KR830002540B1

KR830002540B1 - Motor device using ultrasonic vibration

Info

Publication number: KR830002540B1
Application number: KR1019800001140A
Authority: KR
Inventors: 도시이꾸 사시다
Original assignee: 도시이꾸 사시다
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1980-03-19
Publication date: 1983-11-12
Also published as: KR830002429A

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Motor device using ultrasonic vibration

제1도는 본 발명에 관한 장치의 일부 단면도.1 is a partial cross-sectional view of an apparatus according to the present invention.

제2도는 요부 확대도.2 is an enlarged view of main parts.

제3도는 제2도의 선Ⅲ-Ⅲ를 따라 자른 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.

제4도는 구동상태를 설명하는 원리도.4 is a principle diagram illustrating a driving state.

제5도는 진동판의 진동변위에 의해 진동편에 전해진 압축력이 X 방향과 Y 방향의 두 방향으로 나누어져 있는 힘의 각도(fo5ce angle) 상태를 나타대 보여주는 개략도.5 is a schematic view showing a state of the force (fo5ce angle) in which the compressive force transmitted to the vibrating piece by the vibration displacement of the diaphragm is divided in two directions, the X direction and the Y direction.

제6도는 작동상태와 시간과의 관계를 표시하는 그래프도.6 is a graph showing the relationship between the operating state and time.

제7도 및 제8도는 본발명의 다른 실시예를 각각 표시한다.7 and 8 show different embodiments of the present invention, respectively.

본발명은 초음파 진동을 이용하여 이것을 회전운동 또는 직선운동으로 변환하는 모우터장치에 관한 것이다.종래부터 널리 사용되고 있는 각종 모우터장치는, 그 구동력원으로서 전자력(電磁力)을 응용한 것과, 대연기관의 힘을 응용한 것이 거의 전부이며 각종 용도에 사용되고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor device that uses ultrasonic vibration to convert it into rotational motion or linear motion. Various motor devices widely used in the past are based on the application of an electromagnetic force as a driving force source. Most of them apply the power of an engine and are used for various purposes.

그러나 이들 장치의 크기나 중량, 및 회전력(토오크) 등은, 사용되는 재료에 의해서 일정한 제한을 받는것이다. 왜냐하면 상기 인자는 사용되는 재료의 자기적 특성등에 의해서 결정되는 것이며, 이들의 특성을 초월한 장치는 회전구동을 하는 것이 불가능하기 때문이다.However, the size and weight of these devices, the torque (torque), etc. are subject to certain limitations depending on the materials used. This is because the above factors are determined by the magnetic properties of the materials used and the like, and devices that transcend these properties are impossible to rotate.

본 발명은 이들 종래의 각종 모우터장치와 달라서 초음파가 가지는 강력한 진동에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하므로서 소형이고 경량의 모우터 장치를 얻는 것을 목적으로 한 것이다.An object of the present invention is to obtain a compact and lightweight motor device by converting powerful vibration energy of ultrasonic waves into rotational or linear motion unlike these conventional motor devices.

본 발명의 다른 목적은, 구조가 간결하여 저가격으로 제공이 가능한 모우터장치를 얻는 데 있다.Another object of the present invention is to obtain a motor device which is simple in structure and can be provided at low cost.

하하 도면에 따라 본 발명에 관한 초음파진동을 이용한 모우터장치의 실시예를 설명한다.An embodiment of a motor apparatus using ultrasonic vibration according to the present invention will be described with reference to the following drawings.

제1도는 본 발명에 관한 장치의 일부 단면도이며, 도면 중 11은 케이싱본체로서 그 대부의 한편쪽에는 초음파진동자(12)가 좌우의 왕복진동이 가능하게 장치되고, 다른 편쪽에는 회전축(13)이 베아링(14)을 끼워서 회전 가능하게 대삽되어 있으며, 12와 13의 일단면이 상호로 대면하도록 배치된다.1 is a partial cross-sectional view of the apparatus according to the present invention, in which 11 is a casing main body, on one side of which the ultrasonic vibrator 12 is capable of reciprocating left and right, and on the other side a rotating shaft 13. The bearing 14 is interposed so as to be rotatable, and one end face of 12 and 13 is disposed to face each other.

또 회전축(13)의 일단면상에 판상(板狀) 또는 봉상(棒狀)의 진동편(15)이, 이 회전축의 축심에 대하여 적당한 각도로 경사하여 일체로 설치되고, 한편 초음파 진동자(12)의 1단면위는 진동판(16)이 고정되고, 이 진동판(16)과 진동편(15)의 두부가 접하는 위치에 유지된다. 17은 베아링 고정나사이며, 18은 회전축을 고정하는 너트, 19는 코일, 20은 커버부분이다.Moreover, on one end surface of the rotating shaft 13, the plate-shaped or rod-shaped vibrating piece 15 is inclined at an appropriate angle with respect to the shaft center of this rotating shaft, and is integrally provided, and the ultrasonic vibrator 12 is provided. The first end face of the diaphragm 16 is fixed, and the diaphragm 16 and the head of the vibrating piece 15 are held in contact with each other. 17 is a bearing screw, 18 is a nut for fixing a rotating shaft, 19 is a coil, 20 is a cover part.

제2도는 요부확대도이며, 초음파진동자(12)의 1단면에 고정된 진동판(16)에 접하여 회전축(13)의 1단면위에 진동편(15)이 회전축의축심에 대하여 경사져서 고정되고, 베아링 등의 축수(14)에 의해서 유지되어 있다. 진동편(15)을 구성하는 데는 회전축(13)을 형성하는 금속봉의 1단축의 중심부에 대하여 금속봉의 단면 반경보다 약간 작은 반경을 가지는 원형상의 공부(孔部)를 도려대어 형성하고, 나머지의 주연부분에 대하여 미리 설정한 각도의 절삭(cut)을 가하므로서 작성할 수가 있다.2 is an enlarged view of the main part, the vibration piece 15 is inclined and fixed with respect to the axis of the rotary shaft on one end of the rotary shaft 13 in contact with the diaphragm 16 fixed to the first end of the ultrasonic vibrator 12, It is hold | maintained by the bearing 14 of these. The vibrating piece 15 is formed by cutting a circular study having a radius slightly smaller than the cross section radius of the metal rod with respect to the central portion of the single axis of the metal rod forming the rotary shaft 13, and remaining edges. It can be created by applying a cut at a predetermined angle to the part.

제3도는 제2도의 선Ⅲ-Ⅲ을 따라 자른면, 즉 상기와 같이 작성한 진동편을 정면으로부터 관찰한 도면이며, 회전축(13)의 주연부분에 절삭에 의해서 진동편(15)이 돌기하여 형성되어 있다.FIG. 3 is a view taken along the line III-III of FIG. 2, that is, the vibrating piece created as described above from the front, and formed by cutting the vibrating piece 15 on the periphery of the rotating shaft 13 by cutting. It is.

또 절삭부분은 제2도에 표시한 바와같이 우측상방에 형성하는 것과 도시하지 않은 우측하방에 형성하는 것이 있다.In addition, as shown in FIG. 2, a cutting part is formed in the upper right side, and is formed in the lower right side which is not shown in figure.

다음에 실제의 구동상태의 원리를 설명하면 면저 제4(a)도에 표시한 바와같이 진동판(16)의 1단면(16a)과, 진동편(15)의 1단면(15a)이 접하고 있는 최하부를 x-y좌표의 원점으로 한다.Next, the principle of the actual driving state will be described. As shown in FIG. 4 (a), the bottom end of the first end face 16a of the diaphragm 16 and the first end face 15a of the vibration piece 15 are in contact with each other. Is the origin of the xy coordinate.

이때 진동편(15)의 축심에 대한 경사 θ는 진동판(16)과 진동편(15)의 마찰각보다 작게 해두는 것이 필요하다. 다음에 제4(b)도와 같이 진동판(16)이 진동 개시하므로서 x방향으로 Δx만 변위하였을 경우, 진동편(15)의 1단면(15a)을 +x 방향으로 밀지만, 회전축(13)에 대하여 이것을 +y 방향으로 밀어올리는 힘이 작용하여 Δy₁만큼 이동시킨다.At this time, it is necessary to make the inclination θ with respect to the shaft center of the vibrating piece 15 smaller than the friction angle between the vibrating plate 16 and the vibrating piece 15. Next, as shown in FIG. 4 (b), when only Δx is displaced in the x direction as the diaphragm 16 starts to vibrate, one end surface 15a of the vibrating piece 15 is pushed in the + x direction. A force pushing it against the + y direction acts to move it by Δy ₁ .

다음에 제4(c)도와 같이 진동판(16)이 -x 방향으로 -Δx만큼 변위하였을 경우에는, 진동판(16)의 1단면(16a)과, 진동편(15)의 1단면(15a)이 이탈하여, 양자간에 마찰력이 작용하지 않게 되어서 (15a)부분은, 고유 진동의 주기에 의해서 +y 방향으로 이동하는 것이며, 또 이 기간도 회전축은 관성력에 의해서 +y 방향으로 Δy₂만큼 이동한다. 또 진동판(16)이 진동을 계속하므로서 재차(A)의 상태로 되어 상기 동작을 되풀이 하므로서, 회전축(13)의 회전을 계속해서 행하여지게 된다.Next, when the diaphragm 16 is displaced by -Δx in the -x direction as shown in FIG. 4 (c), one end face 16a of the diaphragm 16 and one end face 15a of the diaphragm 15 are The friction force does not act between the two parts so that the portion (15a) moves in the + y direction by the period of the natural vibration, and the rotational axis also moves in the + y direction by Δy ₂ by the inertia force. In addition, the diaphragm 16 is in the state of A again as the vibration plate continues to be vibrated, and the above operation is repeated so that the rotation of the rotary shaft 13 is continued.

제6도는 이상의 동작상태를 시간(t)을 사용하여 그래프한 것이나 제6(a)도는 진동판(16)의 운동을 나타대며, 제6(b)도는 진동편(15)의 1단면(15a)의 운동을 L로 나타낸 것으로서, 이것은 진동편(15) 자신의 진동M과, 회전축(13)의 운동 N을 합성시킨 것에 상당한다. 또 시간 t₁로부터 t₂의사이는 진동판(16)과 진동편(15)이 접촉하여 있으며, 또 회전축(13)을 회전 구동시켜, 시간 t₂에서 t₃의 사이는 진동판(16)과 진동편(15)이 이탈하여 있으며, 회전축(13)은 관성 이동하고 있는 것이다.FIG. 6 is a graph of the above operating state using time t, but FIG. 6 (a) shows the motion of the diaphragm 16, and FIG. 6 (b) shows one end surface 15a of the vibrating piece 15. The motion of is represented by L, which corresponds to the combination of the vibration M of the vibration piece 15 itself and the motion N of the rotation shaft 13. In addition, the diaphragm 16 and the vibrating piece 15 are in contact with each other from the time t ₁ to the t ₂ , and the rotary shaft 13 is rotated to drive the diaphragm 16 and the vibrating piece between time t ₂ and t ₃ . (15) is detached | deviated and the rotating shaft 13 is moving inertia.

이와같이 본 발명은, 초음파진동자의 진동판(16)의 진동운동을 진동편(15)에 의해서 회전축의 운동으로 변환하는 것을 특징으로 하는 것이며, 진동편(15)은 회전축의 축심에서 떨어진 위치에 있기 때문에, 회전축은 회전력이 전달되어서 소망하는 회전을 계속 하는 것이다.As described above, the present invention is characterized in that the vibrating motion of the vibrating plate 16 of the ultrasonic vibrator is converted into the motion of the rotating shaft by the vibrating piece 15, and the vibrating piece 15 is located at a position away from the axis of the rotating shaft. The rotating shaft is a rotating force transmitted to continue the desired rotation.

제7도, 제8도는 본 발명의 다른 실시예이며, 제7(a)도에 있어서 21은 복수개의 진동자로서 그 일단에 진동편(22)이, 진동자와 일체로 형성되어 있다. 진동편(22)은 제1도, 제2도의 실시예와 마찬가지로 회전축(23)의 축힘에 대하여 경사져서 설치되어 있다.7 and 8 show another embodiment of the present invention. In FIG. 7 (a), 21 is a plurality of vibrators, and at one end thereof, the vibrating piece 22 is integrally formed with the vibrator. The vibrating piece 22 is provided inclined with respect to the axial force of the rotating shaft 23 similarly to the Example of FIG. 1, FIG.

선 Ⅶ-Ⅶ에 따른 단면도를 제7(b)도에 표시하고 있으나, 회전축(23)의 주연부분(23')에 대하여 상기 진동편(22)이 실선으로 표시하는 위치에서 접촉하고, 이 진동편(22)의 좌우방향으로의 진동운동에 의해서 회전축(23)을 회전 구동시키는 것이다.Although the sectional view along the line VIII-V is shown in FIG. 7 (b), the vibration piece 22 contacts the peripheral part 23 'of the rotating shaft 23 at the position shown by a solid line, and this vibration The rotary shaft 23 is driven to rotate by vibrating movement in the horizontal direction of the piece 22.

이 때 복수의 진동자는 동일한 동작상태가 아니고, 위상을 바꿔서 교호로 동작하도록 설정하여 회전축의 회전상태를 원활하게 할 수가 있다.At this time, the plurality of vibrators are not in the same operating state, but can be set to be alternately operated by changing phases to smoothly rotate the rotating shaft.

제8도의 경우는 복수의 진동자(31)를 직렬로 늘어놓고, 그 각각을 진동자 지지부재(32)를 사용하여 결합시킨 것이며, 각 진동자(31)의 1단에 소정의 각도를 가지고 절삭 형성한 진동편(33)이 설치되어 있으며, 진동자(31)의 상하 방향으로의 진동에 수반하여, 평판상 또는 봉상의 부재(34)를 화살표의 방향으로 직선운동으로서 변환시키는 것이다.In the case of FIG. 8, the plurality of vibrators 31 are arranged in series, and each of them is coupled using the vibrator support member 32, and the cutting edge is formed at a predetermined angle at one end of each vibrator 31. FIG. The vibrating piece 33 is provided, and with the vibration of the vibrator 31 in the up-down direction, the flat plate or rod-shaped member 34 is converted into linear motion in the direction of an arrow.

이상 본 발명에 관한 초음파 진동을 이용한 모우터 장치에 관하여 그 구동원리 및 실시예의 상세한 설명을 하였으나, 종래의 각종 모우터장치와는 달라, 본 발명은 초음파가 가지는 강력한 진동 에너지를 회전 또는 직선운동으로 변환한다고 하는 획기적 수법에 의해서 이루어지는 것으로서 강력한 회전력, 구동력을 갖는 소형 경량한 모우터장치가 얻어진다고 하는 큰 효과를 가지고 있으며, 모든 용도에 적용하는 것이 가능하다는 점에서 극히 유효한 것이다.Although the driving principle and the embodiment of the motor apparatus using the ultrasonic vibration according to the present invention have been described in detail, unlike the conventional various motor apparatuses, the present invention uses the powerful vibration energy of the ultrasonic wave in rotation or linear motion. It is achieved by the breakthrough method of converting, and it has the big effect that the small lightweight motor apparatus which has a strong rotational force and a driving force is obtained, and it is extremely effective in that it can be applied to all uses.

Claims

The one end surface of the plurality of or the plurality of ultrasonic vibrators 12 in which the diaphragm 16 is provided at the first stage of the casing body 11 and the one end surface of the rotating shaft 13 are fixedly disposed at mutually opposite positions. The ultrasonic vibrator 12 is formed by integrally forming the plate-shaped or rod-shaped vibrating piece 15 inclined at an appropriate angle with respect to the axis of the rotary shaft 13 with the one end surface on the other side. Motor device using ultrasonic vibration, characterized in that for converting the reciprocating motion of the rotation into a rotational motion of the rotary shaft (13).