JPH0538166A

JPH0538166A - エネルギー変換装置

Info

Publication number: JPH0538166A
Application number: JP3187781A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Nakagawa; 川勝己中; Koji Nishida; 田宏二西; Yasuo Kuwabara; 原保雄桑
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1993-02-12

Abstract

(57)【要約】【目的】高効率のエネルギー変換装置を提供すること。【構成】振動子（２，３）の作動によつて発生する音波
に伴う媒質（６）によつて形成された音場からの放射圧
によつて可動体（５）を可動させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー変換装置に
関するもので、音波を駆動原として作動するアクチユエ
ータとして利用される。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種のエネルギー変換装置とし
ては、特開平２−４１６７７号公報に示されるものが知
られている。これは、振動子と弾性体よりなるステータ
と、ステータ上に配設されステータに当接する摩擦材と
弾性体よりなるロータと、ステータに向かつてロータを
押さえつけるバネ手段とを有し、振動子の駆動によるス
テータの進行波の発生によつて、ステータの弾性体表面
の任意の点に楕円軌跡の運動を起こし、その運動による
ステータとロータとの間の摩擦力でロータをステータに
発生する進行波と反対方向に可動させるものであつた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したエネ
ルギー変換装置であると、ロータはステータとの間の摩
擦力によつて可動するつまり摩擦力によつてステータの
振動をロータの可動として変換するため、摩擦力による
発熱を伴い、エネルギー変換装置としては変換効率の悪
いものであつた。

【０００５】故に本発明は、高効率のエネルギー変換装
置を提供することを、その技術的課題とするものであ
る。

【０００６】

【発明の構成】

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために本発明において講じた技術的手段は、固定体
と、該固定体に支持された音波を発生する振動体と、前
記固定体内に配され前記振動体から発生した音波によつ
て前記固定体内に音場を形成する媒質と、前記固定体内
の前記振動体から発生した音波の進行上に配され前記媒
質によつて形成された音場からの前記振動体による音波
の進行に伴う放射圧によつて可動する可動体とを有した
ことである。

【０００８】

【作用】上記技術的手段は次のように作用する。可動体
は、振動体の駆動によつて発生する音波に伴う音場から
の放射圧によつて可動する。これにより、振動体の振動
を可動体の可動として変換する際のロスが少なくなり、
高効率のエネルギー変換装置として構成され得る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１０】図１及び図２は、エネルギー変換装置７の
第１実施例で、振動子２，３の振動をロータ５の回転運
動へと変換して利用されるアクチユエータである。

【００１１】図１及び図２に示されるように、ハウジン
グ１は、円筒状を呈する側壁１ａと、側壁１ａに密着固
定され側壁１ａの上及び下部を閉塞する上蓋１ｂ及び下
蓋１ｃとから構成されている。側壁１ａには複数個の窓
１ｄが形成されており、この窓１ｄには正転用の振動子
２及び逆転用の振動子３がゴムブツシユ４を介してシー
ルされた状態で振動可能に支持されている。ハウジング
１内にはロータ５が上蓋１ｂ及び下蓋１ｃに回転自在に
支持されて配設されている。このロータ５には複数個の
羽根５ａが放射状に形成されており、この羽根５ａは振
動子３，４の振動によつて発生する音波の進行方向上に
位置している。又、ハウジング１内には液体６が充填さ
れている。このように構成されたエネルギー変換装置７
はハウジング内１に充填された液体６と同一の液体中で
使用される。この場合、エネルギー変換装置７はシール
ケース８内に収納され、このシールケース８により振動
子２，３を挟んで液体６と対向する部分に空気室９を形
成している。この空気室９は、振動子３の振動により発
生する音波をハウジング１内に充填された液体６に効果
的に伝播するためのものである。尚、シールケース８は
エネルギー変換装置７を液体中で使用する時のみ必要と
し、大気中で使用する場合には特に設ける必要がない。
この場合、ハウジング１は液体６を完全に封じ込めるた
めに厳密なシール構造を必要とする。

【００１２】次に作動について説明する。

【００１３】振動子２を作動させ音波を発生させると、
その音波によつて液体６がハウジング１内に音場を形成
する。これにより、音波の進行上にあるロータ５の羽根
５ａは音波の進行に伴う音場からの放射圧を受ける。
又、羽根５ａを通過又はそれた音波はハウジング１の側
壁１ａによつて反射し、前述とは異なる羽根５ａと向か
い、この羽根５ａは反射した音波の進行に伴う音場から
の放射圧を受ける。この結果、ロータ５は放射圧の力に
よつて図１示半時計方向に回転する。又、振動子３を作
動させ音波を発生されることにより、ロータ５は前述と
は逆に図１示時計方向に回転する。尚、放射圧とは、音
波による面又は媒質間の界面に作用する平均的な音圧の
ことで、振動子２，３から発生する音波の進行方向及び
反射，透過及び屈曲後の進行方向に発生する。この放射
圧による力Ｆは、音波のエネルギー密度Ｅ，面積Ｓ及び
反射率Ｒに関係し、

【００１４】

【数１】

【００１５】で表される。又、反射率Ｒは、ハウジング
１及び液体６の音響インピーダンスＺ₁，Ｚ₂に関係
し、

【００１６】

【数２】

【００１７】で表される。つまり、ハウジング及び液体
６の材料を効果的な音響インピーダンスを持つものとす
ることにより、効率良く放射圧による力を得ることがで
きる。

【００１８】本実施例においては、ハウジング１の材料
としてステンレス綱を、液体６の材料として水を使用し
ている（この場合、反射率は約９０％である）。その
他、ハウジング１の材料としてはアルミが、液体６の材
料としてはアルコールや灯油が効率良く放射圧による力
を得ることができるものである。尚、本実施例におい
て、振動子２，３はＰＺＴ（チタン酸−ジルコン酸−
鉛）製で、厚さ０．８ｍｍ，縦共振周波数２．４ＭＨｚ
の、圧電振動子を使用している。

【００１９】このように、振動子２，３の振動を音場か
らの放射圧によつてロータ５の回転へと変換している。
このため、従来の如く変換として摩擦力を必要とせず、
発熱等によるロスが少ない。これにより、高効率のエネ
ルギー変換装置７とすることができる。又、従来装置で
は、振動子の固定が性能の面で大きなウエイトを占めて
おり、精密な接着を必要としたが、本願発明では、振動
子２，３のハウジング１への支持に関して精密な接着を
必要とせず、組付け作業性が大幅に向上すると共に性能
安定性及び信頼性の面で大幅な向上を計ることができ
る。更に、従来装置では困難であつた液体中での使用が
可能となり、利用範囲が大幅に向上すると共にエネルギ
ー変換装置７の冷却効果の大幅な向上も期待できる。そ
の上、放射圧はその原理から振動子２，３から発生する
音波の反射，透過及び屈曲後の進行方向に発生するた
め、ロータ５の配置等において設計自由度を大幅に向上
させることができる。

【００２０】図３及び図４は、第１実施例の変形例を示
し、ロータ５の羽根５ａを回転方向に対して４５度傾け
たものである。これにより、ハウジング１の上蓋１ｂ及
び下蓋１ｄによつても羽根５ａより通過又はそれた音波
を羽根５ａに反射させることができ、第１実施例に対し
て、より効率を上げることができる。又、図５は、第２
実施例を示し、ロータ５の変わりにピストン１０を配置
し、振動子２の振動によつて発生する音波をピストン１
０の直進運動として変換するアクチユエータである。そ
の作動は振動子２の振動によつて発生する音波の進行方
向に発生する放射圧のみ（通過又はそれた音波の進行方
向に発生する放射圧は利用しない）を利用したもであ
り、この場合、ピストン１０は音波の進行方向と同一方
向のみに運動する。図６は第２実施例の変形例を示し、
ピストン１０の先に傾斜面を持つコーン１１を付け、通
過又はそれた音波の進行方向に発生する放射圧も利用す
るようにしたものである。この場合、ピストン１０の直
進運動は振動子２の振動によつて発生する音波の進行方
向とは別の方向に運動させることができる。尚、これら
の例においても第１実施例と同様な効果を上げることが
できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、固定体と、該固定体に支持さ
れた音波を発生する振動体と、前記固定体内に配され前
記振動体から発生した音波によつて前記固定体内に音場
を形成する媒質と、前記固定体内の前記振動体から発生
した音波の進行上に配され前記媒質によつて形成された
音場からの前記振動体による音波の進行に伴う放射圧に
よつて可動する可動体とを有してエネルギー変換装置を
構成したので、以下の如く効果を有する。

【００２２】振動体の振動を可動体の可動として変換す
る際のロスを少なくすることができ、高効率のエネルギ
ー変換装置とすることができる。

【００２３】振動体の支持に関して精密な接着を必要と
せず、組付け作業性が大幅に向上すると共に性能安定性
及び信頼性の面で大幅な向上を計ることができる。

【００２４】液体中での使用が可能となり、利用範囲が
大幅に向上すると共にエネルギー変換装置の冷却効果の
大幅な向上も期待できる。

【００２５】可動体の配置等において設計自由度を大幅
に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエネルギー変換装置の第１実施例
を示す平面図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】第１実施例の変形例を示す図１に相当する平面
図である。

【図４】図３の側面図である。

【図５】本発明に係るエネルギー変換装置の第２実施例
を示す平面図である。

【図６】第２実施例の変形例を示す図５に相当する平面
図である。

【符号の説明】

１ハウジング（固定体）５ロータ（可動体）６液体（媒質）２，３振動子（振動体）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年１１月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】振動子２を作動させ音波を発生させると、
その音波によつて液体６がハウジング１内に音場を形成
する。これにより、音波の進行上にあるロータ５の羽根
５ａは音波の進行に伴う音場からの放射圧を受ける。
又、羽根５ａを通過又はそれた音波はハウジング１の側
壁１ａによつて反射し、前述とは異なる羽根５ａと向か
い、この羽根５ａは反射した音波の進行に伴う音場から
の放射圧を受ける。この結果、ロータ５は放射圧の力に
よつて図１示半時計方向に回転する。又、振動子３を作
動させ音波を発生されることにより、ロータ５は前述と
は逆に図１示時計方向に回転する。尚、放射圧とは、音
波が物体面に当たって吸収又は反射されるときに物体面
に及ぼす圧力のことであり、ランジュバンの放射圧とも
呼ばれ、振動子２，３から発生する音波の進行方向及び
反射，透過，吸収及び屈曲後の進行方向に発生する。こ
の放射圧による力Ｆは、音波のエネルギー密度Ｅ，面積
Ｓ及び反射率Ｒに関係し、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定体と、該固定体に支持された音波を
発生する振動体と、前記固定体内に配され前記振動体か
ら発生した音波によつて前記固定体内に音場を形成する
媒質と、前記固定体内の前記振動体から発生した音波の
進行上に配され前記媒質によつて形成された音場からの
前記振動体による音波の進行に伴う放射圧によつて可動
する可動体とを有するエネルギー変換装置。
【請求項２】前記振動体を超音波振動子とした請求項
１記載のエネルギー変換装置。