JPH0251369A

JPH0251369A - 超音波ソレノイド

Info

Publication number: JPH0251369A
Application number: JP63201316A
Authority: JP
Inventors: Koichi Naito; 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: 1990-02-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JP2525876B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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変換機構には様々なもの
が提供されているが、ごく−船釣なソレノイドでは、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ろようになって
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ら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
ツヤ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望めなかった。

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、
プランジャを自由な位置で精度良く停止させることがで
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、互いに平行に
配置された少なくとも２本以上の脚部及びこれら脚部の
基端を連結する胴部とから横成される振動体と、該振動
体の上記脚部及び上記胴部をそれぞれの艮手力向に加振
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　］上記横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ろ。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ろ。

［実施例］以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図において、１．２は互いに平行な脚部
、３はこれらの脚部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を横成している。こ
の寸法は適宜設計されろが、−例としては、アルミニウ
ムを材質とし、胴部５ｍｍ口Ｘ２６ｍｍＬ、脚部５ｍｍ
口ｘｌｏｍｎ＋Ｌ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とが使用できる。

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か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、図示せぬ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口Ｘ９ｍｍＬ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ＩＯ上下
部取付孔１０ａに嵌合されたリニアベアリング１１に挿
通されてその長平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ｔａｂの中央にはピン穴１２が形成さ
れている。このピン穴１２には下端が尖った形状のピン
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ｌＯｂ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。

次に以上の横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−Ｅ−８ｉｎωｔ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、すなわらＶｂ＝Ｅ−ｓｉｎ（ω
ｔ　−π／　２）なる電圧を印加する。

これによりそれぞれの圧電素子６．７は超音波領域の同
一周波数でその長平方向に振動し、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し
のとすれば、第３図（ａ）　、　（ｂ）に示すように、
第１の脚部ｌの先端には、Ｘ＋＝Ａ−ｓｉｎ（ωｔ＋π／　２）Ｙ、＝Ｂ−ｓｉｎ（ｃｔ＋ｔ＋ｇ）なる振動が生じ、また、第２の脚部２の先端には、Ｘｙ
＝Ａ−ｓｉｎωｔＹ、二Ｂ−８ｉｎ（ωｔ＋π／２）なる振動が生じることになる。

すなわち、各脚部！、２の先端は第４図に示すように楕
円若しくは円（Ａ　＝　Ｈの時）を描きつつ、第１の脚
部ｌ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図ではＡ＝Ｈ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ら第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ろことになり、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＝Ｅ−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の先端とプランツヤ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ｌ　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、また各横成要
素をすべて非磁性材料で製造することらできるので磁界
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で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の加圧手段らピン１３とコイルばね１５に
よらずとら振動体４の自重を用いろことら当然に可能で
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、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
運動を生じさけ、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しのであるから、以ドのような
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４−れば直ちにプランツヤか摩擦力で保持され
、このため停止時の電力消費か無く、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Ｆ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、また各横成要素を非磁
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・旧・
・振動体、６゜７　・圧電素子、９・・・プランジャ。第１凶１ス

Claims

【特許請求の範囲】

　互いに平行に配置された少なくとも２本以上の脚部及
びこれら脚部の基端を連結する胴部とから横成される振
動体と、該振動体の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超
音波ソレノイド。