
【図5】本発明の一方向回転の実施例に係る繊維強化プ
ラスチックスの繊維配向を示す図である。
【図6】本発明の実施例に係る繊維強化プラスチックス
の別の繊維配向を示す図である。
【図7】本発明の実施例に係る異方性板を組合わせた振
動子の例を示す図である。
【図8】本発明を自動車部品に適用した実施例の図であ
る。
【符号の説明】
1…回転軸 2、2’…振動体 3、3’…振動子 4…固定部 5…溝部 6a、6b…側面部 7…振動子接合面 8…振動方向 9…強化繊維 10…取付具 11…エアコン吹出口 12…エア流 13…開閉装置 14…回転駆動部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一つの溝が設けられた移動体
    と、該溝内に配設される少なくとも一つの駆動体からな
    り、該駆動体は負のポアソン比を有する異方性材料から
    形成され、一端側は該移動体以外のものに位置固定する
    固定部となし、他端側には該駆動体に振動を付与する振
    動子が接合され、かつ該駆動体の幅は該溝の幅と略同じ
    か若干小さく形成することを特徴とする移動用駆動装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記駆動体が溝内に
    逆向きに一対設けられていることを特徴とする移動用駆
    動装置。
  3. 【請求項3】 前記振動子が圧電素子からなる請求項1
    または2記載の移動用駆動装置。
  4. 【請求項4】 前記異方性材料が繊維充填材料の積層板
    からなり、該繊維の配向制御によって、少なくとも二軸
    の異方性を発現する請求項1または2記載の移動用駆動
    装置。
JP7264195A 1995-05-17 1995-10-12 移動用駆動装置 Pending JPH0937578A (ja)

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JP7264195A JPH0937578A (ja) 1995-05-17 1995-10-12 移動用駆動装置

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JP11841995 1995-05-17
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