JP2892632B2 - 捩りアクチュエータおよびフラップ駆動装置 - Google Patents
捩りアクチュエータおよびフラップ駆動装置Info
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- JP2892632B2 JP2892632B2 JP9070213A JP7021397A JP2892632B2 JP 2892632 B2 JP2892632 B2 JP 2892632B2 JP 9070213 A JP9070213 A JP 9070213A JP 7021397 A JP7021397 A JP 7021397A JP 2892632 B2 JP2892632 B2 JP 2892632B2
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- actuator
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- torsion
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気信号に応じて
捩りモーメントや捩り角を出力する捩りアクチュエー
タ、およびこれを用いたフラップ駆動装置に関する。
捩りモーメントや捩り角を出力する捩りアクチュエー
タ、およびこれを用いたフラップ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、市街地のヘリポートに離発着する
コミュータヘリコプタの要望が高まっており、実現のた
めに騒音の低減化が要求されている。その騒音対策とし
て有効な手段の１つは、主ロータの回転速度を低くする
ことである。しかし、主ロータの回転速度を低くする
と、肝腎のリフト力も激減してしまうため、その対策も
検討事項となる。中でも、ヘリコプタブレードにフラッ
プを取付けて、フラップ角をきめ細かく制御することに
よって、ロータブレードの空力特性を改善する手法が有
力と考えられている。
コミュータヘリコプタの要望が高まっており、実現のた
めに騒音の低減化が要求されている。その騒音対策とし
て有効な手段の１つは、主ロータの回転速度を低くする
ことである。しかし、主ロータの回転速度を低くする
と、肝腎のリフト力も激減してしまうため、その対策も
検討事項となる。中でも、ヘリコプタブレードにフラッ
プを取付けて、フラップ角をきめ細かく制御することに
よって、ロータブレードの空力特性を改善する手法が有
力と考えられている。
【０００３】フラップ角制御は、ブレードピッチ角の制
御と比べて、駆動対象が小型軽量になるため、高速で効
率的な制御を期待できる。一方、ブレードにフラップの
支持機構や駆動機構が別途必要となるため、こうした機
構をブレード内部の狭い空間に収納することは極めて困
難である。
御と比べて、駆動対象が小型軽量になるため、高速で効
率的な制御を期待できる。一方、ブレードにフラップの
支持機構や駆動機構が別途必要となるため、こうした機
構をブレード内部の狭い空間に収納することは極めて困
難である。
【０００４】そこで、小型で強力なアクチュエータとし
て電歪素子や磁歪素子などの応用が考えられるが、単純
なピエゾ素子では変位量が小さく（たとえばμｍオーダ
ー）であり、変位量の拡大が重要な研究課題となってい
る。
て電歪素子や磁歪素子などの応用が考えられるが、単純
なピエゾ素子では変位量が小さく（たとえばμｍオーダ
ー）であり、変位量の拡大が重要な研究課題となってい
る。
【０００５】図４は従来の捩りアクチュエータの一例を
示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）（ｃ）は原理の
説明図、図４（ｄ）は動きの説明図である。金属や複合
材などから成る平板状の基板１の両面に短冊状のピエゾ
素子２、３が複数貼着されている。ピエゾ素子２、３
は、電歪効果を有する板状のピエゾセラミックスの両面
に一対の面状電極が形成されたものであり、電極間に印
加される電圧の方向に応じて長手方向に伸びたり縮んだ
りする。
示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）（ｃ）は原理の
説明図、図４（ｄ）は動きの説明図である。金属や複合
材などから成る平板状の基板１の両面に短冊状のピエゾ
素子２、３が複数貼着されている。ピエゾ素子２、３
は、電歪効果を有する板状のピエゾセラミックスの両面
に一対の面状電極が形成されたものであり、電極間に印
加される電圧の方向に応じて長手方向に伸びたり縮んだ
りする。
【０００６】図４（ｂ）に示すように、ピエゾ素子２、
３の長手方向は捩り軸であるＸ軸に対して正方向および
負方向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに直交するよ
うに配置されている。各ピエゾ素子２、３に一定の電圧
を印加すると、ピエゾ素子２、３ともに伸びる応力を発
生する。
３の長手方向は捩り軸であるＸ軸に対して正方向および
負方向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに直交するよ
うに配置されている。各ピエゾ素子２、３に一定の電圧
を印加すると、ピエゾ素子２、３ともに伸びる応力を発
生する。
【０００７】各応力を分解すると、Ｘ軸方向の応力およ
び方向は一致するためＸ軸方向の内部応力として蓄積さ
れるが、Ｘ軸に垂直な方向の応力は互いに逆方向で、基
板１の厚さ程度の距離だけ隔てているため、Ｘ軸回りの
モーメントが発生する。したがって、基板１の一端を固
定し、他端を自由にすれば、Ｘ軸回りの捩りモーメント
によって捩り運動が発生する。この組合せをＸ軸方向に
複数配置することによって、捩り角を拡大できる。
び方向は一致するためＸ軸方向の内部応力として蓄積さ
れるが、Ｘ軸に垂直な方向の応力は互いに逆方向で、基
板１の厚さ程度の距離だけ隔てているため、Ｘ軸回りの
モーメントが発生する。したがって、基板１の一端を固
定し、他端を自由にすれば、Ｘ軸回りの捩りモーメント
によって捩り運動が発生する。この組合せをＸ軸方向に
複数配置することによって、捩り角を拡大できる。
【０００８】図４（ｃ）は別の組合せの例を示し、ピエ
ゾ素子２、３の長手方向は捩り軸であるＸ軸に対して同
じ方向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに平行に配置
されている。各ピエゾ素子２、３に一定の電圧を印加す
ると、ピエゾ素子２は縮む応力を発生し、ピエゾ素子３
は伸びる応力を発生する。
ゾ素子２、３の長手方向は捩り軸であるＸ軸に対して同
じ方向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに平行に配置
されている。各ピエゾ素子２、３に一定の電圧を印加す
ると、ピエゾ素子２は縮む応力を発生し、ピエゾ素子３
は伸びる応力を発生する。
【０００９】各応力を分解すると、Ｘ軸方向の応力の大
きさは一致し、応力の方向は反対となるため、互いにキ
ャンセルされ、基板１の厚さ程度の距離に起因する曲げ
モーメントが発生する。一方、Ｘ軸に垂直な方向の応力
は、図４（ｂ）と同様に、互いに逆方向で、基板１の厚
さ程度の距離だけ隔てているため、Ｘ軸回りのモーメン
トが発生する。したがって、基板１の一端を固定し、他
端を自由にすれば、Ｘ軸回りの捩りモーメントによって
捩り運動が発生する。この組合せをＸ軸方向に複数配置
することによって、捩り角を拡大できる。
きさは一致し、応力の方向は反対となるため、互いにキ
ャンセルされ、基板１の厚さ程度の距離に起因する曲げ
モーメントが発生する。一方、Ｘ軸に垂直な方向の応力
は、図４（ｂ）と同様に、互いに逆方向で、基板１の厚
さ程度の距離だけ隔てているため、Ｘ軸回りのモーメン
トが発生する。したがって、基板１の一端を固定し、他
端を自由にすれば、Ｘ軸回りの捩りモーメントによって
捩り運動が発生する。この組合せをＸ軸方向に複数配置
することによって、捩り角を拡大できる。
【００１０】こうした構造によって、長さ２００ｍｍ、
幅４０ｍｍの基板１から成る捩りアクチュエータで、最
大捩り角７．６度のものが得られている。
幅４０ｍｍの基板１から成る捩りアクチュエータで、最
大捩り角７．６度のものが得られている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
捩りアクチュエータは全体形状が板状であるため、出力
増大の目的で、アクチュエータを長くした場合、図４
（ｄ）に示すように、出力端に負荷をかけると、途中で
曲げモーメントＭによる撓みが発生してしまい、本来出
力されるべき捩り角θ１が捩り角θ２（＜θ１）に減少
してしまう。これは、厚さ方向の曲げ剛性が小さい板部
材において、長手方向の軸応力によって座屈が生じ、そ
の分出力捩り角が低下したものと考えられる。
捩りアクチュエータは全体形状が板状であるため、出力
増大の目的で、アクチュエータを長くした場合、図４
（ｄ）に示すように、出力端に負荷をかけると、途中で
曲げモーメントＭによる撓みが発生してしまい、本来出
力されるべき捩り角θ１が捩り角θ２（＜θ１）に減少
してしまう。これは、厚さ方向の曲げ剛性が小さい板部
材において、長手方向の軸応力によって座屈が生じ、そ
の分出力捩り角が低下したものと考えられる。
【００１２】こうした現象を防止するために、基板１を
厚くしたものを使用することが想定されるが、そうする
と全体の捩り剛性が大きくなって、出力される捩り角も
減少してしまう。
厚くしたものを使用することが想定されるが、そうする
と全体の捩り剛性が大きくなって、出力される捩り角も
減少してしまう。
【００１３】本発明の目的は、出力を増大させるために
アクチュエータを長くした場合の撓み発生を確実に防止
して、捩り角および捩りトルク出力の拡大とともに小型
軽量化が可能な捩りアクチュエータを提供することであ
る。
アクチュエータを長くした場合の撓み発生を確実に防止
して、捩り角および捩りトルク出力の拡大とともに小型
軽量化が可能な捩りアクチュエータを提供することであ
る。
【００１４】また本発明の目的は、フラップの制御角が
大きく、高速応答で小型軽量なフラップ駆動装置を提供
することである。
大きく、高速応答で小型軽量なフラップ駆動装置を提供
することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、板状に形成さ
れ、電気信号に応じて捩りモーメントを発生するアクチ
ュエータ素子が、捩り軸を中心に所定角度で交差するよ
うに複数配置されて構成されることを特徴とする捩りア
クチュエータである。本発明に従えば、捩り軸を中心と
して板状のアクチュエータ素子が所定角度で交差するよ
うに複数配置することによって、曲げ剛性が極端に小さ
くなる方向を解消できるため、従来のようなアクチュエ
ータを長くした場合の撓み発生や捩り角の減少を確実に
防止でき、大出力化が可能となる。また、複数のアクチ
ュエータ素子を並列的に配置することによって、全体の
捩りモーメントを素子数だけ増加させることができる。
しかも素子自体は板状であるため、捩り剛性はそれ程増
加せず、全体として捩り角および捩りトルク出力の拡大
が可能になる。
れ、電気信号に応じて捩りモーメントを発生するアクチ
ュエータ素子が、捩り軸を中心に所定角度で交差するよ
うに複数配置されて構成されることを特徴とする捩りア
クチュエータである。本発明に従えば、捩り軸を中心と
して板状のアクチュエータ素子が所定角度で交差するよ
うに複数配置することによって、曲げ剛性が極端に小さ
くなる方向を解消できるため、従来のようなアクチュエ
ータを長くした場合の撓み発生や捩り角の減少を確実に
防止でき、大出力化が可能となる。また、複数のアクチ
ュエータ素子を並列的に配置することによって、全体の
捩りモーメントを素子数だけ増加させることができる。
しかも素子自体は板状であるため、捩り剛性はそれ程増
加せず、全体として捩り角および捩りトルク出力の拡大
が可能になる。
【００１６】また本発明は、捩り軸に垂直な断面形状
が、線対称または回転対称であることを特徴とする。本
発明に従えば、断面形状が十字状やＸ字状などの線対称
または回転対称であることによって、断面中心と捩り軸
とが一致して、出力端での捩り運動が捩り軸を中心とし
た円運動になるため、後段との連結機構が簡単になる。
また、曲げ剛性も線対称または回転対称となるため、非
対称の振動や変形を防止でき、安定した捩り運動を実現
できる。
が、線対称または回転対称であることを特徴とする。本
発明に従えば、断面形状が十字状やＸ字状などの線対称
または回転対称であることによって、断面中心と捩り軸
とが一致して、出力端での捩り運動が捩り軸を中心とし
た円運動になるため、後段との連結機構が簡単になる。
また、曲げ剛性も線対称または回転対称となるため、非
対称の振動や変形を防止でき、安定した捩り運動を実現
できる。
【００１７】また本発明は、前記アクチュエータ素子
は、捩り軸とほぼ４５度で交差する方向に応力を発生す
るピエゾ素子が基板の両面に貼着され、かつ複数のピエ
ゾ素子が捩り軸に沿って配置されて構成されることを特
徴とする。本発明に従えば、ピエゾ素子の伸縮運動を捩
り運動に変換することができ、しかも１つのピエゾ素子
の変位量は少なくても、全体として大きな捩りモーメン
トを発生することができ、高速で大出力の捩り角制御を
実現できる。
は、捩り軸とほぼ４５度で交差する方向に応力を発生す
るピエゾ素子が基板の両面に貼着され、かつ複数のピエ
ゾ素子が捩り軸に沿って配置されて構成されることを特
徴とする。本発明に従えば、ピエゾ素子の伸縮運動を捩
り運動に変換することができ、しかも１つのピエゾ素子
の変位量は少なくても、全体として大きな捩りモーメン
トを発生することができ、高速で大出力の捩り角制御を
実現できる。
【００１８】また本発明は、前記アクチュエータ素子
は、捩り軸とほぼ４５度で交差する方向に主たる繊維方
向を持つ複合材から成る基板と、該基板の両面に貼着さ
れ、捩り軸とほぼ平行に応力を発生する複数のピエゾ素
子とで構成されることを特徴とする。本発明に従えば、
ピエゾ素子の伸縮運動を捩り運動に変換することがで
き、しかも１つのピエゾ素子の変位量は少なくても、全
体として大きな捩りモーメントを発生することができ、
高速で大出力の捩り角制御を実現できる。
は、捩り軸とほぼ４５度で交差する方向に主たる繊維方
向を持つ複合材から成る基板と、該基板の両面に貼着さ
れ、捩り軸とほぼ平行に応力を発生する複数のピエゾ素
子とで構成されることを特徴とする。本発明に従えば、
ピエゾ素子の伸縮運動を捩り運動に変換することがで
き、しかも１つのピエゾ素子の変位量は少なくても、全
体として大きな捩りモーメントを発生することができ、
高速で大出力の捩り角制御を実現できる。
【００１９】また本発明は、ロータブレードの後縁側に
角変位自在に取付けられたフラップを駆動するフラップ
駆動装置であって、板状に形成され、電気信号に応じて
捩りモーメントを発生するアクチュエータ素子が、捩り
軸を中心に所定角度で交差するように複数配置されて構
成された捩りアクチュエータと、捩りアクチュエータか
らの出力をフラップに伝達する伝達機構とを備えること
を特徴とするフラップ駆動装置である。本発明に従え
ば、上述と同様に、捩りアクチュエータは、捩り軸を中
心として板状のアクチュエータ素子が所定角度で交差す
るように複数配置して構成されるため、曲げ剛性が極端
に小さくなる方向を解消でき、従来のようなアクチュエ
ータを長くした場合の撓み発生や捩り角の減少を確実に
防止でき、大出力化が可能となる。また、複数のアクチ
ュエータ素子を使用するため、全体の捩りモーメントを
素子数だけ増加させることができる。しかも素子自体は
板状であるため、捩り剛性はそれ程増加せず、全体とし
て捩り角および捩りトルク出力の拡大が可能になる。こ
うしてフラップの制御角が大きく、高速応答で小型軽量
なフラップ駆動装置を実現できる。
角変位自在に取付けられたフラップを駆動するフラップ
駆動装置であって、板状に形成され、電気信号に応じて
捩りモーメントを発生するアクチュエータ素子が、捩り
軸を中心に所定角度で交差するように複数配置されて構
成された捩りアクチュエータと、捩りアクチュエータか
らの出力をフラップに伝達する伝達機構とを備えること
を特徴とするフラップ駆動装置である。本発明に従え
ば、上述と同様に、捩りアクチュエータは、捩り軸を中
心として板状のアクチュエータ素子が所定角度で交差す
るように複数配置して構成されるため、曲げ剛性が極端
に小さくなる方向を解消でき、従来のようなアクチュエ
ータを長くした場合の撓み発生や捩り角の減少を確実に
防止でき、大出力化が可能となる。また、複数のアクチ
ュエータ素子を使用するため、全体の捩りモーメントを
素子数だけ増加させることができる。しかも素子自体は
板状であるため、捩り剛性はそれ程増加せず、全体とし
て捩り角および捩りトルク出力の拡大が可能になる。こ
うしてフラップの制御角が大きく、高速応答で小型軽量
なフラップ駆動装置を実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態を示
し、図１（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は断面
図、図１（ｄ）は回路図、図１（ｅ）は部分断面図、図
１（ｆ）は基板１２の斜視図である。
し、図１（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は断面
図、図１（ｄ）は回路図、図１（ｅ）は部分断面図、図
１（ｆ）は基板１２の斜視図である。
【００２１】捩りアクチュエータ１０は、板状のアクチ
ュエータ素子１１が捩り軸であるＸ軸を中心に９０度で
交差するように４枚配置されて構成される。アクチュエ
ータ素子１１は、金属や複合材などから成る平板状の基
板１２の両面に短冊状のピエゾ素子１３が複数貼着され
て構成される。
ュエータ素子１１が捩り軸であるＸ軸を中心に９０度で
交差するように４枚配置されて構成される。アクチュエ
ータ素子１１は、金属や複合材などから成る平板状の基
板１２の両面に短冊状のピエゾ素子１３が複数貼着され
て構成される。
【００２２】ピエゾ素子１３の配置に関して、図４
（ｂ）で示したように、Ｘ軸に対して正方向および負方
向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに直交するように
配置された構成や、図４（ｃ）で示したように、Ｘ軸に
対して同じ方向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに平
行に配置された構成などが採用できる。
（ｂ）で示したように、Ｘ軸に対して正方向および負方
向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに直交するように
配置された構成や、図４（ｃ）で示したように、Ｘ軸に
対して同じ方向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに平
行に配置された構成などが採用できる。
【００２３】図１（ｄ）に示すように、ピエゾ素子１３
は、電歪効果を有する板状のピエゾセラミックスの両面
に一対の面状電極（たとえばニッケル電極）１３ａが形
成されたものであり、電極間に印加される電圧の方向に
応じて長手方向に伸びたり縮んだりする。こうしたピエ
ゾ素子１３が、基板１２の両面に導電性接着剤１４によ
って固定されており、基板１２に面する面状電極１３ａ
は基板１２と電気的に接続され、外側の面状電極１３ａ
と基板１２との間が駆動回路２０にそれぞれ接続されて
いる。なお基板１２が金属やカーボン繊維複合材で形成
される場合は、そのまま配線素材として利用できるが、
ガラス繊維複合材などの電気絶縁材料で形成される場合
は、基板１２の表面に導電性のメッキやペイントを形成
することになる。
は、電歪効果を有する板状のピエゾセラミックスの両面
に一対の面状電極（たとえばニッケル電極）１３ａが形
成されたものであり、電極間に印加される電圧の方向に
応じて長手方向に伸びたり縮んだりする。こうしたピエ
ゾ素子１３が、基板１２の両面に導電性接着剤１４によ
って固定されており、基板１２に面する面状電極１３ａ
は基板１２と電気的に接続され、外側の面状電極１３ａ
と基板１２との間が駆動回路２０にそれぞれ接続されて
いる。なお基板１２が金属やカーボン繊維複合材で形成
される場合は、そのまま配線素材として利用できるが、
ガラス繊維複合材などの電気絶縁材料で形成される場合
は、基板１２の表面に導電性のメッキやペイントを形成
することになる。
【００２４】こうして各駆動回路２０の出力波形を制御
することによって、ピエゾ素子１３の変位量を任意に制
御でき、最終的には捩りアクチュエータ１０の全体の捩
り角および捩り方向を任意に制御することができる。
することによって、ピエゾ素子１３の変位量を任意に制
御でき、最終的には捩りアクチュエータ１０の全体の捩
り角および捩り方向を任意に制御することができる。
【００２５】捩りアクチュエータ１０の断面形状に関し
て、図１（ｂ）に示すように、４枚のアクチュエータ素
子１１がＸ軸を中心に９０度で交差する「十字型」配置
や、図１（ｃ）に示すように、４枚が４５度および１３
５度で交差する「Ｘ字型」配置などが採用できる。こう
した配置によって、１枚の基板の撓み易い方向を他の基
板で補強するようになり、全体としてＸ軸に垂直な面内
方向に関する曲げ剛性をある程度大きく形成できるた
め、従来のような撓みを確実に防止できる。
て、図１（ｂ）に示すように、４枚のアクチュエータ素
子１１がＸ軸を中心に９０度で交差する「十字型」配置
や、図１（ｃ）に示すように、４枚が４５度および１３
５度で交差する「Ｘ字型」配置などが採用できる。こう
した配置によって、１枚の基板の撓み易い方向を他の基
板で補強するようになり、全体としてＸ軸に垂直な面内
方向に関する曲げ剛性をある程度大きく形成できるた
め、従来のような撓みを確実に防止できる。
【００２６】また、断面形状が十字状やＸ字状などの線
対称または回転対称であることによって、断面中心と捩
り軸とが一致するとともに、非対称の振動や変形を防止
でき、安定した捩り運動を実現できる。特にＸ字状のも
のは、一方向の幅寸法を小さくできるため、ロータブレ
ード内部のように狭い空間に設置するのに好適である。
その他の断面形状として、６枚のアクチュエータ素子１
１がＸ軸を中心に６０度で交差する「＊字型」配置や、
８枚のアクチュエータ素子１１がＸ軸を中心に４５度で
交差する配置なども好ましい。
対称または回転対称であることによって、断面中心と捩
り軸とが一致するとともに、非対称の振動や変形を防止
でき、安定した捩り運動を実現できる。特にＸ字状のも
のは、一方向の幅寸法を小さくできるため、ロータブレ
ード内部のように狭い空間に設置するのに好適である。
その他の断面形状として、６枚のアクチュエータ素子１
１がＸ軸を中心に６０度で交差する「＊字型」配置や、
８枚のアクチュエータ素子１１がＸ軸を中心に４５度で
交差する配置なども好ましい。
【００２７】さらに、図１（ｅ）に示すように、基板１
２のＸ軸回りの付根付近（符号Ｃで示す）だけを薄くし
た構造が可能であり、この構造によって全体の曲げ剛性
を維持しつつ、捩り剛性だけを低減化でき、出力される
捩り角を増加させることができる。こうした構造は、た
とえば基板１２を４枚の複合材で形成した場合、付根付
近を２枚で形成することで実現できる。
２のＸ軸回りの付根付近（符号Ｃで示す）だけを薄くし
た構造が可能であり、この構造によって全体の曲げ剛性
を維持しつつ、捩り剛性だけを低減化でき、出力される
捩り角を増加させることができる。こうした構造は、た
とえば基板１２を４枚の複合材で形成した場合、付根付
近を２枚で形成することで実現できる。
【００２８】基板１２を複合材で形成した場合、繊維の
方向や密度を調整することによって、剛性の方向や大き
さを変化させることが可能であり、たとえば図１（ｆ）
に示すように、主たる繊維方向ＤをＸ軸と平行に配置す
ることによって、曲げ剛性を増加させ、かつ捩り剛性を
低減することができ、撓みが少なく、大きな捩り角を得
ることができる。
方向や密度を調整することによって、剛性の方向や大き
さを変化させることが可能であり、たとえば図１（ｆ）
に示すように、主たる繊維方向ＤをＸ軸と平行に配置す
ることによって、曲げ剛性を増加させ、かつ捩り剛性を
低減することができ、撓みが少なく、大きな捩り角を得
ることができる。
【００２９】図２は本発明の実施の他の形態を示し、図
２（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は原理の説明
図、図２（ｄ）は動きの説明図、図２（ｅ）は動作の説
明図である。
２（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は原理の説明
図、図２（ｄ）は動きの説明図、図２（ｅ）は動作の説
明図である。
【００３０】捩りアクチュエータ１０は、板状のアクチ
ュエータ素子１１が捩り軸であるＸ軸を中心に９０度で
交差するように４枚配置されて構成される。アクチュエ
ータ素子１１は、複合材など剛性が異方性を示す材料か
ら成る平板状の基板１２の両面に短冊状のピエゾ素子１
３がＸ軸と平行に複数貼着されて構成される。
ュエータ素子１１が捩り軸であるＸ軸を中心に９０度で
交差するように４枚配置されて構成される。アクチュエ
ータ素子１１は、複合材など剛性が異方性を示す材料か
ら成る平板状の基板１２の両面に短冊状のピエゾ素子１
３がＸ軸と平行に複数貼着されて構成される。
【００３１】図２（ｂ）に示すように、基板１２におい
て強度が最大となる方向Ｄ（複合材の場合は主たる繊維
方向）が捩り軸であるＸ軸に対してほぼ４５度で交差し
ており、基板１２の両面には複数のピエゾ素子１３がＸ
軸と平行に貼着され、ピエゾ素子１３はＸ軸に平行な方
向Ｆに沿って伸縮する。
て強度が最大となる方向Ｄ（複合材の場合は主たる繊維
方向）が捩り軸であるＸ軸に対してほぼ４５度で交差し
ており、基板１２の両面には複数のピエゾ素子１３がＸ
軸と平行に貼着され、ピエゾ素子１３はＸ軸に平行な方
向Ｆに沿って伸縮する。
【００３２】この動作について説明する。図２（ｃ）は
断面図を示しており、表面側のピエゾ素子１３が縮ん
で、裏面側のピエゾ素子１３が伸びると、両端が上方に
変位する曲げモーメントＭが発生する。基板１２が等方
性であれば同じ方向に撓むことになるが、基板１２が異
方性を有する場合は、図２（ｄ）に示すように、撓み角
φだけでなく捩り角θも発生するようになる。これが最
小構成のアクチュエータとなる。
断面図を示しており、表面側のピエゾ素子１３が縮ん
で、裏面側のピエゾ素子１３が伸びると、両端が上方に
変位する曲げモーメントＭが発生する。基板１２が等方
性であれば同じ方向に撓むことになるが、基板１２が異
方性を有する場合は、図２（ｄ）に示すように、撓み角
φだけでなく捩り角θも発生するようになる。これが最
小構成のアクチュエータとなる。
【００３３】こうした変形から捩り角θだけを取り出す
ために、複数のアクチュエータを主たる繊維方向Ｄが交
互に交差するように直列配置する。図２（ｅ）はアクチ
ュエータの配置図と撓み角φのグラフを示す。全体の捩
り角θが正方向に角変位する場合は、繊維方向ＤがＸ軸
に対して−４５度のアクチュエータは上方に撓み、＋４
５度のアクチュエータは下方に撓むため、相互にキャン
セルして両端での撓み角φは０になる。捩り角θについ
ては、何れのアクチュエータも同じ方向となるように配
置しているため、段数分だけ増加することになる。一
方、全体の捩り角θが負方向に角変位する場合も、捩り
角θは加算され、撓み角φは互いに相殺する。こうして
捩り角θだけを発生する捩りアクチュエータを実現でき
る。
ために、複数のアクチュエータを主たる繊維方向Ｄが交
互に交差するように直列配置する。図２（ｅ）はアクチ
ュエータの配置図と撓み角φのグラフを示す。全体の捩
り角θが正方向に角変位する場合は、繊維方向ＤがＸ軸
に対して−４５度のアクチュエータは上方に撓み、＋４
５度のアクチュエータは下方に撓むため、相互にキャン
セルして両端での撓み角φは０になる。捩り角θについ
ては、何れのアクチュエータも同じ方向となるように配
置しているため、段数分だけ増加することになる。一
方、全体の捩り角θが負方向に角変位する場合も、捩り
角θは加算され、撓み角φは互いに相殺する。こうして
捩り角θだけを発生する捩りアクチュエータを実現でき
る。
【００３４】本発明に係る捩りアクチュエータ１０は、
図２（ａ）に示すような十字型配置であり、１つのアク
チュエータ素子１１が撓もうとしても、所定角度で交差
する他のアクチュエータ素子１１が補強しているため、
最終的に捩り角θだけが出力される。
図２（ａ）に示すような十字型配置であり、１つのアク
チュエータ素子１１が撓もうとしても、所定角度で交差
する他のアクチュエータ素子１１が補強しているため、
最終的に捩り角θだけが出力される。
【００３５】捩りアクチュエータ１０の断面形状に関し
て、図１のものと同様であり、図２（ａ）に示すよう
に、４枚のアクチュエータ素子１１がＸ軸を中心に９０
度で交差する「十字型」配置や、４枚が４５度および１
３５度で交差する「Ｘ字型」配置などが採用できる。こ
うした配置によって、１枚の基板の撓み易い方向を他の
基板で補強するようになり、全体としてＸ軸に垂直な面
内方向に関する曲げ剛性をある程度大きく形成できるた
め、従来のような撓みを確実に防止できる。
て、図１のものと同様であり、図２（ａ）に示すよう
に、４枚のアクチュエータ素子１１がＸ軸を中心に９０
度で交差する「十字型」配置や、４枚が４５度および１
３５度で交差する「Ｘ字型」配置などが採用できる。こ
うした配置によって、１枚の基板の撓み易い方向を他の
基板で補強するようになり、全体としてＸ軸に垂直な面
内方向に関する曲げ剛性をある程度大きく形成できるた
め、従来のような撓みを確実に防止できる。
【００３６】図３は、本発明に係るフラップ駆動装置の
一例を示す全体斜視図である。ロータブレード３０は中
空の翼型形状であり、後縁側に角変位自在に支持された
フラップ３１を有する。ロータブレード３０の内部空間
にはフラップ３１を駆動するフラップ駆動装置が収納さ
れる。
一例を示す全体斜視図である。ロータブレード３０は中
空の翼型形状であり、後縁側に角変位自在に支持された
フラップ３１を有する。ロータブレード３０の内部空間
にはフラップ３１を駆動するフラップ駆動装置が収納さ
れる。
【００３７】ここでは３つのＸ字型捩りアクチュエータ
１０が直列的に連結された例を示す。まず、ロータブレ
ード３０の根元側に位置する第１の捩りアクチュエータ
１０に関して、根元側端部は固定部材３２によって固定
され、先端側端部が出力端となって中間部材３３によっ
て角変位自在に支持される。
１０が直列的に連結された例を示す。まず、ロータブレ
ード３０の根元側に位置する第１の捩りアクチュエータ
１０に関して、根元側端部は固定部材３２によって固定
され、先端側端部が出力端となって中間部材３３によっ
て角変位自在に支持される。
【００３８】次に、中央の第２の捩りアクチュエータ１
０に関して、根元側端部は第１の捩りアクチュエータ１
０の出力端と連動するように中間部材３３によって角変
位自在に支持され、先端側端部が出力端となって中間部
材３４によって角変位自在に支持される。
０に関して、根元側端部は第１の捩りアクチュエータ１
０の出力端と連動するように中間部材３３によって角変
位自在に支持され、先端側端部が出力端となって中間部
材３４によって角変位自在に支持される。
【００３９】次に、ブレード先端側に位置する第３の捩
りアクチュエータ１０に関して、根元側端部は第２の捩
りアクチュエータ１０の出力端と連動するように中間部
材３４によって角変位自在に支持され、先端側端部は軸
受け３６によって支持された回転部材３５に接続され
る。
りアクチュエータ１０に関して、根元側端部は第２の捩
りアクチュエータ１０の出力端と連動するように中間部
材３４によって角変位自在に支持され、先端側端部は軸
受け３６によって支持された回転部材３５に接続され
る。
【００４０】回転部材３５は後縁側に延出するレバー３
７を有し、フラップ３１と一体的に角変位する回転軸３
９にリンク機構３８を介して連結される。回転軸３９は
軸受け４０によって支持され、フラップ３１のフラップ
角を制御する。
７を有し、フラップ３１と一体的に角変位する回転軸３
９にリンク機構３８を介して連結される。回転軸３９は
軸受け４０によって支持され、フラップ３１のフラップ
角を制御する。
【００４１】こうした捩りアクチュエータ１０の３段直
列配置によって、１つの捩りアクチュエータ１０の最大
ストロークが８度である場合に全体として２４度の捩り
角を出力することができ、さらにリンク機構３８の変換
比率によってフラップ角を大きく制御することが可能に
なる。
列配置によって、１つの捩りアクチュエータ１０の最大
ストロークが８度である場合に全体として２４度の捩り
角を出力することができ、さらにリンク機構３８の変換
比率によってフラップ角を大きく制御することが可能に
なる。
【００４２】また、Ｘ字型の捩りアクチュエータ１０を
使用することによって、ブレード内部のように高さに制
限のある狭い空間でも収納可能となる。
使用することによって、ブレード内部のように高さに制
限のある狭い空間でも収納可能となる。
【００４３】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、捩
り軸を中心として板状のアクチュエータ素子が所定角度
で交差するように複数配置することによって、曲げ剛性
が極端に小さくなる方向を解消でき、従来のようなアク
チュエータを長くした場合の撓み発生や捩り角の減少を
防止できるため、大出力化が可能になる。
り軸を中心として板状のアクチュエータ素子が所定角度
で交差するように複数配置することによって、曲げ剛性
が極端に小さくなる方向を解消でき、従来のようなアク
チュエータを長くした場合の撓み発生や捩り角の減少を
防止できるため、大出力化が可能になる。
【００４４】また、複数のアクチュエータ素子を並列的
に配置することによって、全体の捩りモーメントを素子
数だけ増加させることができる。しかも素子自体は板状
であるため、捩り剛性はそれ程増加せず、全体として捩
り角および捩りトルク出力の拡大が可能になる。
に配置することによって、全体の捩りモーメントを素子
数だけ増加させることができる。しかも素子自体は板状
であるため、捩り剛性はそれ程増加せず、全体として捩
り角および捩りトルク出力の拡大が可能になる。
【００４５】また、断面形状が十字状やＸ字状などの線
対称または回転対称であることによって、断面中心と捩
り軸とが一致して、出力端での捩り運動が捩り軸を中心
とした円運動になるため、後段との連結機構が簡単にな
る。また、曲げ剛性も線対称または回転対称となるた
め、非対称の振動や変形を防止でき、安定した捩り運動
を実現できる。
対称または回転対称であることによって、断面中心と捩
り軸とが一致して、出力端での捩り運動が捩り軸を中心
とした円運動になるため、後段との連結機構が簡単にな
る。また、曲げ剛性も線対称または回転対称となるた
め、非対称の振動や変形を防止でき、安定した捩り運動
を実現できる。
【００４６】こうしてフラップの制御角が大きく、高速
応答で小型軽量なフラップ駆動装置を実現できる。
応答で小型軽量なフラップ駆動装置を実現できる。
【図１】本発明の実施の一形態を示し、図１（ａ）は全
体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は断面図、図１（ｄ）は回
路図、図１（ｅ）は部分断面図、図１（ｆ）は基板１２
の斜視図である。
体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は断面図、図１（ｄ）は回
路図、図１（ｅ）は部分断面図、図１（ｆ）は基板１２
の斜視図である。
【図２】本発明の実施の他の形態を示し、図２（ａ）は
全体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は原理の説明図、図２
（ｄ）は動きの説明図、図２（ｅ）は動作の説明図であ
る。
全体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は原理の説明図、図２
（ｄ）は動きの説明図、図２（ｅ）は動作の説明図であ
る。
【図３】本発明に係るフラップ駆動装置の一例を示す全
体斜視図である。
体斜視図である。
【図４】従来の捩りアクチュエータの一例を示し、図４
（ａ）は平面図、図４（ｂ）（ｃ）は原理の説明図、図
４（ｄ）は動きの説明図である。
（ａ）は平面図、図４（ｂ）（ｃ）は原理の説明図、図
４（ｄ）は動きの説明図である。
１０ 捩りアクチュエータ １１ アクチュエータ素子 １２ 基板 １３ ピエゾ素子 ２０ 駆動回路 ３０ ロータブレード ３１ フラップ ３２ 固定部材 ３３、３４ 中間部材 ３５ 回転部材 ３８ リンク機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02N 2/00 H01L 41/09 B64C 27/473 B64C 27/615
Claims (5)
- 【請求項１】 板状に形成され、電気信号に応じて捩り
モーメントを発生するアクチュエータ素子が、捩り軸を
中心に所定角度で交差するように複数配置されて構成さ
れることを特徴とする捩りアクチュエータ。 - 【請求項２】 捩り軸に垂直な断面形状が、線対称また
は回転対称であることを特徴とする請求項１記載の捩り
アクチュエータ。 - 【請求項３】 前記アクチュエータ素子は、捩り軸とほ
ぼ４５度で交差する方向に応力を発生するピエゾ素子が
基板の両面に貼着され、かつ複数のピエゾ素子が捩り軸
に沿って配置されて構成されることを特徴とする請求項
１または２記載の捩りアクチュエータ。 - 【請求項４】 前記アクチュエータ素子は、捩り軸とほ
ぼ４５度で交差する方向に主たる繊維方向を持つ複合材
から成る基板と、該基板の両面に貼着され、捩り軸とほ
ぼ平行に応力を発生する複数のピエゾ素子とで構成され
ることを特徴とする請求項１または２記載の捩りアクチ
ュエータ。 - 【請求項５】 ロータブレードの後縁側に角変位自在に
取付けられたフラップを駆動するフラップ駆動装置であ
って、 板状に形成され、電気信号に応じて捩りモーメントを発
生するアクチュエータ素子が、捩り軸を中心に所定角度
で交差するように複数配置されて構成された捩りアクチ
ュエータと、 捩りアクチュエータからの出力をフラップに伝達する伝
達機構とを備えることを特徴とするフラップ駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9070213A JP2892632B2 (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 捩りアクチュエータおよびフラップ駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9070213A JP2892632B2 (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 捩りアクチュエータおよびフラップ駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10271852A JPH10271852A (ja) | 1998-10-09 |
| JP2892632B2 true JP2892632B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=13425035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9070213A Expired - Lifetime JP2892632B2 (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 捩りアクチュエータおよびフラップ駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2892632B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6955741B2 (en) | 2001-08-08 | 2005-10-18 | Asm Japan K.K. | Semiconductor-processing reaction chamber |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19813959B4 (de) | 1998-03-28 | 2009-05-14 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Einrichtung zur Körperschallunterdrückung |
| JP3053620B1 (ja) * | 1999-02-25 | 2000-06-19 | 株式会社コミュータヘリコプタ先進技術研究所 | ロ―タブレ―ドのフラップ駆動装置 |
| JP3004644B1 (ja) | 1999-03-03 | 2000-01-31 | 株式会社コミュータヘリコプタ先進技術研究所 | ロ―タブレ―ドのフラップ駆動装置 |
| AU2003257607A1 (en) | 2003-08-29 | 2005-03-29 | Japan Aerospace Exploration Agency | Helicopter bvi noise reducing method and device |
| US7281318B2 (en) | 2004-05-19 | 2007-10-16 | The Boeing Company | Method of manufacturing a composite structural member having an integrated electrical circuit |
-
1997
- 1997-03-24 JP JP9070213A patent/JP2892632B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6955741B2 (en) | 2001-08-08 | 2005-10-18 | Asm Japan K.K. | Semiconductor-processing reaction chamber |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10271852A (ja) | 1998-10-09 |
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