JPS5937672B2 - 超音波振動を利用した回転駆動装置 - Google Patents

超音波振動を利用した回転駆動装置

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JPS5937672B2
JPS5937672B2 JP54031955A JP3195579A JPS5937672B2 JP S5937672 B2 JPS5937672 B2 JP S5937672B2 JP 54031955 A JP54031955 A JP 54031955A JP 3195579 A JP3195579 A JP 3195579A JP S5937672 B2 JPS5937672 B2 JP S5937672B2
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    • Y10T74/1856—Reciprocating or oscillating to intermittent unidirectional motion

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波振動を利用して、超音波振動子の往復運
動を回転軸の回転運動に変換する回転駆動装置に関する
ものである。
従来から広く用いられている各種モーター装置はその駆
動力源として電磁力を応用したものがほとんど全てであ
って各種用途に使われている。
しかしこれら装置の大きさ、重量および回転力等は用い
られる材料によって一定の制限を受けるものである。
何故ならば、上記因子は用いられる材料の磁気的特性等
によって決められるものであり、これらの特性を超えた
装置は回転駆動を行なうことが不可能となる為である。
本発明はこれら従来の各種回転駆動装置と異なり、超音
波の持つ強力な振動エネルギーを回転運動に変換するこ
とによって小形にして軽量な回転運動装置を得ることを
目的として考えられたものである。
上記目的を達成する為に、超音波振動子の往復運動を回
転軸の回転運動に変換する回転駆動装置を得んとするも
のである。
以下図面に従って本発明に係る超音波振動を利用した回
転駆動装置の実施例を説明する。
第１図は本発明に係る装置の一部断面図であり、図中１
１はケーシング本体であってその内部の一方側には、超
音波振動子１２が矢印ａに往復振動が可能に装置され、
他方側には、回転軸１３がベアリング１４を介して回転
可能に内嵌されており、振動板１６と回転軸１３の一端
面とが対向配置されている。
さらに、回転軸１３の一端面上に板状又は棒状の振動片
１５が、回転軸１３の軸方向に対して適当な傾斜角度を
持たせて回転軸１３と一体に設けられ、また、超音波振
動子１２の一端面上には振動板１６が固定され、振動板
１６と振動片１５０頭部とが接する位置に保持されてい
る。
１７はベアリング固定ネジ、１８は回転軸１３を固定す
るナツト、１９はコイル、２０はカバ一部分である。
一般的に、超音波を発生させる振動子として、現在磁歪
型振動子と電歪型振動子の２種類が実用化されており、
それらの振動子は既に知られている。
ここに示した振動子は磁歪型振動子であって、コイル１
９に高周波電圧を印加すると磁歪体である超音波振動子
１２が磁界により伸縮し、よって、振動板１６を励振す
る。
第２図は超音波振動子１２の要部拡大図である。
回転軸１３の一端面上に設けられた振動片１５が、超音
波振動子１２の一端面上に固定された振動板１６に接し
、回転軸１３の軸方向に対し適当な角度を持たせて固定
され、かつベアリング等の軸受１４によって支持されて
いる。
振動片１５を構成するには、回転軸１３を形成する金属
棒の一端側の中心部に対して、金属棒の断面半径より若
干小さい半径を有する円形状の孔部なくり抜き形成し、
残りの周縁部分に対して、予め設定した角度の切込みを
加える事によって作成することができる。
第３図は第２図のｘ−ｘ’線における縦断面図であり、
回転軸１３０周縁部分に切込によって振動片１５が突起
して形成されている。
なお、切込み部分は第２図に示した如く右側上方に形成
するものと、右側下方（図示せず）に形成するものとが
ある。
次に、実際の駆動状態の原理を説明すると、まず第４図
Ａに示す如く、振動板１６の一端面１６ａと、振動片１
５の一端面１５ａの接している最下部なＸ−Ｙ座標の原
点とする。
この時、振動片１５の軸方向に対する傾きθは振動板１
６と振動片１５の摩擦角より小さくしておく事が必要で
ある。
なぜならば、振動片１５が振動板１６から受ける力は第
５図に示すように振動板１６の法線方向の力ｆｘと接線
方向の力ｆｙの成分として表わされるので、振動片１５
と振動板１６との摩擦係数μは最大静止摩擦角θＳ二ｊ
ａｎ ’μである。
だから、振動片１５の一端面１５ａがスリップせずに効
率よく駆動力を受けるには、振動片１５の傾きθは最大
静止摩擦角θＳより小さくしておかなければならない。
次に、第４図Ｂの如く振動板１６が振動開始する事によ
り、振動板１６がＸ方向に△Ｘだげ変位した場合、一端
面１５ａを＋Ｘ方向に押すが、回転軸１３は固定されて
いる為、第５図に示す傾斜角θとＸ方向の変位ｆｘによ
る分力ｆｙが生じて、振動片１５は回転軸１３に対して
＋Ｙ方向に押し上げる力が働き、回転軸１３を△Ｙ１だ
け移動させる。
次に、第４図Ｃの如く振動板１６が−Ｘ方向に−△Ｘだ
げ変位した場合には、一端面１６ａと一端面１５ａとが
離脱して両者間に摩擦力が働かなくなるので、固有振動
の周期によって、回転軸１３は＋Ｙ方向に移動すること
になる。
しかしながら、この期間も回転軸１３は慣性力によって
＋Ｙ方向へ△Ｙ２だけ移動する。
さらに、振動板１６が振動を継続する事によって再び第
４図Ａの状態となって前記動作をくり返す事になり、回
転軸１３０回転が継続して行なわれるのである。
ここで、慣性力について付言すると、第４図において振
動板１６の振動運動が振動片１５を一方向運動に変換す
る機構であって、振動片１５は間欠的に駆動力を受けて
いる。
一方、超音波振動は一般に２０ＫＨｚ以上の振動を取扱
い、慣性力は周波数の２乗に比例するのであるから、本
発明においては十分な慣性力を有し、一様な連続回転を
得る事が可能となるのである。
ここで、もし、振動片１５の一端面１５ａを回転軸１３
の軸心近傍まで延長すると、振動片１５の運動量と回転
軸１３の運動量との合成運動量は振動片１５の内周部と
外周部において大きな差が生じるので、その結果、振動
片１５の一端面１５ａと振動板１６との間でスリップが
生じ、エネルギー効率の低下、摩耗の発生をもたらすこ
とが実験判明した。
そこで、このスリップを回避するために、振動片の一端
１５ａを回転軸１３の軸心近傍から離すことが必要であ
る。
第６図は本発明の別の実施例であり、第６図Ａにおいて
、２１は複数個の振動子でその一端に振動片２２が、振
動子と一体に形成されている。
振動片２２は第１図、第２図の実施例と同様に回転軸２
３の軸方向に対して傾けて設けである。
そのＹ−Ｙ’線における縦断面図を第６図Ｂに示しであ
るが、回転軸２３０周縁部分２３′ に対して前記振動
片２２が点線に示す位置で接触し、振動片２２の左右方
向への振動運動によって回転軸２３を回転駆動させるも
のである。
この際複数の振動子は同一の動作状態ではなく、位相を
変えて交互に動作するように設定して回転軸の回転状態
をなめらかにする事が可能である。
本発明は超音波の持つ振動エネルギーを回転運動に変換
するという手法によって成るものであって強力な回転力
、駆動力を持つ小形軽量な回転駆動装置が得られるとい
う大きな効果を有しており、駆動要素を有する多種の用
途に適用することが可能であるという点で有効なもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る装置の一部断面図であり、第２図
は要部拡大図、第３図は第２図のｘ−ｘ’線における縦
断面図、第４図は駆動状態を説明する原理図、第５図は
振動片が受ける力の分力説明図、第６図は本発明の他の
実施例をそれぞれ示す。 １１・・・・・・ケーシング本体、１２，２１・・・・
・・超音波振動子、１３ 、２３・・・・・・回転軸、
１５．２２・・・・・・振動片、１６・・・・・・振動
板。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ ケーシング本体１１内に、単数または複数の超音波
    振動子１２の一端面に設けられた振動板１６と、回転軸
    １３の一端面とを対向配置し、両者間に回転軸１３の軸
    方向に対して傾斜角度を有する振動片１５の回転軸１３
    または振動板１６のいずれか一方と一体形成することに
    より、超音波振動子の往復運動を回転軸の回転運動に変
    換することを特徴とする超音波振動を利用した回転駆動
    装置。
JP54031955A 1979-03-19 1979-03-19 超音波振動を利用した回転駆動装置 Expired JPS5937672B2 (ja)

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