旋转式驱动装置以及具有这种旋转式驱动装置的装置的制作方法

文档序号:7172813阅读:488来源:国知局
专利名称:旋转式驱动装置以及具有这种旋转式驱动装置的装置的制作方法
技术领域
本发明涉及旋转式驱动装置和装备这种旋转式驱动装置的装置,这种旋转式驱动装置具有,例如,带有压电元件的振动件和与该振动件压接的旋转件,借助于在压电元件上附加电压使振动件振动,从而使旋转件转动。
背景技术
以往,利用压电元件的旋转式驱动装置是公知的(例如,见专利文献1)。
旋转式驱动装置一般都具有,例如,底座部件,带有设置在该底座部件上的压电元件的振动件,以及与设置在底座部件上的振动件压接的旋转件。旋转件呈圆盘状,在旋转轴线上有动力输出轴。振动件压接在旋转件的外圆周面上。
在这种旋转式驱动装置中,由于在压电元件上附加了电压,使得振动件振动,就能从动力输出轴获取驱动力。
特开平10-80164号公报(第2~3页,图1)通常,旋转式驱动装置的驱动扭矩T的大小,是用旋转力F与从旋转轴线中心到旋转力F的作用点之间的距离(在这种情况下就是旋转件的半径)r的乘积来表示的。因此,当确定了所需要的驱动扭矩T1时,如果旋转力F的大小是一定的,例如为F1,就能求出旋转件的半径r1,结果,就确定了旋转件的尺寸。
可是,由于在旋转件的外圆周一侧设置了振动件,即使在旋转式驱动装置的尺寸为最小的情况下,该装置的尺寸也是旋转件的尺寸与振动件的尺寸之和。因此,在规定的输出驱动扭矩下,其小型化受到了限制。

发明内容
本发明的目的是提供一种在输出规定的驱动扭矩的同时,能使其小型化的旋转驱动装置,以及装备这种旋转驱动装置的装置。
为达到上述目的,本发明的旋转式驱动装置和装备这种驱动装置的装置采用下述结构。
即,本发明的旋转式驱动装置具有下列部件底座部件;设置在该底座部件上的,具有压电元件的振动件;以及设置在底座部件上,能够转动的旋转件;振动件具有压接部分,旋转件在离开旋转中心一定距离的位置上具有与压接部分压接的被压接部分,在压电元件上加上电压之后,振动件振动,由压接部分反复推压被压接部分,从而使旋转件旋转,其特征在于,振动件在与旋转件的旋转轴线交叉的平面上的位置,与被压接部分相同,或者比被压接部分更靠近旋转中心。
对于本发明的旋转式驱动装置,所使用的振动件的性能与以往的旋转式驱动装置的振动件的性能相同,能输出同样的驱动扭矩T1。在这种情况下,由于旋转力F1也相同,所以距离r1,即旋转件的大小也相同。
按照这种发明,由于振动件在与旋转件的旋转轴线交叉的平面上的位置与被压接部分相同,或者比被压接部分更靠近旋转中心,所以不需要像以往那样在旋转件外侧设置安装振动件的空间,能使整个旋转式驱动装置缩小。因此,在输出规定的驱动扭矩的同时,能使旋转式驱动装置小型化。
此外,一般说来,压电元件的抗冲击性能是很脆弱的。因此,振动件,例如,都由平板状的加强板,以及设置在这种加强板表面上的压电元件构成,在把压接部分设置在加强板上的情况下,即使从外部对旋转件施加很大的冲击力,这种冲击就不会直接传递给压电元件。因此,提高了旋转式驱动装置的耐冲击性能。
在本发明中,一般希望使振动件的压接部分的断面呈圆弧形凸起状,而旋转件的被压接部分,在对着压接部分的压接方向上凹进去,其断面呈圆弧形凹进状。
按照本发明,由于旋转件的旋转轴线能摇摆,即使压接部分与被压接部分的压接角度变化,也能切确保压接部分与被压接部分的压接面,从而能稳定地驱动旋转式驱动装置。
在本发明中,希望以相等的间隔沿着旋转件的被压接部分布置多个振动件,而压接部分从旋转中心一侧压接在被压接部分上。
按照这种发明,压接部分能以很均匀的压力,从旋转中心一侧推压旋转件的被压接部分。因此,就能防止旋转件的旋转轴线偏心,能稳定地驱动旋转式驱动装置。
此外,因为能用压接部分支承旋转件,不需要用旋转轴来支承旋转件了,从而能有效地利用旋转件内部的空间。例如,在用旋转轴线支承旋转件的情况下,在布置零件时就必须避开旋转轴。可是,按照本发明,由于振动件的布置不必避开旋转轴。所以,与用旋转轴支承旋转件的情况相比,能把旋转件的大小做得与振动件一样,从而能使旋转式驱动装置小型化。
在本发明中,希望多个振动件以相等的间隔沿着旋转件的被压接部分布置多个振动件,而压接部分从沿着旋转轴线的方向压接在被压接部分上。
按照这种发明,压接部分能以很均匀的压力,从沿着旋转轴线的方向推压旋转件的被压接部分。因此,就能防止旋转件的旋转轴线偏心,能稳定地驱动旋转式驱动装置。
在本发明中,希望各振动件用一个驱动信号来驱动。
按照这种发明,例如,由于可以把一个附加装置连接在各个振动件上,对其施加电压,因而能用一个驱动信号来驱动各个振动件,而不需要为每一个振动件单独设置附加装置,所以制造成本和运转费用都能降低。
在本发明中,希望具有把振动件的压接部分压向旋转件的被压接部分的加压装置。
按照这种发明,能使压接部分可靠地压接在被压接部分上,因而能使旋转件可靠地旋转,所以就能稳定地驱动旋转式驱动装置。
此外,在旋转件停止转动的过程中,即使从外部对旋转件施加旋转力,但由于压接在旋转件的被压接部分上的压接部分起了挡块的作用,阻止旋转件旋转,所以能防止不需要的转动。
在本发明中,希望振动件支承在能沿一个规定的方向相对于旋转件前进或后退的支承件上。
按照这种发明,由于把支承件的前进或后退的方向规定在一个方向上,所以振动件的压接部分始终以一定的角度压接在旋转件的被压接部分上。因此,即使在长期使用旋转式驱动装置,振动件多少有些磨损的情况下,仍能稳定地驱动旋转式驱动装置。
在本发明中,还希望具有调节加压装置的压力的压力调节装置。
以往,借助于带有压电元件的振动件的振动来驱动被驱动件时,作为调节被驱动件的被驱动速度(移动速度)的方法,都是通过对振动件的压电元件施加连续的或者间歇的脉冲电压来进行调节。在这种方法中,当被驱动件高速移动时,要连续地在振动件上施加脉冲电压,使其振动。此外,当被驱动件低速移动时,在连续地在振动件上施加脉冲电压之后,要停止供应一定的时间。这样,借助于在振动件上间歇地施加脉冲电压,间歇地驱动被驱动件,从整体上说,就能以所要求的平均速度驱动上述驱动件。
可是,当以这种方式在振动件上施加间歇的脉冲电压时,在振动件从其停止的状态开始振动的初期,其振动的状态是不稳定的,不能把动力很好地传递给被驱动件,会导致驱动力降低。特别是在被驱动件是旋转件的情况下,由于被驱动件将因其惯性而继续旋转,在振动件停止振动的时候,会在被驱动件的压接部分上产生摩擦力,使旋转扭矩减小。此外,此时,还在两者的压接部分上发生磨损,不可能提高其寿命。
按照这种发明,由于可借助于压力调节装置来调节振动件对旋转件施加的压力,就能改变振动件对旋转件的驱动力,从而改变旋转件的旋转速度。与以往的那种通过使振动件间歇地振动来获得所要求的移动速度的方法不同,由于本发明是用调节施加在振动件的旋转件上的压力来改变驱动力的,所以振动件是连续振动的,始终保持稳定的振动状态,所以能防止驱动力减小。
在本发明中,希望能设置用手动来调节压力的压力调节装置。
按照这种发明,由于压力是用手动调节的,所以压力调节装置的结构很简单。因而,旋转式驱动装置的维修保养就方便,制造成本也低廉。
在本发明中,还希望设置能自动调节压力的压力调节装置。
按照这种发明,由于压力是自动调节的,所以即使旋转件在旋转过程中,也能借助于动态地调节振动件对旋转件所施加的压力,对旋转速度进行软式调节。
在本发明中,还希望能设置压接部分对被压接部分的压力可以无级调节的压力调节装置。
按照这种发明,由于这种结构的压力是可以无级调节的,旋转件旋转速度的设定可以是无级的,所以旋转速度的微调也变得很简单。
在本发明中,还希望对振动件设置多个压力调节装置。
按照这种发明,由于用多个压力调节装置来调节振动件的压力,所以一个压力调节装置所负担的载荷减小了。这样,就提高了压力调节装置的寿命。此外,由于还可以把一个压力调节装置对压力变化的比例定得很小,所以压力的微调就很容易。
在本发明中,还希望对多个振动件只设置一个压力调节装置。
按照这种发明,由于只用一个压力调节装置就能调节对多个振动件的压力,零件的数量减少了,旋转式驱动装置的制造成本就便宜了。此外,由于多个振动件对旋转件所施加的压力均匀了,向旋转件传递动力的效率就更高。
在本发明中,还希望具有设置在底座部件上,而且压接在旋转件上,为该旋转件导向的导向件。
按照这种发明,由于设置了为旋转件导向的导向件,防止了旋转件的旋转轴线的偏心,所以能稳定地驱动旋转式驱动装置。
此外,例如,借助于把振动件和导向件布置在相当于正三角形或者等腰三角形的各个顶点上,就能用这些振动件和导向件以很均匀的压力压在旋转件上,就能更加稳定地驱动旋转式驱动装置。
在本发明中,还希望旋转件在离开旋转中心规定距离的位置上,由压接部分和导向件来支承。
例如,当用旋转轴支承旋转件时,零件的布置就必须避开旋转轴。可是,按照这种发明,由于能把振动件布置在旋转轴线上,与用旋转轴来支承旋转件的情况相比,就能有效地利用旋转件内部的空间。于是,旋转式驱动装置能进一步小型化。
在本发明中,还希望把旋转件布置在上述底座部件的外圆周上。
按照这种发明,因为相对于底座部件的尺寸来说,能把旋转件的尺寸做得最大,因而,对于旋转式驱动装置的尺寸而言,能使得驱动力为最大。
在本发明中,还希望不旋转件设置成能在上述底座部件上装卸。
按照这种发明,由于旋转件设置成能在上述底座部件上装卸,即使因为长期使用旋转式驱动装置,使得旋转件的被压接部分或者振动件的压接部分有些磨损,也可以通过更换旋转件或者振动件,使这种旋转式驱动装置能长期使用,提高了它的利用率。此外,由于能安装多种多样的旋转件,也提高了旋转式驱动装置的应用范围。
在本发明中,还希望在底座部件和旋转件中,至少有一个部件,具有通过底座部件和/或旋转件与大致包围着振动件的空间内、外联通的,散热用的开口部分。
由于振动件本身的振动,以及振动件的压接部分与旋转件的被压接部分的压接,都会在振动件的周围产生热量。可是,压电元件的特性会由于周围的环境温度不同而发生变化,于是振动件的特性就会因为其周围的热量而发生变化,就会产生旋转式驱动装置不能稳定地驱动的危险。
按照这种发明,由于在底座部件和旋转件中,能通过至少在一个部件上设置的开口部分散发热量,所以内部的温度,特别是压电元件周围的温度不会急剧上升,所以就能稳定地驱动旋转式驱动装置。
此外,由于手和工具能从开口部分进入,以组装旋转式驱动装置内部的零件,所以还能提高其组装性能。
在本发明中,还希望在底座部件的与设置振动件相反一侧的面上,具有与振动件连接的导通端子。
按照这种发明,由于在底座部件上设置了导通端子,所以在把旋转式驱动装置组装在其他装置上的过程中,与振动件的连接作业就方便了。此时,由于导通端子设置在底座部件的与设置振动件相反一侧的面上,所以能有效地灵活使用底座部件的空间,不会妨碍振动件的振动,能可靠地连接。
在本发明中,还希望旋转件能用它的外圆周部分传递动力。
作用在垂直于旋转件的旋转轴方向上的力矩,即,作用在使旋转件的旋转轴倾倒方向上的力矩,是由外力与从外力的作用线下方到底座部件支承着旋转件的支点的垂线的长度的乘积来表示的。当把输出轴设置在旋转件的旋转轴线的延长线上时,如果外力沿旋转件半径方向作用在输出轴上,由于上述垂线的长度很长,力矩就很大,就会产生旋转轴容易歪斜的问题。
按照这种发明,由于用旋转件的外圆周部分传递动力,即使在其外圆周部分上施加旋转件半径方向的外力,由于从外力的作用线下方到底座部件支承着旋转件的支点的垂线的长度短,所以作用在垂直于旋转件的旋转轴线方向上的力矩很小,因而就能稳定地驱动旋转式驱动装置。
在本发明中,还希望具有设置在上述底座部件上,驱动上述振动件的附加装置。
当附加装置与旋转式驱动装置分开设置时,就必须有把驱动信号从附加装置送到旋转式驱动装置去的导线。
按照这种发明,就不需要从旋转式驱动装置引出为输送驱动信号用的导线等,结构简单,提高了它的操作性能。
此外,由于只用旋转式驱动装置就能进行驱动,所以能在户外等难以确保电源的场所使用,提高了携带性能。
本发明的装置的特征是具有以上所述的旋转式驱动装置。
按照这种发明,由于具有上述旋转式驱动装置,所以能获得以上所说的效果,可以把上述旋转式驱动装置应用于下列各种机构或装置上液体供应装置(管泵)、照相机的胶卷卷绕机构、照相机的镜头驱动机构、振动电动机、FDD(软盘驱动器)、录音机、CD播放机、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、冷却风扇、小型电子机器、小型泵、玩具、检查管道的装置(机器人)等等。


图1是本发明第一实施例的旋转式驱动装置的平面图;图2是上述实施例的振动件的放大立体图;图3是图1中沿III-III线的断面图;图4是上述实施例中的旋转式驱动装置的仰视图;图5是图1中沿V-V线的断面图;图6是上述实施例的振动件的工作过程图;图7是上述实施例的振动件的振动特性图;图8是本发明第二实施例的旋转式驱动装置的平面图;图9是上述实施例的旋转式驱动装置的断面图;图10是上述实施例的振动件的放大立体图;图11是上述实施例的振动件的放大平面图;图12是本发明第三实施例的旋转式驱动装置的平面图;图13是上述实施例的旋转式驱动装置的断面图;图14是本发明第四实施例的旋转式驱动装置的断面图;图15是本发明第五实施例的旋转式驱动装置的断面图;图16是上述实施例的振动件的放大侧视图;图17是本发明第六实施例的旋转式驱动装置的平面图;图18是上述实施例的旋转式驱动装置的断面图;图19是本发明第七实施例的旋转式驱动装置的平面图;图20是上述实施例的旋转式驱动装置的断面图;图21是本发明第八实施例的旋转式驱动装置的断面图;图22是本发明第九实施例的旋转式驱动装置的断面图;图23是本发明第十实施例的旋转式驱动装置的平面图;
图24是上述实施例的旋转式驱动装置的断面图;图25是本发明第十一实施例的旋转式驱动装置的平面图;图26是图25中沿VI-VI线的断面图;图27是图25中沿VII-VII线的断面图;图28是本发明第十二实施例的旋转式驱动装置的平面图;图29是上述实施例的旋转式驱动装置的侧断面图;图30是本发明第十三实施例的旋转式驱动装置的平面图;图31是上述实施例的旋转式驱动装置的侧断面图;图32是本发明第十四实施例的车辆的平面图;图33是上述实施例的车辆构成的框图;图34是本发明第十五实施例的机器人的立体图;图35是上述实施例中的机器人构成的框图;图36是本发明的旋转式驱动装置的变型例的图;图37是使用本发明的旋转式驱动装置的例子的图;图38是本发明的旋转式驱动装置的另一个变型例的图。
具体实施例方式
下面,参照

本发明的各种实施例。不过,从第二实施例以后,凡是与第一实施例中结构相同的部件,或者具有同样功能的部件,都使用同样的标号,并简化或省略其说明。
图1是本发明第一实施例的旋转式驱动装置1的平面图。在图1中,旋转式驱动装置1具有带压电元件22的振动件2,以及由振动件2的振动来驱动的环状旋转件100。振动件2通过固定在能使振动件2振动的支承件3上而安装在底座部件4上,此外,旋转件100设置在底座部件4的外圆周上,能够转动。
另外,这种旋转式驱动装置1,例如,可以组装在照相机主体内,在旋转件100的外圆周上挂上皮带之类,用皮带来传递旋转运动,用于在胶卷卷绕机构中卷绕照相机的胶卷。
图2中表示的是振动件2和支承件3的分解立体图。如图2和上述图1所示,振动件2具有大致呈矩形的平板形状的加强板21,和设置在该加强板21的表里两个表面上的压电元件22。
加强板21用不锈钢或其他材料制成,在其短边的一端,大致在宽度方向的中央,形成了成为一个整体的,向着长度方向凸出的,大致呈圆弧形的压接部分23。加强板21的压接部分23的前端压接在旋转件100的内圆周上,大致布置成与内圆周的切线方向成直角(沿着旋转件100的径向)。即,振动件2在与旋转件100的旋转轴线交叉的平面上的位置,处于旋转中心偏向压接部分23压接位置的一侧。
此外,大致在加强板21的长度方向的中央,在宽度方向的两侧,形成了成为一体的臂部24。臂部24从加强板21大致成直角地凸出来,在其端部分别开有孔241。
压电元件22粘接在加强板21两面的大致呈矩形的部分上。压电元件22的材料没有特别的限制,可以使用钛酸锆酸铅(注册商标为PZT)、水晶、铌酸锂晶体、钛酸钡、钛酸铅、偏铌酸铅、多相化乙烯叉、锌铌酸铅、钪铌酸铅等等各种各样的材料。
此外,在压电元件22的两面上,用电镀、喷镀、真空镀膜等方法形成镍或金之类做成的电极。在这些电极中,与加强板21相对的面在整个面上形成一个压电元件22。而在不与加强板21相对的面上,则以沿长度方向的中心线为轴线,对称地形成许多电极,并用沟槽使其在电气上绝缘。即,在宽度方向上用两条沟槽25A把压电元件22大致分成三等分,然后,在用沟槽25A分割开来的三个电极中,在两侧的电极上再形成沟槽25B,将其分成沿长度方向大致为二等分的电极。由于有了这些沟槽25A、25B,就在压电元件22的表面上形成了这样一些电极在宽度方向处于中央的电极22A,以及在电极22A的两侧分别处于对角线的两端的,相对的电极22B、22C。这些电极22A、22B、22C分别用导线(图中未表示)连接起来,并与安装在底座部件4上的导通销35连接。此时,导通销35一共设置了四根,电极22A、22B、22C分别与这些导通销35连接。此外,导线(图中未表示)也连接在加强板21上,并连接在与上述三根导通销35不同的另一根导通销35上。
另外,在夹着加强板21的里外两面的压电元件22上,都同样设置了上述这些电极,例如,在加强板21的内表面上,也形成了电极22A。
此时,压电元件22的尺寸、厚薄、以及分割后电极的形状等等,以能达到同时出现下述现象为宜,即,当在压电元件22上反复通以电压时,压电元件22要能沿长度方向进行伸缩,也就是纵向振动;并且在与压电元件22的平面中心相对的点上,能沿着与纵向振动垂直的方向进行弯曲,也就是弯曲振动。此时,一般希望把纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率设定为互相接近,最好纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之比大于1.00,小于1.03。此外,压电元件22的长边与短边的长度比,最好当长边为1时,短边大于0.274。
另外,当把压电元件22的尺寸做成长边为1,短边的长度小于0.274时,纵向振动的共振频率就要比弯曲振动的共振频率高,就不能在压接部分23上获得良好的椭圆轨道。此时,纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之比小于1.00。此外,当两种振动的共振频率之比大于1.03时,纵向振动的共振点与弯曲振动的共振点互相离开,就不可能设定同时使两种振动的振幅都很大的振动频率。
加在压电元件22上的电压的频率,以选择在纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之间为宜。更好一些,是选择在两种振动都能良好地出现的,电流谐振频率与弯曲振动的共振频率之间。另外,对加在压电元件22上的电压的波形没有特别的限制,例如,可以采用正弦波,矩形波,台形波等等。
图3表示旋转式驱动装置1的侧断面图,它是图1中沿III-III线的断面图。此外,图4是旋转式驱动装置1的仰视图。如图3和图4以及图1所示,在振动件2的两侧,设置了若干根(在本实施例中每一侧两根,共计4根)与压电元件22的电极连接的,用金属之类制造的导通销35,这些导通销35穿过设置在底座部件4上的通孔41,并凸出于底座部件4上未设置振动件2的那一侧。在导通销35的表面上镀了金,以减小导电电阻,在通孔41与导通销35之间,隔着绝缘部件36,借助于该绝缘部件,能使得底座部件4与导通销35绝缘。
此外,在与底座部件4上设有振动件2的那一面相反的面上,设有用轧制铜之类的材料形成导通图形38的导通底板37,而导通销35则穿过上述导通底板37。上述导通底板37,例如,是用聚酰亚胺树脂之类,既柔软又有绝缘性能的材料制成的。导通图形38分别在穿过导通销35的通孔周围的一端形成,借助于锡焊之类的方法把这一端连接在导通销35上,使其导通。此外,这些导通图形38的另一端都布置在导通底板37上互相接近的位置上,分别形成各导通端子381。
借助于上述构成,导通端子381便分别成为与电极22A、22B、22C,以及加强板21连接的导通端子381。这些导通端子381都与向压电元件22施加交流电压的附加装置(图中未表示)连接。此时,在与这些导通端子381对应的位置上,设置了具有形成端子的导通图形的底板之类,当用螺钉把它拧紧在底座部件4上形成的与导通底板37相对的安装孔45中时,便能同时导通由于压力而接通的四个导通端子381,很容易地把两块底板连接起来,从而能很容易地把振动件2连接在附加装置上。
此外,在底座部件4和导通底板37的与旋转件100的旋转中心相对应的位置上,形成了位置确定孔401、371,以便当把旋转式驱动装置1安装在外部装置上时,能确定旋转件100中心的位置。
图5是旋转式驱动装置1的侧视图,这个图是沿图1中V-V线的断面图。在图5和图2中,支承件3用硬塑料之类或其它材料制成,并且具有固定振动件2的一对固定部件31,以及在上述固定部件31之间形成一个整体,支承在底座部件4上并能在其上滑动的滑动部件32。在固定部件31上,在与臂部24上的孔241对应的位置上,形成了螺纹部分311。把穿过孔241的螺钉26拧入上述螺纹部分311中,就能把振动件2固定在固定部件31上。因此,拧下螺钉26,就能把振动件2从支承件3(底座部件4)上拆卸下来。
滑动部件32布置在底座部件4上形成的呈凹进形状的滑动槽42(图5)中,大致在宽度方向的中央,在若干部位(在本实施例中是两个部位)上形成了长孔321,长孔321的方向与支承件3接近或离开旋转件100的方向平行。螺钉421穿过上述长孔321,并拧入在底座部件4上形成的螺孔422中。这样,支承件3就只能沿着长孔321的长度方向,即,只能在旋转件100中,从压接部分23的压接位置沿着旋转件100的径向滑动。
此外,在固定部件31和滑动部分32上都形成了台阶。即,由固定部见31和滑动部分32在中央形成了凹进部分。这样,当把振动件2安装在固定部件31上时,由于在振动件2与滑动部分32之间形成了空隙,即使振动件2振动,也不会受到滑动部分32和螺钉421的干涉。
此外,在支承件3上还在与位置确定孔401对应的位置上形成了长孔333。
再回到图3和图2,在支承件3两侧的固定部分31上,在远离振动件2的压接部分23一侧的端部的侧面,分别形成了突出来的圆柱形弹簧安装部分331。弹簧(加压装置)34的一端套在该弹簧安装部分331上。弹簧34的伸缩方向布置成与振动件2接近和离开相反的方向平行。其另一端套在圆柱形压接销332上。上述压接销332固定在设置在底座部件4上的卡块43上。
这样,由于弹簧34的一端与支承件3压接,其另一端与压接销332压接,所以弹簧34便能对支承件3施加将其压向接近旋转件100的压力。即,用适当的压力把振动件2的压接部分23压向旋转件100。
如图1、图3和图5所示,旋转件100通过以相等的间隔布置的若干个(在本实施例中为8个)滚珠441,支承在连接在底座部件4外圆周上的内座圈44上。在内座圈44与旋转件100之间,设有用合成树脂之类构成的圆筒形的滚珠保持部件442。在上述滚珠保持部件442上,在靠近导通底板37的一侧,沿着圆周方向隔开间隔,形成了数量与滚珠441相同的,大致呈半圆形的凹坑,滚珠441则分别嵌入这些凹坑内,使得滚珠441与内座圈44的外圆周保持预定的间隔。另外,旋转件100、内座圈44和滚珠441,例如,都用刚性好的不锈钢之类的材料制成。
在旋转件100的内圆周部分,在与压接部分23压接的方向上,形成了断面形状呈凹进的圆弧状的被压接部分101,振动件2的压接部分23就压接在这个被压接部分101上。这个被压接部分101的表面加工得非常光滑,以便减少压接部分23的磨损。借助于上述被压接部分101,当振动件2进行振动,压接部分23在旋转件100的旋转轴线方向上移位时,能防止与旋转件100之间的结合脱开。
此时,旋转件100在底座部件4上设置成能装配或拆卸。当从底座部件4上把旋转件100拆卸下来时,滚珠441便脱离滚珠保持部件442的凹坑,就能把滚珠保持部件442从底座部件4的内座圈44与旋转件100之间拆卸下来。由于此时滚珠441能在内座圈44与旋转件100之间自由移动,就能把滚珠441集中到内座圈44的外圆周的一个部位上,并使内座圈44靠近旋转件100上与集中了滚珠441相反的一侧。于是,由于与内座圈44和旋转件100接近的一侧相反的一侧所形成的空隙大于滚珠441的尺寸,就能把滚珠441一个一个地从这个空隙中取出来,从而能把旋转件100从内座圈44上拆下来。
以上所描述的旋转式驱动装置1的工作过程如下。
图6表示振动件2的工作过程的模式图,图6(A)表示振动件2的纵向振动;图6(B)表示振动件2的弯曲振动;图6(C)表示压接部分23的振动轨迹。
用附加装置在振动件2的加强板21与压电元件22的电极之间加上交流电压之后,就能使振动件2振动。此时,在压电元件22的电极中,如果只选择在电极22A和电极22C是接通电压,则振动件2便如图6(A)所示的那样,主要由于电极22A而沿着长度方向伸缩,也就是进行纵向振动。此外,由于在电极22A的两侧只在电极22C上接通电压,在这两侧的压电元件22所进行的伸缩是非对称的,于是,就如图6(B)所示,在与纵向振动垂直的方向上,产生相对于压电元件22平面中心点对称的弯曲,也就是还产生弯曲振动。
由于同时出现纵向振动和弯曲振动这两种振动,振动件2的压接部分23便如图6(C)所示,产生了画出大致呈椭圆形轨道的振动。于是压接部分23便在上述椭圆形轨道的一部分中通过推压旋转件100的被压接部分101,而使旋转件100转动。借助于以预定的频率反复地推压旋转件,旋转件100便向着一个方向,在本实施例中,是向着图1上的反时针方向,以预定的转速旋转。
此外,在旋转件100向相反的方向旋转时,就以振动件2长度方向的中心线为轴线的线对称方式,改变压电元件22中接通电压的电极。即,对压电元件22的电极22A和电极22B接通预定频率的电压,使压接部分23在相反方向上以描画椭圆轨道的方式进行振动。于是,旋转件100便向着相反的方向转动。
图7表示压电元件22的阻抗与振动件2的驱动频率之间的关系。如图7所示,对于附加在压电元件22上的电压的频率来说,阻抗在两个点上为极小值。其中,频率较低的一点是纵向振动的振幅最大的共振点,在这个共振点上的频率即为纵向振动的共振频率f1。频率较高的这一点,是弯曲振动的振幅最大的共振点,在这个共振点上的频率即为弯曲振动的共振频率f3。此外,在共振频率f1、f3之间还出现了反共振频率f2。
由图7可知,当驱动压电元件22,使它在纵向振动和弯曲振动的共振频率f1、f3之间振动时,纵向振动和弯曲振动这两种振动都能获得很大的振幅,驱动的效率很高。
因此,按照以上所描述的第一实施例,能获得下列各种效果。
(1)由于把在与旋转件100的旋转轴线交叉的平面上的振动件2的位置设置在比被压接部分101更靠近旋转中心,所以就不需要像以往那样在旋转件的外侧设置为振动件用的空间,于是旋转式驱动装置1在整体上就能缩小这一部分尺寸。因此,在输出规定驱动扭矩的同时,能使得旋转式驱动装置小型化。
(2)由于振动件2由包括平板状的加强板21,和设置在该加强板21的里外表面上的压电元件22所构成,而压接部分23设置在加强板21上,所以,即使从外部对旋转件100施加冲击等太大的力量时,这种冲击也不会直接传递给压电元件22。因此,能提高旋转式驱动装置1的耐冲击性能。
(3)由于设置了弹簧34,把振动件2向旋转件100这一边推压,所以压接部分23能切实地与被压接部分101压接,使得旋转件100能确实地旋转,所以就能稳定地驱动旋转式驱动装置1。
此外,当旋转件100停止转动时,即使从外部对旋转件100施加旋转力,由压接旋转件100的被压接部分101上的压接部分23成了挡块,阻止旋转件100转动,所以就能防止不需要的转动。
(4)由于支承件3利用长孔321进行导向,它只能在垂直于旋转件100的被压接部分101的一个方向上前进或后退,所以振动件2的进退方向也随之被限制在这一方向上。因此,由于压接部分23始终以同样的角度压接在被压接部分101上,即使由于长期使用而使压接部分23多少有些磨损,也还能使压接部分23稳定地与被压接部分101压接,能稳定地驱动旋转式驱动装置1。
(5)由于振动件2的压接部分23画出大致呈椭圆形的轨道,并且只有轨道的一部分使得旋转件100转动,所以加在旋转件100上的驱动力始终只向着一个方向。即,由于在压接部分23的椭圆形轨道中,在与旋转件100的旋转方向相反的轨道上,压接部分23施加在旋转件100上的压力很小,所以能防止阻碍旋转件100的转动。此外,压接部分23的驱动力很难传递到与惯性力作用方向相反的方向上,所以能防止减小旋转件100的旋转扭矩。此外,由于压接部分23在与旋转件100的旋转方向相反的的轨道上旋转件100的压力很小,所以能防止压接部分23和旋转件100的磨损,能进一步提高旋转式驱动装置1的寿命。
(6)由于把振动件2的压接部分23的断面做成凸出的圆弧形状,而旋转件100的被压接部分101在对着压接部分23的方向上的断面做成凹进的圆弧状,所以,即使由于旋转件100的旋转轴线振动,压接部分23与被压接部分101的压接角度发生变化,也仍能保证压接部分23与被压接部分101的接触面,仍能稳定地驱动旋转式驱动装置1。
(7)由于旋转件100设计成既能装配在底座部件4上,也能从其上拆卸下来,所以,例如,在长期使用之后,在压接部分23或者被压接部分101被磨损的情况下,可以只更换其中的一种部件,未磨损的部件则可以继续使用,能提高旋转式驱动装置1的零件的利用率。此外,由于可以根据用途改变旋转件100的形状,或者更换旋转件100,所以能扩大旋转式驱动装置1的应用范围。
(8)在底座部件4上,在与设置振动件2的一侧相反的一侧上,设置了形成导通图形38的导通底板37,并形成了与振动件2的各个电极连接的导通端子381。因此,即使在把附加装置之类的外部装置与旋转式驱动装置1连接起来的情况下,只要与形成了与导通端子381相对应的导通图形的底板接触,就能很容易地接通振动件2。此外,这样,还能有效地利用底座部件4的空间。
(9)由于旋转件100设置在底座部件4的外圆周上,所以相对于底座部件4的尺寸,能把旋转件100的尺寸做得最大,也就是相对于旋转式驱动装置1的尺寸来说,能使得驱动力最大。
(10)由于压电元件22的尺寸做得适当,即,长边的长度为1时,短边的长度大于0.274,而且,把弯曲振动的共振频率相对于纵向振动的共振频率之比设定为大于1.00,小于1.03,所以能同时获得纵向振动和弯曲振动,使得压接部分23能画出良好的椭圆形轨道来驱动旋转件100旋转。此时,由于纵向振动和弯曲振动的共振点互相接近,所以两种振动的振幅都在共振点附近,振幅都很大,能以很高的效率驱动旋转件100。
(11)由于电极22B、22C是以对称于压电元件22长度方向的中心线的方式形成的,所以借助于将附加电压的电极从电极22B转换到电极22C,压接部分23就能画出反向的椭圆形轨道,从而在相反的方向上驱动旋转件100。这样,振动件2的工作范围扩大了,从而能扩大旋转式驱动装置1的应用范围。
下面,列举第一实施例具体的例子。
压电元件22的材料使用PZT,其尺寸为,短边1.98mm,长边7mm,厚度0.15mm。加强板21的材料为不锈钢(SUS301),厚度为0.1mm。压接部分23在平面上的形状为宽度0.5mm,凸出长度0.45mm,大致呈半圆形,质量为0.16mg。此外,臂部24上从压电元件22凸出来的部分的宽度为0.4mm,长度为0.5mm。
在这种振动件2中,在压接部分23不压接在旋转件100上,不从旋转件100受到反作用力的状态下,纵向振动的共振频率f1约为279kHz,弯曲振动的共振频率f3约为285kHz,反共振频率f2约为283kHz。因此,弯曲振动的共振频率f3与纵向振动的共振频率f1之比约为1.015。当以纵向振动的共振频率f1与弯曲振动的共振频率f3之间的频率,更希望的是,以从反共振频率f2到弯曲振动的共振频率f3之间的频率,在振动件2上施加电压时,纵向振动和弯曲振动都分别在其共振点附近振动,能获得很大的振动振幅,并且在压接部分23处能获得良好的椭圆形轨道。
下面,说明本发明的第二实施例。
图8是本发明第二实施例的旋转式驱动装置1的平面图;图9是图8中的断面图。此外,在以下的说明中,称图9中的上侧为旋转式驱动装置1的上侧,而称图9中的下侧为旋转式驱动装置1的下侧。
在图8和图9中,旋转式驱动装置1具有下列各部件底座部件4;通过轴承部件46设置在上述底座部件4上,能够转动的旋转件100;设置在底座部件4上使旋转件100转动的振动机构20。
另外,这种旋转式驱动装置1是从,例如,在旋转件100的旋转中心形成的输出轴114获得旋转运动的,是用于压送流体的小型泵上的旋转式驱动装置。
底座部件4做成圆盘状,它具有下列构各部分在其中心形成的轴孔461;在轴孔461周围形成的向上凸出的凸部462;在凸部462周围形成的,把底座部件4的一方与另一方联通起来的开口部分463。轴孔461在底座部件4上方的孔径比下方的孔径大。
轴承部件46是滚珠轴承,它具有圆筒形轴承外座圈464,布置在轴承外座圈464内侧的圆筒形轴承内座圈465,以及布置在上述外座圈与内座圈之间的许多滚珠466。这样,内侧的轴承内座圈465便能以外座圈464的中心轴线为中心,相对于外座圈464自由转动。
旋转件100具有圆盘状的旋转件主体111,以及,例如,用压配合固定在上述旋转件主体111的外圆周上的圆环部分112。
旋转件主体111用PC(聚碳酸脂)之类的树脂制成,它具有凸出于其旋转中心下方形成的被支承部分113;凸出于其旋转中心上方形成的输出轴114;以及把旋转件主体111一方的表面与另一方的表面联通起来的开口部分115。即,旋转件100和底座部件4基本上形成了把振动机构20包围起来的空间,并且形成了联通这个空间的内部与外部的开口部分463和开口部分115。
圆环部分112用铁元素类、不锈钢类等等合金制成,在其内表面上有被压接部分101。上述被压接部分101与离开旋转中心一定距离位置上的后述振动机构20的压接部分23压接,并且相对于压接方向,做成凹进的圆弧形断面。
旋转件100的被支承部分113从上方插入轴承部件46的内座圈465中,并借助于从内座圈465下方拧入的螺钉467固定内座圈465。此外,轴承部件46的外座圈464嵌入轴孔461的底座部件4的上部。这样,旋转件100便通过轴承部件46支承在底座部件4上,能够转动。
振动机构20具有下列各部分带有压接部分23的三个振动件2;把振动件2支承在底座部件4上,使其能够转动,并且使各个振动件2的压接部分23压向旋转件100的被压接部分101的三根臂部24。
振动件2布置在与旋转件100的旋转轴线垂直交叉方向的位置上,比旋转件100的被压接部分101更靠近旋转中心,并沿着被压接部分101布置成隔开相等的间隔。此外,各振动件2相对于旋转件100的旋转方向是倾斜地布置的,这样,压接部分23便以规定的角度与被压接部分101接触。
图10是振动件2的放大立体图,图11是振动件的放大平面图。如图10和图11中所示,振动件2由下列各种部分构成大致形成矩形平板状的加强板21;设置在该加强板21的里外表面上的平板状的压电元件22;设置在这些压电元件22的表面上的电极22D、22E。
当沿着振动件2长度方向的中心线为S(如图11中的点划线所示)时,压接部分23就设置在振动件2对着被压接部分101一侧的端面和中心线S上。上述压接部分23的断面为凸出的圆弧形,与加强板21做成一体。
电极22D、22E由布置在压电元件22两端侧面的对角线上的,两个矩形振动检测电极22D,和布置成全面覆盖除了上述振动检测电极22D以外的压电元件22的,大致呈Z字形的驱动电极22E所构成。在上述振动检测电极22D和驱动电极22E之间形成空隙,并且在电气上是绝缘的。
另外,压电元件22的材料和尺寸等等与第一实施例中的相同。
夹着压电元件22和加强板21的互相相对的一组振动检测电极22D,通过导线221连接在振动检测装置(图中未表示)上。另外,在三个振动件2中,只有一个振动件2的两组振动检测电极22D与振动检测装置连接。
当振动件2振动时,这种振动由振动检测电极22D与加强板21所夹持的压电元件22转换成检测信号。上述检测信号通过振动检测电极22D送到振动检测装置中,检测出振动件2的振动状态。
加强板21通过导线223接地。夹持着压电元件22和加强板21,互相相对的一组驱动电极22E,通过导线222与附加装置(图中未表示)连接。另外,各振动件2的全部驱动电极22E共同与一个附加装置连接。
以上的导线221、222、223都通过底座部件4的开口部分463引到外部去。
当有一个驱动信号送到附加装置上时,由各振动件2的驱动电极22E和加强板21所夹持的部分压电元件22便振动,于是,振动件2的压接部分23也振动,从而驱动旋转件100转动。
下面,详细说明振动件2的工作过程。
当附加装置把规定频率的驱动信号输送给驱动电极22E时,由驱动电极22E和加强板21所夹持的部分压电元件22,作为一个整体进行伸长和收缩的纵向振动。这种纵向振动的方向沿着中心线S的方向,即,沿着振动件2长度方向。
此时,如图11所示,对于夹持在驱动电极22E和加强板21之间的部分压电元件22,要分成两个部分来考虑,一部分是靠近中心线S部分(振动件2宽度方向的中央部分)压电元件224,一部分是离开中心线S的部分(振动件2宽度方向的两侧部分)的压电元件225。这样,压电元件225的长度就比压电元件224的长度短。
于是,压电元件225的纵向振动(用图11中的箭头D2表示),就产生与压电元件224的纵向振动(用图11中的箭头D1表示)不同的运动,其纵向振动慢了,因而在压电元件22宽度方向上产生了扭转扭矩。由于这种扭矩,引发了振动件2在宽度方向上摆动的弯曲振动。
因此,振动件2便同时进行纵向振动和弯曲振动,其压接部分23的运动便如图11所示,画出近似于椭圆形轨道的轨道R。
再回到图8和图9,臂部24具有设置在底座部件4上,能够转动的转动部件242;和安装在该转动部件242上,对振动件2施加压力的加压部件(加压装置)243。
转动部件242大致呈字母L的形状,沿着凸出部分462的外圆周布置,在其底端一侧有销子245。销子245插入设置在底座部件4的凸部462附近的孔468内,用以支承转动部件242,使其能在底座部件4上转动。
加压部件243与振动件2的呈平板状的加强板21做成一个整体。该加压部件243由大致呈U字形的弹簧部分243A,和设置在该弹簧部分243A前端的,大致呈L字形的支承部分243B构成。
弹簧243A结合在以其底端设置在底座部件4中的销子469上。支承部分243B固定在转动部件242上,并以其前端连接在振动件2的加强板21的长度方向的中央。
由于有了上述臂部24,就能借助于弹簧部分243A,使得振动件2的压接部分23,在以转动部件242的销子245为中心向着顺时针方向旋转的同时,压在被压接部分101上。
另外,在压接部分23由于反复与被压接部分101接触而磨损的情况下,臂部24就能使振动件2以销子245为中心向顺时针方向转动。于是,压接部分23与被压接部分101所成的角度变化了,有可能使接触状态也发生变化。
可是,由于转动部件242是做成大致呈L字形的,并沿着凸出部分462的外圆周布置,所以能在避免与设置在底座部件4的中心部分的凸出部分462接触的同时,尽可能保证从销子245到压接部分23的距离有足够的长度。因此,就能使振动件2的旋转半径加大,把压接部分23与被压接部分101所成的角度的变化控制在最小的程度,保持压接部分23与被压接部分101的接触状态。
下面,说明旋转式驱动装置1的组装方法。
首先,在用振动件2、臂部24组装成振动机构20的同时,把轴承部件46安装在底座部件4上。接着,把转动部件242的销子245插入底座部件4的孔468内,并把各个振动件2布置在底座部件4上。当使得各个振动件2以销子245为中心向反时针方向转动时,便使得压接部分23从旋转件100的被压接部分101的轨道上退了出来。此时,加压部件243的弹簧部分243A处于图8中的假想线所示的状态。
接着,把旋转件100的被支承部分113插入轴承部件46的内座圈465中,用螺钉467将其固定,从振动机构20的上方把旋转件100安装在底座部件4上。然后,把工具从底座部件4的开口部分463插进去,使加压部件243的弹簧部分243A发生挠性弯曲,把它钩在底座部件4的销子469上。
如果在还没有安装旋转件100的状态下先安装振动机构20,则由于与销子469结合的弹簧部分243A的压力,振动件2的压接部分23会进入被压接部分101的轨道中,存在着无法安装旋转件100的问题。
可是,按照以上的方法,由于是在安装了旋转件100之后再使压接部分23从旋转中心一侧与被压接部分101压接,所以就不会发生上述问题。
下面,说明上述旋转式驱动装置1的工作过程。
首先,用附加装置在压电元件22上接通交流电压。所加的交流电压的频率为200~300kHz。
当加上电压时,压电元件22便在振动件2的长度方向产生伸长一收缩的动作,振动件2同时进行纵向振动和弯曲振动,压接部分23作描画轨道R的运动。
即,压接部分23在通过接近被压接部分101的轨道的过程中,用压力推动旋转件100的被压接部分101,利用在压接部分23与被压接部分101之间所产生的摩擦力,将被压接部分101向预定方向推送。
另一方面,压接部分23在通过离开被压接部分101的轨道的过程中,离开了旋转件100,或者,就是接触,其推压的力量也很小,无法驱动被压接部分101。
反复进行以上的动作,用压接部分23反复推压被压接部分101,就能使旋转件100沿着图8中的箭头E的方向转动。
因此,按照第二实施例,它除了能获得与第一实施例中的效果(1)、(2)、(5)、(6)、(7)和(10)同样的效果之外,还能获得以下的效果。
(12)由于在底座部件4和旋转件100上设置了开口部分463、115,能通过这些开口部分463、115散发热量,所以内部的温度,特别是压电元件22周围的温度不会急剧上升,使得旋转式驱动装置1能稳定地转动。
此外,由于能把手和工具从开口部分463、115伸进旋转式驱动装置1的内部,组装各种部件,所以能提高组装性能。
(13)由于沿着旋转件100的被压接部分101,隔开相等的间隔布置了三个振动件2,而且使得压接部分23从旋转中心一侧压接在被压接部分101上,所以能用压接部分23从旋转中心一侧,以很均匀的相等的压力推压被压接部分101。这样,既能防止旋转件100的旋转轴线的偏心,又能够稳定地驱动旋转式驱动装置1转动。
(14)由于把一个附加装置与各个振动件2连接,用一个驱动信号来驱动三个振动件2,所以就不必为每一个振动件各设置一个附加装置,能降低制造成本和运行费用。
(15)由于设置了加压部件243,使振动件2压向旋转件100这一侧,虽然其构成与第一实施例有差异,但却具有与第一实施例同样的效果,能使压接部分23切实地与被压接部分101压接,能使旋转件100确实地转动,所以就能稳定地驱动旋转式驱动装置1。
此外,当旋转件100在停止转动的过程中,即使在从外部对旋转件100施加旋转力的情况下,由于压接在旋转件100的被压接部分101上的压接部分23成了挡块,阻止旋转件100转动,所以能防止不需要的转动。
(16)由于把加压部件243与振动件2的加强板21做成一个整体,所以能减少制造费用。
(17)由于振动件2直接固定在底座部件4(轴承部件46)上,不需要第一实施例的那种支承件3,所以旋转式驱动装置1的结构更加简单了,能降低它的制造成本。
下面,参照图12和图13说明本发明的第三实施例。
图12是本发明第三实施例的旋转式驱动装置1的平面图;图13是图12中的断面图。此外,在以下的说明中,称图13中的上侧为旋转式驱动装置1的上侧,而称图13中的下侧为旋转式驱动装置1的下侧。
另外,这种旋转式驱动装置1可利用旋转件100的转动作为送风的离心风扇,例如,可以设置在计算机中,用于对计算机内部的机器进行空冷。
本实施例中的旋转式驱动装置1与第二实施例中的旋转式驱动装置1一样,都具有底座部件4、轴承部件46、旋转件100、以及振动机构20。
即,底座部件4做成箱子的形状,除了开口部分463之外,在其内部还具有附加装置60。开口部分463分别设置在底座部件4的上表面和下表面上。附加装置60由电池和驱动电路组成,通过导线222、223与后述的振动件2连接。用附加装置60发送一个驱动信号,就能使各振动件2的压电元件22振动,通过这些振动件2的振动,旋转件100就能转动。
轴承部件46具有下列各部分从底座部件4向上方凸出而形成的圆柱形的轴承主体471;在上述轴承主体471的外圆周上形成的支承部分472;以及设置在轴承主体471的外圆周上,在支承部分472上方的圆筒形轴套473。
制作轴套473的材料可以是含油缩醛树脂,含油聚氟树脂,含油聚酰胺树脂,含油聚酯树脂,氟化乙烯树脂等等,但,也不限于这些,也可以考虑适当选用含油金属等既有润滑性能,又有轴承强度的材料。
旋转件100的构成与第二实施例中的旋转件100相同,但旋转件主体111的构造不同。即,旋转件主体111没有在旋转中心的被支承部分113,而是有一个插通孔116。
轴套473穿过旋转件主体111的插通孔116,在这样的状态下,通过把螺钉474拧入轴承部分主体471上端面中,就能把旋转件100和后述的旋转部件242一起夹持并支承在螺钉474的头部与轴承部件46的支承部分472之间,使其能够转动。另外,通过调节螺钉474就能调节旋转件100旋转时的松紧程度。
在旋转件主体111的输出轴114的外圆周面上形成了齿形,并与图中未表示的一系列齿轮啮合。
在旋转件100的圆环部分112上,有许多开口部分117,这些开口部分在旋转件100的旋转方向上形成相应的角度。这样,旋转件100借助于这些开口部分117,形成了把外部的空气吸入内部的离心风扇。
振动机构20具有三个振动件2和一个臂部24。
振动件2的构成与第二实施例中的振动件2相同,但,没有振动检测电极22D,只有全面覆盖压电元件22的驱动电极22E。
此外,在各振动件2的加强板21长度方向的两端,在互成对角线的位置上,形成了与加强板成为一体的,平面上呈半圆形的凸起23A,其中,处于被压接部分101一侧的凸起23A就成了压接部分23。
在附加装置60送出驱动信号时,上述振动件2上的压电元件22就在其长度方向产生伸长—收缩。因为在振动件2上设有两个不平衡的凸起23A,因此,由于压电元件22的纵向振动,就能激发振动件2产生在其宽度方向上的摆动的弯曲振动。于是,压接部分23就和第二实施例中的压接部分23一样,作描画轨道R的运动。
臂部24具有旋转部件242和加压部件243。
旋转部件242上有中心插通孔242C,轴承部分主体471插入该插通孔242C中,并布置在支承部件472上,以支承旋转件100,并和它一起转动。
旋转部件242具有圆环形的旋转部件主体242A,和固定在该旋转部件主体242A下面,支承着各振动件2的支承部件242B。支承部件242B具有支承各振动件2的三根臂242D,这三根臂242D布置成隔开相等的间隔,互相之间成120度的角度。
加压部件243是螺旋弹簧,布置成围绕着轴承部件46的支承部分472的外圆周面。加压部件243的一端靠在底座部件4的支承部件472附近,其另一端穿过旋转部件242的支承部件242B,靠在旋转部件主体242A上。
按照以上的臂部24,借助于加压部件243,就能使得振动件2的压接部分23以旋转件100的旋转轴线为中心,一边向反时针方向转动,一边对被压接部分101加压。
因此,按照本实施例,它除了具有与第一实施例的效果(1)、(2)、(5)和(10),以及第二实施例的效果(12)~(15)和(17)同样的效果之外,还具有下列效果。
(18)由于把附加装置60设置在底座部件4的内部,所以就不需要把输送驱动信号用的导线从旋转式驱动装置中引出来,能使构造简单化,提高其操作性能。
此外,由于只使用旋转式驱动装置1就能驱动,所以能在户外等难以确保电源的场所使用,提高了携带性能。
(19)由于旋转件100成了离心风扇,只要让旋转件100转动,就能强制进行内部的吸气和排气,所以能冷却旋转式驱动装置1的内部,抑制压电元件22周围的温度急剧上升,能使得旋转式驱动装置1稳定地运转。
特别是,由于在底座部件4上设置了开口部分463,能很容易地通过这些开口部分463进行吸气和排气,从而能使旋转式驱动装置1更加稳定地运转。
下面,参照图14说明本发明的第四实施例。
图14是本发明第四实施例的旋转式驱动装置1的断面图。此外,在以下的说明中,称图14中的上侧为旋转式驱动装置1的上侧,而称图14中的下侧为旋转式驱动装置1的下侧。
旋转式驱动装置1是一种行星齿轮机构,它具有下列各种构件具有固定内齿轮48的底座部件4;通过轴承部件46设置在上述底座部件4上,能够转动的太阳齿轮100A;设置在底座部件4上,使太阳齿轮100A转动的振动机构20;三个行星齿轮51;支架52;以及可动内齿轮54。
另外,这种旋转式驱动装置1,例如,可以组装在FDD(注册商标,软盘驱动器)中,从在旋转件100的旋转中心形成的输出轴543获得旋转运动,以驱动FDD转动。
本实施例的底座部件4具有与第二实施例的底座部件4同样的构成,它具有圆盘形的底座部件主体49;包围上述底座部件主体49的外圆周表面的圆筒形部分491;堵塞上述圆筒形部分491下侧的盖子492。底座部件主体49与盖子492之间收容着控制装置61。
控制装置61由电池62、驱动电路63、水晶振动元件64构成,并通过穿过底座部件主体49的开口部分463的导线221~223与振动件2连接。控制装置61除了具有与第三实施例中的附加装置60同样的附加功能之外,还具有用于检测振动件2的振动状态的振动检测功能。
此外,在底座部件主体49上面,在以后将提到的轴承部件46的支承部分472的周围是凹进去的,形成了支架导向部分493。
固定内齿轮48在底座部件主体49上面沿着圆筒形部分491的内圆周面形成,在其内圆周面上有齿481。
轴承部件46具有在底座部件主体49的中心形成的轴孔475,以及在该轴孔475周围形成的向上方凸出的支承部分472。
太阳齿轮100A的构成与第二实施例中的旋转件100相同,虽然没有输出轴和开口部分,但具有凸出于其旋转中心上方形成的确定位置的销子118,和被支承部分113。此外,在太阳齿轮100A的圆环部分112的外圆周面上,形成齿121。
太阳齿轮100A的被支承部分113通过插入轴承部件46的轴孔475中,使太阳齿轮100A支承在底座部件4的底座部件主体49上,能够转动。此外,太阳齿轮100A还与行星齿轮51啮合,以其外圆周部分把动力传递给行星齿轮51,使其转动。
振动机构20的构成与第三实施例中的振动机构20相同,具有三个振动件2和一个臂部24,但臂部24的旋转部件242没有旋转部件主体242A,只由支承部分242B构成。因此,臂部24的加压部件243的另一端靠在旋转部件242的支承部分242B上。
可动内齿轮54在固定内齿轮48的上方,沿着圆筒形部件291的内圆周面布置,它具有圆盘形的可动内齿轮主体541,以及设置在可动内齿轮主体541的外圆周上的圆筒形部分542。
可动内齿轮主体541具有凸出在其上面和旋转中心上方的输出轴543,以及在其下面,在旋转中心上形成的确定位置的孔544。太阳齿轮100A的确定位置的销子118就插入确定位置的孔544内。
在圆筒形部分542的内圆周表面上形成了轮齿545。
上述可动内齿轮54,在以其外圆周面在圆筒形部分491的内圆周表面上滑动的同时,还用确定位置的孔544支承着太阳齿轮100A,使它能够转动。
另外,上述太阳齿轮100A和固定内齿轮48的中心轴线,以及可动内齿轮54的旋转轴线,都在一条直线上。
行星齿轮51在其外圆周表面上形成齿511,齿511与太阳齿轮100A的齿121,固定内齿轮48的齿481,以及可动内齿轮54的齿545啮合。
支架52的支承方式是,在使三个行星齿轮51互相保持相等间隔的状态的同时,还能绕着太阳齿轮100A的周围公转。即,支架52的构成中包含下支架521和上支架522。
下支架521具有穿过其中心的通孔523,轴承部件46的支承部分472穿过这个通孔523,并且由于下支架布置并支承在底座部件主体49的支架导向部分493上,所以它能够转动。
上支架522具有穿过其中心的通孔524,太阳齿轮100A的确定位置的销子118穿过这个通孔524,并在这样的状态下布置并支承在太阳齿轮100A上,所以也能够转动。
这两个下支架521和上支架522,在夹持着行星齿轮51的旋转轴的上、下端的状态下,用图中未表示的连接件连接起来,支承着行星齿轮51。
下面,说明以上旋转式驱动装置1的工作过程。
当用控制装置61在压电元件22上加上交流电压时,压电元件22便在振动件2的长度方向伸长一收缩,振动件2同时进行纵向振动和弯曲振动,压接部分23作描画轨道R(请参阅图11)的运动。
这样,在太阳齿轮100A旋转的同时,以齿511与太阳齿轮100A的齿121啮合的行星齿轮51也转动。由于行星齿轮51还用齿511与不旋转的固定内齿轮48的齿481啮合,这样,借助于太阳齿轮100A所施加的旋转力,行星齿轮51就能绕着太阳齿轮100A周围,沿着固定内齿轮48的齿481,一边自转,一边公转。此时,行星齿轮51由于以齿511与可动内齿轮54的齿545啮合,所以可动内齿轮54也转动。
即,行星齿轮51绕着太阳齿轮100A每转一周,可动内齿轮54的相对于固定内齿轮48的位置便变化,这种位置的变化就转变为输出轴543的转动。
旋转式驱动装置1的减速比可用下列公式来表示,公式中,ZZ是减速比,L是太阳齿轮100A的齿数,M是固定内齿轮48的齿数,N是可动内齿轮54的齿数,R是行星齿轮51与固定内齿轮48啮合部分的齿数,S是行星齿轮51与可动内齿轮54啮合部分的齿数。
ZZ=L+ML1-SMRN]]>例如,在上述公式中,L=56,M=65,N=68,S=R=8时,减速比ZZ=48.57。
因此,按照本实施例,它除了具有与第一实施例的效果(1)、(2)、(5)、(6)和(10),第二实施例的效果(12)~(15)和(17),以及第三实施例的效果(18)同样的效果之外,还具有下列效果。
(20)当控制装置61在压电元件22上加上交流电压时,压电元件22便在振动件2的长度方向伸长一收缩,振动件2的压接部分23便进行描画轨道R的运动,太阳齿轮100A便转动。于是,行星齿轮51转动,借助于太阳齿轮100A所赋予的旋转力,在太阳齿轮100A的周围沿着固定内齿轮48的齿481,一边自转,一边公转。此时,由于行星齿轮51也正和可动内齿轮54的齿545啮合,所以可动内齿轮54也转动。因此,转速大大地减小了,能获得很大的驱动扭矩。
此外,旋转件兼作太阳齿轮100A使用,即,由于旋转件又作为行星机构的太阳齿轮100A,所以能使作为行星机构的旋转式驱动装置1整体小型化。
(21)由于用太阳齿轮100A的外圆周部分传递动力,即使由于振动,在上述太阳齿轮100A的外圆周部分上施加半径方向的外力,但是,因为底座部件主体49从作为支承太阳齿轮100A的支点的轴孔475到外力的作用线以下的垂直线的长度很短,作用在垂直于太阳齿轮100A的旋转轴线上的弯矩很小,所以旋转式驱动装置1能稳定地转动。
下面,参照图15和图16说明本发明的第五实施例。
图15是本发明第五实施例的旋转式驱动装置1的断面图,图16是振动机构20的放大侧视图。此外,在以下的说明中,称图16中的上侧为旋转式驱动装置1的上侧,而称图16中的下侧为旋转式驱动装置1的下侧。
本实施例中的旋转式驱动装置1与第二实施例中的旋转式驱动装置1相同,具有底座部件4、轴承部件46、旋转件100、以及振动机构20。
另外,这种旋转式驱动装置1,例如,可以组装在照相机主体内部,用作镜头移动机构的驱动装置。更具体的说,例如,镜头的移动机构的构成是把三个平行的镜头布置成互相平行的机构,用旋转式驱动装置1使布置在中央的镜头平行移动,使其靠近两侧的镜头。在此过程中,如果把外圆周上有螺纹的驱动轴直接连接在旋转件100的旋转中心形成的输出轴114上,把中央的镜头连接在该驱动轴上,形成滚珠螺纹连接,则当转动输出轴114使驱动轴转动时,镜头就能沿着外圆周上的螺纹平行地移动。
即,底座部件4除了具有轴孔461、凸部462、以及开口部分463之外,还具有垂直设置在其外圆周上的壁部55,以及与壁部55结合,覆盖底座部件4的盖子部件56。
盖子部件56呈圆盘状,具有在其中心形成的通孔561;在该通孔561周围形成的向下方凸出的加压部分562;以及在通孔561的周围形成的多个开口部分563。
下面将要描述的旋转件100的输出轴114穿过上述通孔561。加压部分562通过对旋转件100的旋转件主体111加压,防止旋转件100向上、下方向偏移。
旋转件100的构成与第二实施例中的旋转件100相同,只是圆环部分112的结构不同。
圆环部分112与旋转件主体111做成一个整体,在其下面有被压接部分101。上述被压接部分101呈平面状,在离开旋转中心一定距离的位置上,沿着旋转轴线方向与后面要提到的振动机构20的压接部分23压接。
振动机构20具有第三实施例中的三个振动件2,以及支承各振动件2,并且把各振动件2的压接部分23压向旋转件100的被压接部分101的三根臂部24。
振动件2在与旋转件100的旋转轴线相交的平面上的位置,与被压接部分101相同,沿着被压接部分101布置成相等的间隔。各振动件2都布置成沿着旋转件100的旋转轴线的方向,这样,压接部分23便沿着垂直方向压接在被压接部分101上。
如图16所示,臂部24具有固定在底座部件4上的固定部分246,和安装在该固定部分246上,支承着振动件2的支承部分(加压部分)247。
支承部分247是用能弹性变形的材料制成的,呈椭圆形环状。在支承部分247中,安装在固定部分246上的那一部分与支承着振动件2的那一部分布置成互相相对。另外,在本实施例中,固定部分246是与支承部分247不同的另一个部件,但,并不仅限于此,也可以与支承部分247做成一个整体。
当用附加装置使振动件2振动时,压接部分23便进行纵向振动和弯曲振动。与这些振动相对应,臂部24发生弹性变形,在支承着各振动件2的同时,还使各振动件2的压接部分23压向旋转件100上的被压接部分101。这样,压接部分23便作描画近似于椭圆形的轨道R(参见图11)的运动。于是,压接部分23在反复推压被压接部分101的同时,使得旋转件100向着图16中的箭头E的方向转动。
因此,按照本实施例,它除了具有与第一实施例的效果(1)、(2)、(5)和(10),以及第二实施例的效果(12)、(14)~(17)同样的效果之外,还具有下列效果。
(22)由于沿着旋转件100的被压接部分101隔开相等的间隔布置了三个振动件2,并使压接部分23沿着旋转轴线的方向压接在被压接部分101上,所以压接部分23能以均匀的力量均衡地压接在旋转件100的被压接部分101上。于是,就能防止旋转件100的旋转轴线的歪斜,稳定地驱动旋转式驱动装置1转动。
下面,参照图17和图18说明本发明的第六实施例。
图17是本发明第六实施例的旋转式驱动装置1的平面图,图18是图17中的断面图。此外,在以下的说明中,称图18中的上侧为旋转式驱动装置1的上侧,而称图18中的下侧为旋转式驱动装置1的下侧。
另外,把这种旋转式驱动装置1,例如,组装在CD播放机中,可从在旋转件100的旋转中心上形成的输出轴114获得旋转运动,可用于驱动CD机转动。
本实施例的旋转式驱动装置1,除了没有轴承部件46之外,其余与第二实施例中的旋转式驱动装置1相同,也具有底座部件4,旋转件100,以及振动机构20。
即,除了具有底座部件4,轴孔461,凸部462,以及开口部分463之外,还具有后面要提到的压接在旋转件100的被压接部分101上,为旋转件100导向用的导向件的导向辊子57和导向部分58。
上述底座部件4用注射成型法制成,其材料是在有良好润滑性能的聚缩醛,聚酰胺,聚烯烃等材料中,混入直径0.3μm,长度3~5μm左右的钛酸钙作为强化材料。
导向辊子57,导向部分58,以及后面提到的振动机构20的振动件2,分别都只有一个,都沿着旋转件100的被压接部分101布置成隔开相等的间隔。具体的说,振动件2,导向辊子57和导向部分58,都布置在相当于正三角形的各个顶点的位置上。
另外,振动件2,导向辊子57和导向部分58的布置方式不限于这一种方式,也可以布置在相当于等腰三角形的各个顶点上。此时,振动件2要布置在相当于两条等边所夹的角的顶点上。
导向辊子57具有支承成能自由转动的外圆周部分,通过上述外圆周部分与被压接部分101的转动接触,就能为旋转件100的被压接部分101导向。
导向部分58与底座部件4做成一体,在与旋转件100的被压接部分101滑动接触的状态下进行导向。另外,必要时,也可以在上述导向部分58上加润滑油或润滑脂。
本实施例的旋转件100的构成与第二实施例的旋转件100相同,但,被压接部分101的结构,和被支承部分113的结构与第二实施例的旋转件100不同。
被压接部分101在离开旋转中心一定距离的位置上,在旋转中心的一侧与振动机构20的压接部分23,导向辊子57,以及导向部分58压接。被压接部分101在与压接部分23压接的方向上不呈凹进的圆弧形状,而是平滑的表面。
被支承部分113从上方插入轴孔461中,其前端部分从轴孔461的下侧凸出来。C形挡圈119嵌入上述被支承部分113的前端部分,旋转件100就支承在底座部件4上了。另外,通过调节上述C形挡圈119在上、下方向的位置,就能调节旋转件100的晃动量。
振动机构20具有第二实施例中的各一个振动件2和臂部24。
臂部24具有旋转部件242和加压部件(加压装置)243,旋转部件242支承设置在底座部件4上能够转动的振动件2,加压部件243把振动件2的压接部分23压向旋转件100的被压接部分101。
旋转部件242在其一端有螺钉孔248,螺钉249穿过螺钉孔248,拧入底座部件4的螺孔59中,以能转动的方式支承在底座部件4上。旋转部件242的另一端支承着振动件2的加强板21沿长度方向的中央部分。
加压部件243大致呈L字形,沿着凸部462的外圆周布置,其一端支承着振动件2的加强板21沿长度方向的中央部分,其另一端压在设置在底座部件4上的销子469上。
另外,上述旋转部件242和加压部件243都与振动件2的加强板21做成一个整体。
借助于上述臂部24,就能通过加压部件243,使振动件2的压接部分23在以旋转部件242的螺钉孔248为中心,向顺时针方向转动的同时,靠压在被压接部分101上。
因此,按照本实施例,它除了具有与第一实施例的效果(1)、(2)、(5)和(10),以及第二实施例的效果(12)、(15)~(17)同样的效果之外,还具有下列效果。
(23)振动件2,还有导向辊子57和导向部分58都只设置一个,而且这些振动件2、导向辊子57和导向部分58以相等的间隔沿着旋转件100的被压接部分101布置。这样,就能用振动件2、导向辊子57和导向部分58,以相等的力量均衡地推压旋转件100的被压接部分101,就能防止旋转件100的旋转轴线歪斜,使旋转式驱动装置1能稳定地转动。
(24)由于不设置轴承部件46,而且振动件2只有一个,所以能使旋转式驱动装置1小型化,并降低其成本。
(25)这种旋转式驱动装置1可以用于玩具的电机,通用电机,和薄型的振动电机。
下面,参照图19和图20说明本发明的第七实施例。
图19是本发明第七实施例的旋转式驱动装置1的平面图,图20是图19中的断面图。此外,在以下的说明中,称图20中的上侧为旋转式驱动装置1的上侧,而称图20中的下侧为旋转式驱动装置1的下侧。
另外,这种旋转式驱动装置1,例如,可以组装在电动自行车的驱动部件上,用绕在旋转式驱动装置1外圆周上的皮带103驱动电动自行车的轮子转动。
旋转式驱动装置1除了没有轴承部件46之外,其它都与第二实施例的旋转式驱动装置1一样,具有底座部件4、旋转件100、以及振动机构20。
即,底座部件4由圆盘形的下底座部件71,和安装在该下底座部件71上的上底座部件72构成。
下底座部件71和上底座部件72虽然没有轴孔461和凸部462,但和第二实施例的底座部件4一样,也有开口部分463。
下底座部件71具有与旋转件100的被压接部分101压接,作为上述旋转件100导向用的导向件的导向部件73,以及从下底座部件71的上表面向上方凸出而形成的上底座部件支承件74。导向部件73是以与旋转件100的被压接部分101滑动接触的方式进行导向的部件。
在下底座部件71和上底座部件72的外圆周部分内侧,设有夹持部分711和721。借助于下底座部件71和上底座部件72上的夹持部分711和721夹持旋转件100,就能控制旋转件100沿旋转轴线方向的偏移。
在导向部件73和上底座部件支承件74的上面,形成了凸起75,借助于将这个凸起75嵌入上底座部件72上形成的孔76内,夹住了导向部分73和上底座部件支承件74,把下底座部件71与上底座部件72连接起来。
上述底座部件4用注射成型法制成,其材料是在有良好润滑性能的聚缩醛,聚酰胺,聚烯烃等材料中,混入直径0.3μm,长度3~5μm左右的钛酸钙作为强化材料。
旋转件100呈圆环状,布置在底座部件4的外圆周上。旋转件100是带齿皮带轮,在其内圆周面上形成被压接部分101,在其外圆周面上形成齿102。
后述的振动机构20的压接部分23和导向部件73,在离开旋转中心一定距离的位置上,压接在被压接部分101上。这样,旋转件100就在离开旋转轴线预定距离的位置上,由压接部分23和导向部件73支承,防止它在与旋转轴线交叉的方向上偏移。
另外被压接部分101在与压接部分23接触的方向上不是凹进的圆弧形,而是平整的光滑面。
皮带103围绕在旋转件100的外圆周上。皮带103是在其内表面有齿104的带齿皮带,上述齿104通过与旋转件100上的齿102啮合,把动力从旋转件100的外圆周部分传递出去。
另外,在本实施例中,是用带齿的皮带轮和带齿皮带把旋转件100和皮带103组合在一起的,但,并不仅限于此,也可以使用V形皮带轮与V形皮带,平皮带轮与平皮带,或者链轮与链条的组合。
振动机构20具有振动件2和臂部24。
臂部24具有旋转部件242和加压部件243。
加压部件243呈直线状,其一端支承在振动件2的加强板21长度方向的中央,其另一端压住安装在底座部件4的导向部件73上的弹簧77的前端。
因此,按照本实施例,它除了具有与第一实施例的效果(1)、(2)、(5)(7)、(9)和(10),第二实施例的效果(12)和(17),第四实施例的效果(21),以及第六实施例的效果(23)同样的效果之外,还具有下列效果。
(26)由于设置了弹簧77,使得振动件2压向旋转件100,所以,虽然其构成与第一实施例不同,但却具有与第一实施例中的(3)同样的效果,能使压接部分23切实地压接在被压接部分101上,使旋转件100能可靠地转动,从而能稳定地驱动旋转式驱动装置1。
此外,当旋转件100停止转动时,即使从外部对旋转件100施加旋转力,由于与旋转件100的被压接部分101压接的压接部分23成了挡块,阻止旋转件100转动,所以就能防止不需要的转动。
(27)借助于振动件2的压接部分23和导向部件73,在离开旋转轴线预定的距离的位置上支承着旋转件100。因此,能把振动件2布置在旋转轴线上,与用旋转轴支承旋转件的情况相比,能有效地利用旋转件100内部的空间。从而,能使旋转式驱动装置1进一步小型化。
(28)这种旋转式驱动装置1能够用在录音机转盘的驱动装置上,和用作汽车的自动开关窗户用的电机等薄型电机。
下面,参照图21说明本发明的第八实施例。
图21是本发明第八实施例的旋转式驱动装置1的断面图。
本实施例的旋转式驱动装置1是把第七实施例中的旋转式驱动装置1用作电动摩托车的驱动部分,通过悬挂装置等安装在摩托车之类的车架上。这种旋转式驱动装置1只有底座部件4和旋转件100的结构与第七实施例不同。
底座部件4的构成与第七实施例相同,但下底座部件71和上底座部件72的连接方法不同。即,螺钉78穿过上底座部件72的孔76,把它拧在底座部件4的导向部件73和上底座部件支承件74上,夹住导向部件73和上底座部件支承件74,从而把下底座部件71与上底座部件72连接在一起。
此外,在下底座部件71的沟槽712和上底座部件72上,不设置第七实施例中的夹持部分711和721,而是沿着旋转件100形成沟槽712、722。
旋转件100具有圆环形的轮子部分105,和安装在该轮子部分105的外圆周上的轮胎106。
在轮子部分105上,沿着下底座部件71的沟槽712和上底座部件72的沟槽722,形成沟槽107、108。
在上述沟槽712与沟槽107之间,以及在沟槽722与沟槽108之间,布置了许多滚珠713,其结构与推力滚珠轴承相同。
因此,本实施例的效果,与第七实施例相同。
下面,参照图22说明本发明的第九实施例。
图22是本发明的第九实施例的旋转式驱动装置1的断面图。此外,在以下的说明中,称图22中的上侧为旋转式驱动装置1的上侧,而称图22中的下侧为旋转式驱动装置1的下侧。
另外,这种旋转式驱动装置1,例如,可以组装在钟表上,在旋转件100的外圆周上形成齿轮,构成齿轮系的一部分,用以传递旋转运动,驱动指针转动。
本实施例的旋转式驱动装置1与第二实施例中的旋转式驱动装置1同样,具有底座部件4,轴承部件46,旋转件100,和振动机构20。
底座部件4呈圆盘状,在其中心形成向上方凸出的螺孔部分79,在该螺孔部分79的周围,形成向上方凸出的支承部分472。螺孔部分79是为把旋转式驱动装置1安装在其它装置上用的部分。
轴承部件46的构成与第二实施例中的轴承部件46相同,但内侧的内座圈465固定地套在底座部件4的外圆周上。
旋转件100与第二实施例中的旋转件100相同,具有旋转件主体111和圆环部分112。
旋转件主体111没有被支承部分113和输出轴114,但,除了有开口部分115之外,还有穿过旋转中心的通孔116。轴承部件46的外座圈464嵌入并固定在旋转件主体111的通孔116中,通过轴承部件46支承着旋转件100,使其能在底座部件4上转动。
圆环部分112具有被压接部分101,该被压接部分101布置在旋转件主体111的上侧。
振动机构20与第三实施例中的振动机构20相同,只是旋转部件242的结构不同。
旋转部件242没有第三实施例中的旋转部件主体242A,只用支承部件242B构成。因此,加压部件243是用它的另一端结合在旋转部件242的支承部件242B上的。
在旋转部件242上,沿着其旋转中心的同心圆,形成了几个图中未表示的螺钉孔,螺钉27穿过这些螺钉孔,拧紧在支承部分472上。
由于有以上的臂部24,借助于加压部件243,就能使振动件2的压接部分23在向着以旋转件100的旋转轴线为中心的顺时针方向转动的同时,靠压在被压接部分101上。
因此,按照本实施例,它除了具有与第一实施例的效果(1)、(2)、(5)、(6)、(7)、和(10),以及第二实施例的效果(12)~(15)和(17)同样的效果之外,还具有下列效果。
(29)本实施例的旋转式驱动装置1能作为FDD(注册商标,软盘驱动器),薄型振动电机,以及必须做得很薄的直接驱动电机等使用。
下面,参照图23和图24说明本发明的第十实施例。
图23是本发明的第十实施例的旋转式驱动装置1的平面图,图24是图23中的断面图。此外,在以下的说明中,称图24中的上侧为旋转式驱动装置1的上侧,而称图24中的下侧为旋转式驱动装置1的下侧。
第十实施例中的旋转式驱动装置1,可以把转动的旋转件100用作轴流风扇,例如,可设置在计算机中,用于对计算机的内部机器进行空冷。
本实施例的旋转式驱动装置1与第二实施例中的旋转式驱动装置1相同,具有底座部件4,轴承部件46,旋转件100,和振动机构20。
即,底座部件4除了轴孔461,凸部462,以及开口部分463之外,还有与第六实施例中的导向部分58构成相同的两个导向部分58,以及用于把旋转式驱动装置1安装在其它装置上的固定部分109。另外,导向部分58与第六实施例中的导向部分58不同,它不压接在被压接部分101上,而是压接在旋转件100的圆环部分112上。
两个导向部分58和后述的振动机构20的振动件2,隔开相同的间隔,沿着旋转件100的被压接部分101布置。具体的说,振动件2和导向部分58都布置在相当于正三角形的各顶点上。
旋转件100的构成与第二实施例的旋转件100相同,但,旋转件主体111的结构不同。
旋转件主体111具有圆盘部分122,和从该圆盘部分122向底座部件4延伸的边缘部分123。
旋转件主体111的圆盘部分122没有第二实施例的输出轴114,但,除了具有多个开口部分115和被支承部分113之外,还有从开口部分115向上方延伸的翅片124。借助于这些翅片,旋转件100就成了轴流风扇。
被支承部分113从上方插入轴承部件46的内座圈465中,并且,其前端部分凸出在内座圈465的下方。利用C形挡环119嵌入该被支承部分113的前端部分中,就能把旋转件100支承在底座部件4上,能够转动。
在以上所描述的旋转件主体111上,用金属薄板深拉伸和压力加工方法,将圆盘部分122的开口部分115,翅片124和边缘部分123都做成一个整体。另外,不仅仅限于此,还可以用注射成形法把被支承部分113也做成一个整体。这样,就能使旋转件100的重量减轻,成本降低。
另外,圆环部分112是沿着旋转件主体111的边缘部分123的内圆周面设置的。
振动机构20的构成与第六实施例中的振动机构20相同。
因此,按照本实施例,它除了具有与第一实施例的效果(1)、(2)、(5)和(6),第二实施例的效果(12)和(15)~(17),以及第六实施例的效果(23)同样的效果之外,还具有下列效果。
(30)由于把旋转件100作为轴流风扇,当使旋转件100转动时,能强制进行内部的进气和排气,所以能冷却旋转式驱动装置1,抑制压电元件22周围温度的急剧上升,能使旋转式驱动装置1稳定地运转。
特别是,由于在底座部件4上设置了开口部分463,能很容易地通过这些开口部分463进气和排气,因而能使旋转式驱动装置1更加稳定地运转。
下面,参照图25、26和图27说明本发明的第十一实施例。图25是本发明的第十一实施例的旋转式驱动装置1的平面图;图26是沿图25中的VI-VI线的断面图;图27是沿图25中的VII-VII线的断面图。
图25、26和图27中的旋转式驱动装置1,是在第一实施例的旋转式驱动装置1上设置了调节振动件2对旋转件100所加的压力的压力调节装置8。
另外,这种旋转式驱动装置1可以用来组装在玩具汽车中,把橡胶制造的环安装在旋转件100的外圆周面上,作为轮胎使用。
压力调节装置8具有支承弹簧34的端部,使其能够伸缩的的导向部分81,以及调节弹簧34的压力用的偏心销子82。
导向部分81固定在底座部件4上,支承着固定在弹簧34端部,并穿过弹簧的内圆周的压接销子332,使压接销子332能沿着弹簧32的伸缩方向滑动。
偏心销子82的转动轴821相对于圆柱形部件的凸缘部分822是偏心的,在转动轴821周围形成的螺钉拧在底座部件4的螺纹部分444中,使其支承在底座部件4上,能够转动。凸缘部分822的侧面与弹簧34上的压接销子332的前端接触。此外,在凸缘部分822的顶面上,形成了能与改锥之类的工具结合的凹进的操作槽823。
这样,由于弹簧34的一端与支承件3压接,弹簧34的另一端的压接销子332与凸缘部分822的侧面接触,所以,弹簧34便对支承件3施加压力,把它向靠近旋转件100的方向压。因此,振动件2的压接部分23便以适当的压力压在旋转件100上。即,压力调节装置8具有调节压在振动件2的旋转件100上的压力的作用。
在底座部件4上,没有设置与第一实施例相同的导通底板37,而是在振动件2的电极22A、22B、22C和加强板21上,分别连接导线等,用于与底座部件4的振动件2相反一侧的,图中未表示的附加装置连接。
沿着旋转件100的内圆周以相等的间隔布置的许多滚珠441,夹在旋转件100的内圆周上形成的沟槽125,底座部件4的外圆周上形成的倾斜部分,以及固定在底座部件4上的环状加压板443的倾斜部分之间,容纳在沟槽125中。此外,在底座部件4和加压板443之间,还安装了滚珠保持部件442。在上述滚珠保持部件442的外圆周上形成了数量与滚珠441相同的,大致呈半圆形的缺口部分,并将滚珠441分别布置在这些缺口部分中,以使它们在底座部件4的外圆周上保持规定的间隔。
上述旋转式驱动装置1的工作过程如下。
当用附加装置在振动件2的压电元件22上加上交流电压时,就使得振动件2振动。此时,由于只在电极22A和电极22C上加上了电压,所以振动件2便进行纵向振动和弯曲振动的组合振动,画出大致呈椭圆形的轨道。压接部分23在椭圆形轨道的一部分上压接在旋转件100的被压接部分101上,借助于与旋转件100之间的摩擦力,使旋转件100间歇地向圆周方向转动。由于这种间歇的转动以规定的频率反复进行,于是,旋转件100便向着一个方向以规定的转速转动。
当要改变旋转件100的旋转速度时,就操作压力调节装置8。即,例如,当要减慢旋转件100的转速时,便用改锥之类的工具嵌入偏心销子82的操作沟槽823中,使偏心销子82向着让弹簧34伸长的方向转动。即,当转动偏心销子82,缩短从转动轴821到边缘部分822侧面的距离时,压接销子332便随着这个侧面移动,让弹簧34伸长。这样,就减小了弹簧34对支承件3的压力。这种压力通过支承件3传递给振动件2,所以,振动件2对压接部分23上的旋转件100的压力就减小了。因此,压接部分23通过在椭圆形轨道上与旋转件100接触而产生的摩擦力所能驱动旋转件100的范围变窄了,所传递的旋转扭矩也小了,结果,旋转件100的旋转速度减慢了。
相反,当要加快旋转件100的转速时,便转动偏心销子82,向使弹簧34缩短的方向调节。于是,压接部分23对旋转件100的压力加大了,所传递的旋转扭矩加大,旋转件100的旋转速度就加快了。
此外,在旋转件100向相反的方向转动时,在压电元件22上加上电压的电极,以沿长度方向的中心线为轴线,作线对称式的更换。即,如在压电元件22的电极22A和电极22B上,附加规定频率的交流电压,则压接部分23的振动便沿相反的方向描画出椭圆形轨道。于是,便驱动旋转件100向相反的方向转动。
因此,按照这种第十一实施例,它除了具有与第一实施例的效果(1)~(6)和(9)~(11)同样的效果之外,还具有下列效果。
(31)由于旋转式驱动装置1上设置了压力调节装置8,就能通过调节振动件2对于旋转件100的压力,简单地调节旋转件100的转动速度。此时,由于振动件2以预定的频率连续地压接在旋转件100上,所以能消除伴随着振动件2的振动—停止而产生的不稳定状态。因此,振动件2始终能稳定地与旋转件100接触,能防止旋转扭矩(驱动力)减小。
(32)由于压力调节装置8的构成中具有导向部分81和偏心销子82,所以只要拧动操作沟槽823,使偏心销子82转动,就能简单地对压力进行调节。此外,由于凸缘部分822做成圆柱形,所以能用偏心销子82的转动角度,对压接力进行无级调节。因此,例如,如果在底座部件4的偏心销子82的周围刻上刻度,很快就能获得所需要的压接力。此外,如果适当确定凸缘部分822的侧面形状,即本实施例中的圆柱形的半径,就能确定偏心销子82的转动角度与压接力变化之间的比例。从而简单地实现压接力的微调。
还有,由于能通过手动调节偏心销子82的转动,用手动来调节压力,所以压力调节装置8的结构很简单。于是,就能简化旋转式驱动装置1的维修和保养,制造的成本也降低了。
(33)由于振动件2的压接部分23压接在旋转件100的内圆周上,所以能把振动件2收容在旋转件100的内部。这样,就能促进旋转式驱动装置1的小型化。
(34)由于对每一个振动件2设置了两个弹簧34和偏心销子82(即,压力调节装置8),所以能减轻加在每一个弹簧34和偏心销子82上的负载,从而能提高这些部件的寿命。此外,由于这样能缩小每一个弹簧34所必需的弹力的范围,所以可以选择弹力变化比例的范围小的弹簧,从而能简单地对压力进行微调。
下面,参照图28和图29说明本发明的第十二实施例。图28是本发明的第十二实施例的旋转式驱动装置1的平面图;图29是图28的侧断面图。在图28和图29的旋转式驱动装置1的构成中,其压力调节装置与第十一实施例中的不同。
另外,这种旋转式驱动装置1,例如,把风扇安装在旋转件上,可用来作为冷却计算机的发热部件等需要冷却部位的冷却风扇。
在底座部件4上形成了大致沿着支承件3轮廓的凹部445。弹簧34的另一端固定在设置于上述凹部445上凸出的弹簧安装部分446上。弹簧34以预先设定的弹力对支承件3向着靠近旋转件100的方向施压。
压力调节装置8具有固定在支承件3上的磁铁83,和固定在底座部件4上的线圈84。在支承件3上,在远离振动件2的压接部分23一侧的端部上,形成了与底座部件4隔开规定的间隔,而且具有与底座部件4平行的表面的,与振支承件3形成一体的磁铁安装部分322,在这个磁铁安装部分322的与底座部件4相对的面上,嵌入磁铁83。
线圈84用导线卷绕成圆筒形而构成,其中心轴线与磁铁安装部分322的表面垂直相交,而且,固定在大致与磁铁83相对的位置上。此时,磁铁83和线圈84是沿着振动件2离开和接近旋转件100的方向布置的,而且磁铁83布置在比线圈84更靠近压接部分23的位置上。线圈84的导线的两个端部,通过开设在底座部件4上的孔447,与设置在相反一侧的,产生流向线圈84的电流的电流发生装置(图中未表示)连接。
在这种旋转式驱动装置1中,当在压电元件22上加上交流电压时,振动件2便振动,从而使旋转件100转动。此时,振动件2的压接部分23利用弹簧34的压力压在旋转件100上。在调节压接部分23调节旋转件100的压力时,便接通电流发生装置,使电流流过线圈84。于是,由于在线圈84内产生的磁场吸引了磁铁83,支承件3便克服弹簧34的弹力,向离开旋转件100的方向移动。于是,压接部分23对旋转件100的压力减小了,旋转件100的旋转速度就变慢。
因此,按照这种第十二实施例,它除了具有与第一实施例的效果(1)~(6)和(9)~(11),以及第十一实施例的效果(31)和(33)同样的效果之外,还具有下列效果。
(35)由于压力调节装置8是由磁铁83和线圈84所构成的,所以能简单地用电流通过线圈84的方式来调节压力。而且,即使旋转件100在旋转的过程中,也能自动调节压力,所以能在旋转件100的旋转过程中改变其旋转速度。这样,就能对旋转式驱动装置1的旋转速度进行软式调节,能提高旋转式驱动装置1应用的广泛性。
此外,由于压力调节装置8是由磁铁83和线圈84构成的,在调节压力的过程中不发生相互之间的滑动。所以,能减少磨损部件,能提高旋转式驱动装置1的寿命。
下面,参照图30和图31说明本发明的第十三实施例。图30是本发明的第十三实施例的旋转式驱动装置1的平面图;图31是图30的侧断面图。第十三实施例是在第七实施例的旋转式驱动装置1中设置压力调节装置8的旋转式驱动装置。
另外,这种旋转式驱动装置1,例如,与第七实施例一样,可用作电动自行车的驱动部件。
在图30和图31中,振动件2在其表里两面的压电元件22上形成与第一实施例同样的五个电极。臂部24一端的旋转部件242用螺钉249固定在底座部件4上,另一端的加压部件243上固定着弹簧77的一端。在弹簧77的另一端上固定着压接销子332,这根压接销子332的前端与偏心销子82的凸缘部分822的侧面压接。偏心销子82的转动轴821的一端支承在底座部件4上,能够转动,其另一端穿过设置在上底座部件72上的孔76,端部露出在上底座部件72的外面。在转动轴821的端部形成了凹形的操作沟槽823,能从上底座部件72外部进行操作。这里,孔76与转动轴821之间的配合,要确保具有足够的摩擦力,以使偏心销子82不会由于弹簧77的弹力和旋转式驱动装置1的振动等等而转动。或者,可以在孔76和转动轴821上都形成螺纹,用螺纹结合在一起。
此外,与第七实施例不同,在底座部件4上没有设置开口部分115、463。
在这种旋转式驱动装置1中,当在振动件2上加上交流电压时,旋转件100便与导向部分73接触,一面滑动,一面转动。随着旋转件100的转动,由于皮带103上的齿104与齿102啮合,于是皮带103便运动。当要改变旋转件100的旋转速度,即皮带103的运动速度时,从上底座部件72的外部把改锥之类插入操作沟槽823中,转动偏心销子82。于是弹簧77的弹力就改变,振动件2便以螺钉249为中心进行转动,从而在接近或者离开旋转件100的方向上移动。于是,振动件2对旋转件100的压力就发生变化,从而改变旋转件100的转动速度。
因此,按照这种第十三实施例,它具有与第一实施例的效果(1)、(2)、(5)、(7)、(9)、(10)和(11),第二实施例的效果(17),第七实施例的效果(26)~(28),以及第十一实施例的效果(31)~(34)同样的效果。
下面,参照图32和图33说明本发明的第十四实施例。图32是第十四实施例的车辆(装置)11的全图;图33是车辆11构成的框图。第十四实施例是把本发明的旋转式驱动装置1应用在玩具车上的例子。
图32中,车辆11在车体12上设有前轮11A、11B,以及后轮11C、11D。前轮11A、11B的构成中分别具有第十二实施例的旋转式驱动装置1A、1B,并借助于在底座部件4A、4B的中心形成的轴40A、40B,将其固定在车体12上。在旋转件100A、100B的外圆周上形成的沟槽中嵌入环状的橡胶130A、130B,这样,就能起提高与地面接触的摩擦力的轮胎的作用。另一方面,后轮11C、11D在其圆盘部件的外圆周上嵌入橡胶130C、130D,支承在车体12上,能够转动。
前轮11A、11B上分别与振动件2的电极连接的导线,穿过在轴40A、40B的中心形成的孔(图中未表示),如图33所示,连接在安装在车体12上的共同的附加装置60上。此外,线圈84A、84B(参见图28),穿过轴40A、40B,分别与车体12上的电流发生装置65A、65B连接。控制车辆11运动的控制装置66,在电气上与上述附加装置60和电流发生装置65A、65B连接。
在这种车辆11中,借助于从控制装置66发出的行驶信号,附加装置60便同时在振动件2A、2B上加上电压。振动件2A、2B以同样的旋转速度驱动旋转件100A、100B向车辆11的前进方向转动,于是,车辆11便前进。当控制装置发出低速行驶的信号时,电流发生装置65A、65B在接收到这个信号后便启动,分别向线圈84A、84B输送电流。于是,就能调节振动件2A、2B对旋转件100A、100B的压力,减慢行驶的速度。
当控制装置66发出向右转的信号时,电流发生装置65A停止工作,而电流发生装置65B启动。即,只调节前轮11B的压力,使右前轮11B的转速比左前轮11A的的转速慢。于是,车辆11便向右转弯。相反,在左转弯时,让电流发生装置65A启动,而电流发生装置65B停止工作,使左前论11A的转速减慢,于是,车辆11便向左转弯。
此外,当从控制装置66发出后退的信号时,附加装置60在振动件2A、2B上施加电压的两个电极改变了,使得振动件2A、2B向相反方向振动。于是,旋转件100A、100B便反向转动,车辆11便后退。在后退的情况下,也能借助于控制装置66发出的信号,让车辆低速后退,右转弯或者左转弯。
按照这种第十四实施例,由于采用了第十二实施例的旋转式驱动装置1,所以能获得与第十四实施例同样的效果。此外,由于旋转式驱动装置1的构成中具有带压电元件的振动件2,所以旋转式驱动装置1在整体上很薄,也能安装在车辆11的车轮之类的小型部件中。此外,由于在车体12上设置了控制附加装置60和电流发生装置65的动作的控制装置66,能够控制在振动件2上施加电压的定时器,流经线圈84的电流等等,所以能使车辆11自动行驶。或者,借助于用无线电向遥控器之类的控制装置发送指令,也能进行遥控操作。
下面,参照图34和图35说明本发明的第十五实施例。第十五实施例是把本发明的旋转式驱动装置1应用在玩具之类的游戏用的机器人中的例子,图34是第十五实施例的机器人(装置)13的整体立体图;图35是机器人13构成的框图。
图34和图35中的机器人13具有下列各种部件作为动力源的电源131;用电源131的电力驱动的旋转式驱动装置1;装有驱动该旋转式驱动装置1的驱动电路132A的驱动电路印刷电路板132;具有天线133A和无线通讯电路133B的无线通讯电路印刷电路板133;装有控制驱动电路132A和无线通讯电路133B的动作的控制电路134A的控制电路印刷电路板134。这些构成机器人的部件都固定在框架135上,并收容在外壳136内。
框架135是用塑料之类的绝缘材料制成的,并用模具注塑成形的方法形成。布置在框架内、外的上述各种构成部件,可借助于这个框架135互相适当地绝缘。
这里,机器人13借助于旋转式驱动装置1,能向图34中的左方前进,因此,在本实施例中,与图34的左方(机器人13的前进方向)相对应的这一面称为前面,而与图34的右方(机器人13的后退方向)相对应的这一面称为后面。此外,与图34中的上方对应的一面称为上面,而与下方对应的一面称为下面。
电源131可采用一次性电池,大致在框架135内部中央布置了多个(两个)电源,以便能从框架135的开口端自由地装入或取出。在电源131的两侧设有正极电源端子131A和负极电源端子131B,通过与电源131接触,从电源131输出电力。
一共在框架135两侧设置了两个旋转式驱动装置1,并具有与第一实施例的旋转式驱动装置1相同的构成。在旋转件100的外圆周上,安装了用硅橡胶之类制成的防滑部件140,起轮胎的作用。此外,这两个旋转式驱动装置1用底座部件4的位置确定孔401来确定旋转件100的旋转中心的位置,并通过安装孔45用螺钉把它拧在框架135上。此时,在固定的同时,通过在底座部件4上与设置振动件2一侧相反的一侧的导通底板37(图3)与驱动电路印刷电路板132的压接,把振动件2与驱动电路印刷电路板132的驱动电路132A接通。
两个旋转式驱动装置1的每一个振动件2各设置一块驱动电路印刷电路板132。这两块驱动电路印刷电路板132用聚酰亚胺树脂之类的挠性底板构成,在其两个面上形成用来驱动振动件2的,由电子电路构成的驱动电路132A。在这两块驱动电路印刷电路板132中,一块固定在框架135的侧面,另一块固定在框架135的上面,为了谋求小型化,把它们折叠起来布置在框架135的周围。驱动电路印刷电路板132的端部分别用安装螺钉132B安装在电源端子131A、131B上,使其与电源131连接和导通,以便从电源131供应电力。
此外,在驱动电路底板132的与机器人13的前面相对应的一面上,设置了两个发光二极管132C。还有,在驱动电路印刷电路板132的与上面对应的一面上,设置了若干个安装天线133A的端子(在本实施例中是两个),并用锡焊之类的方法把天线133A(在本实施例中是两根)安装在这些端子上。这两根天线133A布置成凸出在外壳136上,其根数、尺寸、设置角度、设置间隔等等,可适当选定,以便能很好地从外部接收或向外部发送信号。
无线通讯电路板133在其玻璃环氧树脂底板的两个面上安装了电子元件,形成无线通讯电路133B。无线通讯电路133B的构成表现出遵循蓝牙(Bluetooth)规格的特性,主要是对所发送和接收的无线信号进行调制和解调。无线通讯电路133B用图中未表示的同轴电缆与两根天线133A连接。此外,无线通讯电路133B还通过挠性的印刷电路板等与控制电路印刷电路板134连接和导通。
控制电路印刷电路板134在其玻璃环氧树脂底板的两个面上安装了电子元件,形成控制电路134A,在框架135中,布置在与机器人13的后面对应的面上。控制电路底板134用螺钉之类与驱动电路印刷电路板132固定在一起,并互相连接和导通。这样,电源131的电力就能供应给驱动电路132A,控制电路134A,以及无线通讯电路134B。
控制电路134A具有控制无线通讯电路133B的无线通讯控制部分134B,和控制驱动电路132A的驱动控制部分134C。
无线通讯控制部分134B的构成,能对从无线通讯电路133B发来的信号进行符合蓝牙(Blue thooth)规格的控制。即,能进行下列各种处理信号频率的确定,信号的发送和接收时间长度的确定,数据的变换,数据组的生成,从数据组中选出数据等等。
驱动控制部分134C根据从无线通讯控制部分134B中选出的信号,向驱动电路132A发出驱动振动件2的驱动指令信号,以及使发光二极管132C闪烁的闪烁指令信号。此外,驱动控制部分134C还具有图中未表示的辅助存储装置,在这种辅助存储装置中能保存为驱动振动件2用的起振条件(驱动条件)的数据。
控制电路134A除了具有上述无线通讯控制部分134B和驱动控制部分134C之外,还监控电源131的电压,并能通过无线通讯电路133B用无线通讯向外部通报上述电压信息。
外壳136可用塑料等任意一种材料制成,可以用模具注塑成形法做成小昆虫那样的形状,或者具有其它形象的任意形状。在外壳136的外表面上喷涂有金属光泽的漆,在其上面形成耳朵部分136A,在其前面形成眼睛部分136B等等,做成具有生物的外形。眼睛部分136B用半透明或者透明的塑料制造,从外部能看到内部的发光二极管132C所发出的光。此外,外壳136还用螺钉之类固定在框架135上。
在这种机器人13中,当无线通讯电路133B通过天线133A接收到从外部发来的无线电信号时,便在无线通讯控制部分134B中从该无线电信号中选出必要的数据。然后,根据这些数据,由驱动控制部分134C控制旋转式驱动装置1的振动件2。此时,利用从辅助记忆装置发来的起振条件数据,发出驱动信号,根据这一信号,振动件2就以适当的条件进行振动,驱动旋转件100。此时,例如,当两个旋转件100同时向前进方向转动时,机器人13就前进。此外,用驱动控制部分134C改变在振动件2上施加电压的电极,使两个旋转件100都向相反的方向转动,机器人13便后退。还有,当只驱动一侧的旋转件100,而另一侧的旋转件100停止不动时,机器人13便以另一侧旋转件100的着地点为中心而转动。这样,就能进行左转弯和右转弯。而且,如果使一侧的旋转件100向前进方向转动,而使另一侧的旋转件100向后退的方向转动,则机器人13就在原地转圈。
此外,当用驱动控制部分134C使发光二极管132C闪烁时,由于能从外壳136的眼睛部分136B确认发光二极管132C所发出的光,所以能显示机器人13的表情等等。通过把发光二极管132C的闪烁与机器人13的移动动作等等组合起来,机器人13就能做出与外部交流的动作。
还有,由于通过无线通讯电路133B能把信号发送给机器人13,或从其中发出信号,所以就能进行机器人13的遥控操作。此外,控制电路134A还监控着电源131的电压,在电源131所剩的电量很少时,就能通过无线电通讯向外部发送催促更换电池的信号,并且能定期通知电源131中残余的电量。
由于这种第十五实施例使用了第一实施例中的旋转式驱动装置1,所以它具有与第一实施例相同的效果。此外,由于把旋转式驱动装置1用作机器人13的运动装置,所以能促进机器人13的小型化。此外,由于使用了两个旋转式驱动装置1,所以能实现左转弯,右转弯和原地转圈等动作,能提高机器人13的工作性能。而且,借助于无线通讯电路133B还能对机器人13的动作进行遥控操作和监控。
另外,本发明并不仅限于以上这些实施例,在能够达到本发明的目的的构成范围内,还包含着许多本发明的变型和改进型。
即,旋转式驱动装置的构造,材质,形状等并不仅限于以上所描述的这些实施例。例如,虽然在以上各种实施例中都设置了加压装置,但加压装置不是只限于这一些,还可以采用其它的形状和材质,或者,甚至还可以不设置加压装置。
此外,在底座部件4和旋转件上都设置了开口部分,但开口部分的位置,形状却并不仅限于这一些,此外,也可以不设置开口部分。
此外,振动件,导向辊子,以及导向部件等,都是沿着旋转件的被压接部分隔开相等的间隔布置的,但,并不仅限于这一种方式,只要是能使旋转件顺利地转动的结构,其间隔可以根据情况适当地确定。此外,振动件,导向辊子,以及导向部件的数量,也可以适当地确定。例如,为了增大驱动力,可以设置多个重叠的振动件。
压接部分的断面并不限于做成凸出的圆弧形,而被压接部分的断面也不限于做成凹进的圆弧形,可以把压接部分的断面做成凸出的圆弧形,而把被压接部分做成平滑的平面。此外,也可以把压接部分的断面做成凹进的圆弧形,而把被压接部分的断面做成凸出的圆弧形。
此外,在上述各实施例中,都使振动件的压接部分作描画近似于椭圆形轨道R的运动,但,并不仅限于这一种,例如,也可以只进行纵向振动,或者只进行弯曲振动。
此外,也不仅限于用一个驱动信号来驱动各个振动件,各振动件也可以个别驱动。
此外,振动件的加强板和压电元件的形式也不仅限于上述各实施例中的形式,例如,也可以把压接部分与加强板各自做成一个零件。
此外,压电元件的电极的形状,和驱动电极与振动检测电极的分极的方法,也不仅限于以上这些实施例中的方式。
此外,底座部件和旋转件的材质,可以在考虑其绝缘性能,强度,加工性能,成本,润滑性能等等各种性能之后,适当地决定采用树脂、金属等等各种材料。
在第十一实施例中,是用改锥之类的工具插入操作沟槽823中,用手动方式转动偏心销子82,但,不仅限于此,也可以是自动调节结构。在这种情况下,例如,如图36所示,可以把驱动压力调节装置8的驱动装置85组装在旋转式驱动装置中。
图36是旋转式驱动装置1的压力调节装置8的变型例的图,图36(A)是旋转式驱动装置1的平面图;图36(B)是图36(A)的B-B断面图。在图36(A)和图36(B)中,驱动装置85由下列各种部件构成在夹持底座部件4的相反一侧,分别固定在两根偏心销子82的转动轴821上的齿轮851;与齿轮851啮合的齿轮852;以及固定在齿轮852的转动轴上的脉冲电机之类的电机853。当电机853转动规定的角度时,固定在转动轴上的齿轮852就一起转动,其转动的力量传递给齿轮851,就使得偏心销子82转动一个规定的角度。这样,就能自动调节压接部分23对旋转件100的压接力。在具有这种驱动装置85的旋转式驱动装置1中,由于用一台电机853同时驱动两根偏心销子82转动同一个角度,所以能使支承件3两侧的弹簧34所施加的压接力相同,能始终让左、右的压接力保持良好的平衡。
这样,各实施例中的压力调节装置8,既能用手动来调节,也能自动调节,使用哪一种都可以。
在各实施例中,振动件2都是对着环状旋转件100的内侧压接在其上的,但,不仅限于此,也可以从外侧来驱动旋转件100。即,例如,如图37所示的液体供应装置14那样,可以让振动件2从外侧压接在作为旋转件的转子100B上。
图37是旋转式驱动装置的变型例的图。在图37中,液体供应装置14具有下列各种部件液体在其内部流通的管道141;在管道141上转动,顺序输送内部液体的送液滚珠142;在将滚珠142压向管道141这一侧的同时使其转动的转子100B。振动件2的压接部分23压接在转子100B的外圆周面上。压接部分23在振动件2的对角线的两端上形成。此外,用臂部24从两侧支承着振动件2长度方向的大致中央部分。臂部24用螺钉26固定在底座部件4上。在臂部24上形成了与其成为一体的,大致呈U字形的加压部件(加压装置)243,而弹簧86的前端,从侧面大致成直角的方向压接在该加压部件243的端部上。螺钉86拧在底座部件4上,其前端支持着加压部件243的一侧,能够前进或后退。
当振动件2振动,使转子100B转动时,由于转子100B的推压力,滚珠142一面压瘪管道141,一面转动。于是夹在两个滚珠142之间的管道141内部的液体便顺序从管道141的开口端输送出去。压接部分23对于转子100B的压力的调节,可借助于转动螺钉86,使它的前端前进或后退,从而改变加压部件243的压力。这样,振动件2便以螺钉26为中心进行转动,改变对转子100B施加的压力。
像这样从外侧来驱动转子100B时,可以把转子100B和振动件2都布置在一个平面上,从而能促进液体供应装置14的薄型化。此外,即使从外侧来驱动转子100B,也能与各个实施例一样,在不降低驱动力的同时,改变转子100B的转速,所以振动件2与旋转件之间的位置关系可以任意设定。
本发明也并不限于对每一个振动件2设置一个压力调节装置8,例如,如图38所示,也可以用一个压力调节装置8同时调节多个振动件2的压接力。
图38是本发明的旋转式驱动装置的变型例的图。在图38中,设置了三个振动件2,分别固定在底座部件4上,各压接部分23以规定的角度压接在旋转件100上。臂部24在振动件的长度方向大致中央的部分支持着振动件2的一侧,并用螺钉26安装在底座部件4上,能够转动。臂部24上形成了与其成为一体的圆弧状加压部件(加压装置)243,其一端压接在大致呈三角形的偏心销子87的侧面上。偏心销子87的旋转轴用螺纹安装并支承在底座部件4上,能够转动,构成压力调节装置8。
在这种旋转式驱动装置1中,同时在三个振动件2上加上电压,驱动旋转件100。当要调节压接部分23对旋转件100的压力时,便转动偏心销子87,改变加压部件243的压力。于是,振动件2便以螺钉26为中心进行转动,改变对旋转件100的压力。在这种结构的旋转式驱动装置1中,由于对一个旋转件100设置了多个振动件2,所以能减小每一个振动件2的驱动力,从而能提高振动件2的寿命。
此外,在这种情况下,只用一个压力调节装置8就能简单地调节多个振动件2的压接力,而且各振动件2的压接力都均等,所以能以良好的动力传递效率驱动旋转件100。
虽然在各实施例中,偏心销子82的形状都是圆形,但,并不仅限于此,也可以根据用途和压力的调节范围等等,采用任意的形状,例如,前面提到的大致呈三角形的形状和其它变化的形状。
此外,线圈84的断面形状也不限于圆形,可以根据支承件3和振动件2的重量,和振动件2对旋转件100的压力调节范围等等,适当地确定线圈84的断面形状和卷绕的匝数。此外,也可以在线圈84中插入铁芯等。
在各实施例的支承件3上,弹簧34、77都固定在与布置了压接部分23相反一侧的端部,但,并不限于这种结构。例如,在支承件3上,弹簧34、77也可以安装在布置了压接部分23的一侧的端部,借助于弹簧34、77的拉伸力把压接部分23压接在旋转件100上。此外,弹簧34也不限于把两个弹簧设置在支承件3的两侧,也可以大致在中央设置一个弹簧,把支承件3压向旋转件100。
在采用磁铁83和线圈84的压力调节装置8中,也可以把线圈84布置在比磁铁83更靠近压接部分23的位置上。在这种情况下,使电流流过线圈84来吸引磁铁,从而调节把压接部分23压向旋转件100的压力。此外,磁铁83固定在支承件3上,而线圈84固定在底座部件4上,但并不仅限于此,也可以把线圈84安装在支承件3上,而把磁铁83安装在底座部件4上。还有,也可以设置若干个磁铁83和线圈84。
压力调节装置8的构成中具有用弹簧34和偏心销子82组成的部件,还有用磁铁83和线圈84组成的部件,但,并不仅限于此。例如,也可以不通过弹簧34来调节第十一实施例中支承件3的位置,而是直接进行调节。关键的一点是,只要能使振动件2对旋转件100的压接力进行调节,可以是任何结构。
此外,压力调节装置8也不限于只能无级调节,例如,也可以让第十一实施例的弹簧34的压接销子332,压接在底座部件4上形成的止挡部分上,并在压接销子332与止挡部分之间嵌入规定厚度的挡块,使弹簧34伸长或缩短,来调节它的弹力。按照这种结构,通过调整挡块的厚度和块数,就能对弹簧34的弹力,也就是压接部分23对旋转件100的压力进行多级调节。
或者,与此相反,在第十二实施例和第十四实施例中,通过让电流发生装置运转或停止,使压接力在两个级别中调节。但,也不仅限于此。即,例如,也可以通过对流过线圈84的电流值进行无级调节,使压接部分23对旋转件100的压力能任意调节。
在各个实施例中,旋转件100都是作旋转运动的,但,也不仅限于此,也可以让它作直线运动。即,例如,可以使振动件的压接部分直接压接在杆状部件的侧面上,于是,由于振动件的振动,就能使杆状部件沿着长度方向移动。在这种情况下,和各实施例一样,也能在不降低驱动力的前提下改变运动的速度。关键的一点是,被驱动件的形状没有限制。或者,如果在旋转件100的外圆周上形成齿形的凹凸部分,并设置嵌入这种凹凸部分中的杆状部件,把旋转件100传递过来的旋转运动变换成直线运动,再传递出去。
此外,在各实施例中,旋转件的驱动方法都是使振动件沿着椭圆轨道振动,并使振动件在振动轨道的一部分轨道上与旋转件接触,借助于摩擦力使旋转件运动。但,并不仅限于这种方式。例如,可以让振动件始终与旋转件接触,而调节施加在振动件上的电压,使振动件在伸长时的变形快,而缩短时的变形慢。这样,在振动件伸长时,旋转件相对于振动件滑动,然后,在振动件回程时,用摩擦力使旋转件跟着振动件运动,使其产生间歇运动。总之,驱动旋转件的方法的要点在于,只要是利用振动件和旋转件的振动来进行驱动,可以是任何方法。
本发明的旋转式驱动装置可以用于第十四实施例中的玩具汽车11,第十五实施例中的机器人13,但,不是仅限于这些,例如,也可以组装在上述液体供应装置14等等各种装置中。即使在这种情况下,也能获得与上述各个实施例同样的效果,能输出预定的驱动扭矩,能使旋转式驱动装置小型化。此外,还能在不使驱动力减小的前提下改变其速度。
本发明的其它实施方式如下文所述。
第一种方式是一种驱动机构,它使得具有压电元件的振动件压接在被驱动件上,借助于上述振动件的振动来驱动被驱动件,其特征在于,它还具有调节上述振动件对上述被驱动件的压接力的压力调节装置。
第二种方式是如上述第一种方式所述的驱动机构,其特征在于,上述振动件在其前端描画大致呈椭圆形的轨道的同时,该椭圆形轨道的一部分,压接在上述被驱动件上,借助于上述振动件与上述被驱动件之间的摩擦力来驱动上述被驱动件。
第三种方式是如上述第一种方式或第二种方式所述的驱动机构,其特征在于,上述压力调节装置设计成能用手动方式调节其压力。
第四种方式是如上述第一种方式或第二种方式所述的驱动机构,其特征在于,上述压力调节装置设计成能自动调节其压力。
第五种方式是如上述第一种方式到第四种方式中任何一种方式所述的驱动机构,其特征在于,上述被驱动件是旋转件,上述振动件从上述被驱动件的内圆周侧压接在在其上。
第六种方式是如上述第一种方式到第四种方式中任何一种方式所述的驱动机构,其特征在于,上述被驱动件是旋转件,上述振动件从上述被驱动件的外圆周侧压接在在其上。
第七种方式是如上述第一种方式到第六种方式中任何一种方式所述的驱动机构,其特征在于,上述压力调节装置设置成能使上述振动件对上述被驱动件的压接力进行无级调节。
第八种方式是如上述第一种方式到第七种方式中任何一种方式所述的驱动机构,其特征在于,上述压力调节装置具有下列各种部件支承上述振动件的支承部件;支承上述支承部件,并能使其接近或离开被驱动件的固定件;一端固定在上述支承部件上,对上述支承部件加压的弹簧;设置在上述固定件上,调节上述弹簧的压力的偏心销子。
第九种方式是如上述第一种方式到第七种方式中任何一种方式所述的驱动机构,其特征在于,上述压力调节装置具有下列各种部件支承上述振动件的支承部件;支承上述支承部件,并能使其接近或离开被驱动件的固定件;借助于磁力互相吸引和被吸引的磁铁和线圈,并且,在把上述磁铁或线圈中任何一方固定在上述支承部件上的同时,把上述磁铁或线圈中的另一方固定在上述固定件上。
第十种方式是如上述第一种方式到第九种方式中任何一种方式所述的驱动机构,其特征在于,对上述振动件设置了多个上述压力调节装置。
第十一种方式是如上述第一种方式到第十种方式中任何一种方式所述的驱动机构,其特征在于,对上述被驱动件设置了多个上述振动件。
第十二种方式是如上述第一种方式到第十一种方式中任何一种方式所述的驱动机构,其特征在于,对上述压力调节装置设置了多个上述振动件。
第十三种方式是具有如上述第一种方式到第十一种方式中任何一种方式所述的驱动机构的装置。
按照上述第一种方式,借助于用压力调节装置对振动件施加在被驱动件上的压接力进行调节,改变了振动件对被驱动件的驱动力,从而改变了被驱动件的运动速度。由于采用调节振动件对被驱动件的压接力而改变了驱动力,所以不需要使振动件进行间歇的振动,稳定了振动件的振动状态,防止了驱动力的下降。
按照上述第二种方式,振动件以椭圆形轨道的一部分与被驱动件接触,以使被驱动件沿着振动件的轨道的方向运动。由于振动件描画出椭圆形轨道,在振动件的前端向着与被驱动件的运动方向相反的方向运动的过程中,与被驱动件的接触力减小了,进一步防止了驱动力的减小。此外,还因此而减少了振动件前端和被驱动件的磨损,提高了驱动机构的寿命。特别是,在被驱动件是旋转件的情况下,有利于减小阻碍被驱动件的惯性力的方向上的力。
按照上述第三种方式,由于压接力是用手动调节的,所以压力调节装置的结构简单。因而,驱动机构的维修保养容易,制造成本低。
按照上述第四种方式,由于压接力是自动调节的,所以,即使被驱动件在运动的过程中,也能自动调节振动件对被驱动件的压接力,能对运动速度进行软性调节。
按照上述第五种方式,由于被驱动件是旋转件,所以,在运动时,即,在转动时,能借助于被驱动件的惯性力来维持转动。由于此时振动件仍在连续振动,所以与以往那种在振动件停止状态下仍与被驱动件接触的情形不同,不会减小被驱动件的转动扭矩。此外,由于振动件是从旋转件的被驱动件内圆周一侧压接在被驱动件上的,所以能把振动件容纳在被驱动件的旋转半径以内,能促进驱动机构的小型化。
按照上述第六种方式,由于被驱动件是旋转件,所以,在运动时,即,在转动时,能借助于被驱动件的惯性力来维持转动。由于此时振动件仍在连续振动,所以与以往那种在振动件停止状态下仍与被驱动件接触的情形不同,不会减小被驱动件的转动扭矩。此外,由于振动件是从旋转件的被驱动件外圆周一侧压接在被驱动件上的,所以能把振动件和被驱动件布置在一个平面上,能促进驱动机构的薄型化。
按照上述第七种方式,由于压接力能无级调节,所以被驱动件的运动速度的设定是无级的,能很简单地进行运动速度的微调。
按照上述第八种方式,当转动偏心销子时,弹簧的长度就变化。于是,弹簧的弹力改变了,通过固定在弹簧一端的支承部件在接近或远离被驱动件的方向上的移动,振动件就能接近或离开被驱动件。这样,就能调节振动件对被驱动件的压接力。由于只要转动偏心销子,就能调节压接力,所以操作简单。此外,由于偏心销子的转动角度与振动件对被驱动件的压接力对应,所以压接力的管理和调节都很简单。
按照上述第九种方式,当电流流过线圈时,就在线圈内产生磁场,就能借助于电流的方向来吸引或排斥磁铁。此时,由于磁铁或者线圈中的一方固定在支承部件上,而另一方固定在固定件上,所以支承部件就与振动件一起在接近或离开被驱动件的方向上移动。这样,就能调节振动件对于被驱动件的压接力。由于只要让电流流过线圈就能调节压接力,所以压力调节装置的构造很简单。此外,由于压接力是用电流值来调节的,所以压接力的管理和调节都很简单。
按照上述第十种方式,由于使用了多个压力调节装置来调节振动件的压接力,所以每一个压力调节装置的负载减小了。这样,就能提高压力调节装置的寿命。此外,由于能把每一个压力调节装置的压接力变化的比例设定得很小,所以很容易实现压接力的微调。
按照上述第十一种方式,由于对被驱动件设置了多个上述振动件,所以对每一个振动件所要求的驱动力就很小。这样,就能减轻振动件与被驱动件接触部分的磨损,提高了驱动机构的寿命。
按照上述第十二种方式,由于只用一个压力调节装置就能调节多个振动件,所以部件的数量减少了,驱动机构的制造成本便宜了。此外,多个振动件之间对被驱动件的压接力很均匀,所以向被驱动件传递动力的效率很高。
按照上述第十三种方式,由于利用上述第一种方式到第十二种方式中所记载的任何一种驱动机构来构成各种各样的装置,所以就能获得以上所说的那些效果,防止被驱动件的驱动力降低,被驱动件的运动速度的调节也很简单。
以上的记载揭示了实施本发明的最佳构成和方法等等,但,本发明不是仅仅限于这一些。即,以上的说明主要是用特定的

了本发明的一些特定的实施方式,但,在不脱离本发明的技术构思和发明目的的前提下,本技术领域的技术人员,可以对以上所描述的各种实施例的形状,材质,数量,以及其它详细的结构进行各种变化和改进。
因此,以上所记载的对所揭示的形状,材质等等所作的限定,是为了容易理解本发明而作出的,并不是用来限制本发明的。因此,本发明包含了其形状,材质中,有一部分或者全部超出本发明的记载中所限定的部件不同的部件。
本发明的旋转式驱动装置和具备这种旋转式驱动装置的装置能获得下列效果。
由于把在与旋转件的旋转轴线交叉的平面上的振动件的位置,设置在与被压接部分相同的一侧,或者比被压接部分更靠近转动中心的一侧,所以不需要以往那样,在旋转件外侧设置振动件所必需的空间,因而能使旋转式驱动装置在整体上缩小那一部分尺寸,使它更加小型化。因此,在输出规定的驱动扭矩的同时,能使旋转式驱动装置小型化。
权利要求
1.一种旋转式驱动装置,它具有下列部件底座部件;设置在该底座部件上的,具有压电元件的振动件;设置在上述底座部件上,能够转动的旋转件;上述振动件具有压接部分,上述旋转件在离开旋转中心一定距离的位置上,具有与上述压接部分压接的被压接部分,在上述压电元件上加上电压之后,借助于使上述振动件振动,由上述压接部分反复推压上述被压接部分,从而使上述旋转件旋转,其特征在于,上述振动件在与上述旋转件的旋转轴线交叉的平面上的位置,与上述被压接部分相同,或者比上述被压接部分更靠近旋转中心。
2.如权利要求1所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述振动件的上述压接部分的断面呈圆弧形凸起状,上述旋转件的上述被压接部分,在对着上述压接部分的压接方向上凹进去,其断面呈圆弧形凹进状。
3.如权利要求1或2所述的旋转式驱动装置,其特征在于,多个上述振动件以相等的间隔沿着上述旋转件的被压接部分布置,上述压接部分从旋转中心的一侧压接在上述被压接部分上。
4.如权利要求1或2所述的旋转式驱动装置,其特征在于,多个上述振动件以相等的间隔沿着上述旋转件的被压接部分布置,上述压接部分从沿着旋转轴线的方向压接在上述被压接部分上。
5.如权利要求3或4所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述各振动件用一个驱动信号来驱动。
6.如权利要求1到5中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,它还具有把上述振动件的上述压接部分压向上述旋转件的被压接部分的加压装置。
7.如权利要求1到6中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述振动件支承在能沿一个规定方向相对于上述旋转件前进或后退的支承件上。
8.如权利要求6所述的旋转式驱动装置,其特征在于,它还具有调节上述加压装置的压力的压力调节装置。
9.如权利要求8所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述压力调节装置设置成能用手动调节上述压力。
10.如权利要求8所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述压力调节装置设置成能自动调节上述压力。
11.如权利要求8到10中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述压力调节装置设置成能对上述压接部分在上述被压接部分上的压力进行无级调节。
12.如权利要求8到11中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,对上述振动件设置多个上述压力调节装置。
13.如权利要求8到12中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,对于一个上述压力调节装置设置多个上述振动件。
14.如权利要求1到13中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,它还具有设置在上述底座部件上,而且压接在上述旋转件上,为该旋转件导向的导向件。
15.如权利要求14所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述旋转件在离开旋转中心规定距离的位置上,由上述压接部分和上述导向件支承。
16.如权利要求1到15中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述旋转件布置在上述底座部件的外圆周上。
17.如权利要求1到16中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述旋转件设置成能在上述底座部件上装卸。
18.如权利要求1到17中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,在上述底座部件和上述旋转件中,至少有一个部件,具有通过上述底座部件和/或上述旋转件联通大致包围着上述振动件的空间的内、外的,散热用的开口部分。
19.如权利要求1到18中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述底座部件的与设置上述振动件相反一侧的面上,具有与上述振动件连接的导通端子。
20.如权利要求1到19中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,上述旋转件能用它的外圆周部分传递动力。
21.如权利要求1到20中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置,其特征在于,它还具有设置在上述底座部件上,驱动上述振动件的附加装置。
22.一种装置,其特征在于,它具有如权利要求1到22中任何一项权利要求所述的旋转式驱动装置。
全文摘要
本发明提供了一种在输出规定的驱动扭矩的同时,还能使其小型化的旋转式驱动装置,以及装备这种旋转式驱动装置的装置。旋转式驱动装置1具有下列部件底座部件4;设置在该底座部件4上的,具有压电元件22的振动件2;设置在底座部件4上,能够转动的旋转件100,振动件2具有压接部分23,旋转件100在离开旋转中心一定距离的位置上,具有与压接部分23压接的被压接部分,在压电元件22上加上电压之后,借助于振动件2的振动,由压接部分23反复推压被压接部分,从而使旋转件100旋转,振动件在与旋转件100的旋转轴线交叉的平面上的位置,与被压接部分相同,或者比被压接部分更靠近旋转中心。
文档编号H01L41/09GK1469538SQ0314245
公开日2004年1月21日 申请日期2003年6月13日 优先权日2002年6月14日
发明者茂木正俊, 水谷忠弘, 弘 申请人:精工爱普生株式会社
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