JP2525876B2

JP2525876B2 - 超音波ソレノイド

Info

Publication number: JP2525876B2
Application number: JP63201316A
Authority: JP
Inventors: 浩一内藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1988-08-12
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPH0251369A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、機械の油空圧回路に使用される各種制御
弁やOA機器の駆動源として好適な超音波ソレノイドに関
する。

［従来の技術］従来より機械の油空圧回路に使用される比例制御弁等
の各種制御弁やOA機器においては、駆動源として電磁エ
ネルギーを機械エネルギーに変換する電磁式のソレノイ
ドを用いることが一般に行われている。

このような電磁式ソレノイドの交換機構には様々なも
のが提供されているが、ごく一般的なソレノイドでは、
所定量移動可能に設けられたプランジャの一端若しくは
両端にコイルが配置され、該コイルに通電することによ
って得られる磁場を利用して上記プランジャをそのスト
ローク端からストローク端まで往復動させるよになって
いる。

［発明が解決しようとする課題］ところで、上述のような電磁式のソレノイドにあって
は、コイル磁場により吸引もしくは反発させられてスト
ローク端に達したプランジャをその位置に止どめるには
コイルへの通電を継続する必要が有り、このため消費電
力量の増加や長時間の通電によるコイルの発熱が避けら
れず、また停電時にはプランジャを保持することができ
ないという欠点がある。このような欠点を補うためプラ
ンジャを機械的に保持するためのプランジャ保持機構を
設けた電磁式のソレノイドも提供されてはいるが、この
ようなソレノイドでは構造が複雑化するため機器の大型
化や製造コストの増加が避けられないといった欠点があ
る。

また、コイル磁場単独ではプランジャをそのストロー
ク範囲内の任意位置で停止させることができず、このよ
うな要望を満たすには別の停止手段に頼る以外に術がな
い。しかしながら別の停止手段を用いても、コイル磁場
によるプランジャの移動との連動が難しいために精密機
器等に使用するに十分な停止精度が容易には得られず、
また機構の複雑化を考慮すれば中間停止位置も数箇所程
度に制限されてしまい、自由な位置で精度良くプランジ
ャを停止させることは到底臨めなかった。

さらにコイル励磁に伴って磁気ノイズを発したり、あ
るいは、周囲から強磁界を受けている状態では誤動作の
虞れがあるといった磁力を使用する場合には不可避的な
欠点もあった。

この発明は、以上のような背景の下になされたもの
で、脚部の先端に効率よく回転運動を生じさせることが
できるとともに、プランジャを自由な位置で精度良く停
止させるおとができ、またプランジャ停止時に電力を消
費することも無く、さらには磁気ノイズを発したり強磁
界の影響を受けることがないソレノイドを提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］上記課題を解決するために、この発明は、少なくとも
２本以上の脚部及びこれら脚部の基端を連結する胴部を
具備して構成される振動体と、該振動体に脚部の軸線に
対して斜めに取り付けられて前記脚部及び前記胴部をそ
れぞれの長手方向に加振する圧電素子と、上記各脚部の
先端に圧接された状態で支持されると共に該脚部と交差
する方向に移動自在に設けられたプランジャとを具備し
てなるものである。プランジャの形状はソレノイドの使
用される機器に応じて適宜定められる。

［作用］上記構成のソレノイドにおいては、各圧電素子に同一
周波数で位相の異なる電圧を印加することにより、振動
体の各脚部の先端に位相の異なる同一方向の楕円若しく
は円運動を生じさせることができる。これにより、各脚
部先端とプランジャとの間の摩擦力は交互に変化し、こ
れに伴ってプランジャは各脚部の先端から交互に同じ向
きに付勢されて同一方向に移動する。そして、圧電素子
への通電を停止することによりプランジャは各脚部先端
との間の摩擦力によって保持される。また、プランジャ
の移動量は圧電素子への通電時間によって定められる。
更に、圧電素子が脚部の軸線に対して斜めに取り付けら
れているので、脚部の先端に効率良く回転運動を生じさ
せることができ、高い駆動力を得ることができる。

［実施例］以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

第１図及び第２図において、1,2は互いに平行な脚
部、３はこれらの客1,2の基端を連結する胴部である。
これらは、弾性材料を、各部の断面がほぼ正方形でかつ
全体をコ字状に成形して振動体４を構成している。この
寸法は適宜設計されるが、一例としては、アルミニウム
を材質とし、胴部5mm□×26mmL、脚部5mm□×10mmLとし
た寸法の設計ができる。振動体４の材質は、この他、ジ
ュラルミン、鉄、真鍮あるいはステンレス鋼などの金属
材料、アルミナ、ガラスあるいは炭化珪素などの向き材
料、ポリイミド系樹脂あるいはナイロンなどの有機材料
などが使用できる。

この振動体４の角の部分は、脚部1,2及び胴部３に対
して45度の角度をなすように面取りされており、その取
付面５に圧電素子6,7が接着剤などを用いて取り付けら
れている。これら圧電素子6,7は、積層型圧電アクチュ
エータあるいは単板の圧電セラミックスが使用され、図
示せね電源から印加される交番電圧によって上記取付面
５と直交する方向に伸縮するようになっている。圧電素
子6,7としては、5mm□×9mmLのものを用いた。

上記脚部1,2の先端にはポリイミド系樹脂からなる摩
擦材８が貼着されており、該摩擦材８を介して脚部1,2
の先端はプランジャ９の上面に当接されている。このプ
ランジャ９は、第２図により詳細に示すように、棒材の
上部を水平に切り欠いてなるもので、支持体10下部の取
付孔10aに嵌合されたリニアベアリング11に挿通されて
その長手方向に移動自在に設けられている。上記支持体
10は振動体４を取り囲むようにして配設されており、そ
の天板10bの中央にはピン穴12が形成されている。この
ピン穴12には下端が尖った球状のピン13が上下動可能に
挿通され、該ピン13はその下部に設けられたばね受け14
と上記天板10bとの間に張設されたコイルばね15により
常時下方に付勢されるようになっている。そして、上記
ピン13の下端に臨む振動体４の胴部３の上面には、ピン
13の下端を突入させて係合する小さい凹所16が形成され
ており、これにより振動体４が上記ピン12に押圧されて
脚部1,2の先端と上記プランジャ９の上面との間に摩擦
力が生じるようになっている。

次に以上の構成からなるソレノイドの作用を説明す
る。なお、以下の説明では第１図中に示すように水平方
向にＸ軸、垂直方向にＹ軸を取り、各軸の符号はそれぞ
れ右方及び上方を正とする。

プランジャ９を移動させるには、第１の圧電素子６
（第１図において左側）に、 Va＝Ε・sinωｔなる電圧を印加し、第２の圧電素子７にはVaよりも位相
が90度遅れる電圧、すなわち Vb＝Ε・sin（ωｔ−π/2）なる電圧を印加する。

これによりそれおれの圧電素子6,7は超音波領域の同
一周波数でその長手方向に振動し、この振動は振動体４
を介して各脚部1,2の先端に伝達される。この場合、胴
部３においては垂直方向の振動はほとんど伝達されず、
脚部1,2においては水平方向の振動が伝達されないか
ら、脚部1,2の先端は同じ脚部の圧電素子から発生する
縦方向の振動と、異なる脚部からの横方向の振動が伝達
されることになる。そしてこれらの振動が各脚部1,2及
び胴部３を伝わる際の位相遅れはすべて等しいものとす
れば、第３図（ａ），（ｂ）に示すように、第１の脚部
１の先端には、 X₁＝Ａ・sin（ωｔ＋π/2） Y₁＝Ｂ・sin（ωｔ＋π）なる振動が生じ、また、第２の脚部２の先端には、 X₂＝Ａ・sinωｔ Y₂＝Ｂ・sin（ωｔ＋π/2）なる振動が生じることになる。

すなわち、各脚部1,2の先端は第４図に示すように楕
円若しくは円（Ａ＝Ｂの時）を描きつつ、第１の脚部１
の方が位相が90度進んだ状態で時計方向に回転運動す
る。なお、第４図はＡ＝Ｂの場合を示す。

ここで、各脚部1,2の先端とプランジャ９上面との間
の摩擦力は、各脚部1,2の先端が静止状態にあるときに
比して上方に変位するときには減少し、また下方に変位
する時には増加することから、プランジャ９は各脚部1,
2の先端の内でより下方にある脚部の回転運動の影響を
強く受けることになる。そして、各脚部1,2が静止位置
から下方に変位している時の各脚部1,2の回転運動の水
平方向成分はいずれも第４図において左方向となること
から、プランジャ９は第４図において左方に向かってよ
り強く押し付けられることになり、結果としてプランジ
ャ９は左方へ移動させられる。なお、プランジャ９の移
動方向を変更する場合には、第２の脚部２側の圧電素子
７に印加する電圧の位相を180度だけ反転させれば良い
のであり、すなわち、 Vb＝Ε・sin（ωｔ＋π/2）とすれば良い。

このように本実施例のソレノイドにあっては、各脚部
1,2の先端とプランジャ９の上面との間に常に摩擦力が
作用した状態でプランジャ９が駆動されるので、圧電素
子6,7への通電を停止すれば直ちにプランジャ９が停止
させられて各脚部1,2の摩擦力によって保持される。従
って、プランジャ９停止時に電力を消費することも無
く、また圧電素子6,7への通電時間を適宜変化させるこ
とによってプランジャ９を自由な位置で精度良く停止さ
せることが可能である。そして、磁力は一切使用しない
ので磁気ノイズを発することも無く、また各構成要素を
すべて非磁性材料で製造することもできるので磁界の影
響を全く受けないソレノイドが実現できる。

なお、上記の実施例においては特に各圧電素子6,7に
印加する電圧の位相を90度変化させているが、本発明の
ソレノイドはこれに限定されるものではなく、各脚部1,
2の先端に位相の異なる同一方向の楕円若しくは円運動
を生じさせることがえきるものであれば良い。また、振
動体４の振動モード、すなわち各脚部1,2及び胴部３を
伝わる振動の位相遅れを適宜変化させることにより、い
ずれか一方の圧電素子の振動によって各脚部に位相の異
なる回転運動を生じさせることも可能である。また、振
動体４の加圧手段もピン13とコイルばね15によらずとも
振動体４の自重を用いることも当然に可能であり、その
他支持体10やプランジャ９の形状等も本発明のソレノイ
ドが使用される機器に応じて当然に設計変更され得るも
のである。

［発明の効果］以上説明したように、この発明は、脚部の軸線に対し
て斜めに取り付けた圧電素子の超音波振動によって各脚
部の先端に位相の異なる同一方向の回転運動を生じさ
せ、この回転運動に伴う各脚部の先端とプランジャ上面
との間の摩擦力の変化を利用してプランジャを一方向に
移動させるものであるから、以下のような効果を奏す
る。

まず、常に各脚部とプランジャとの間に摩擦力が作用
した状態でプランジャが駆動されるので、圧電素子への
通電を停止すれば直ちにプランジャが摩擦力で保持さ
れ、このため停止時の電力消費が無く、また圧電素子へ
の通電時間を変化させることによりプランジャを自由な
位置に精度良く停止させることができる。そして、プラ
ンジャの駆動には磁力を一切使用しないので、作動中に
磁気ノイズを発することも無く、また各構成要素を非磁
性材料で製造して強磁界の影響を全く受けないソレノイ
ドを実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の正面図、第２図はその側面
図、第３図は移動時における各脚部先端の振動を示すも
ので、（ａ）は水平方向の振動成分を示す図、（ｂ）は
垂直方向への振動成分を示す図、第４図はプランジャの
移動の仕組みを示す模式図である。 1,2……脚部、３……胴部、４……振動体、6,7……圧電
素子、９……プランジャ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２本以上の脚部及びこれら脚部
の基端を連結する胴部を具備して構成される振動体と、
該振動体に脚部の軸線に対して斜めに取り付けられて前
記脚部及び前記胴部をそれぞれの長手方向に加振する圧
電素子と、前記各脚部の先端に圧接された状態で支持さ
れると共に該脚部と交差する方向に移動自在に設けられ
たプランジャとを具備してなることを特徴とする超音波
ソレノイド。