JPH0549277A - 放射圧を利用したアクチユエータ - Google Patents
放射圧を利用したアクチユエータInfo
- Publication number
- JPH0549277A JPH0549277A JP34503091A JP34503091A JPH0549277A JP H0549277 A JPH0549277 A JP H0549277A JP 34503091 A JP34503091 A JP 34503091A JP 34503091 A JP34503091 A JP 34503091A JP H0549277 A JPH0549277 A JP H0549277A
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- JP
- Japan
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- sound wave
- rotor
- radiation pressure
- movable body
- housing
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- Pending
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】高出力、高効率で生産性にも優れたアクチュエ
ータを得ること。 【構成】媒質6内に音波を発生する振動体2,3と、該
振動体から発生した音波の進行上に配され、音波の進行
に伴う放射圧によって可動する可動体5とを備えた。
ータを得ること。 【構成】媒質6内に音波を発生する振動体2,3と、該
振動体から発生した音波の進行上に配され、音波の進行
に伴う放射圧によって可動する可動体5とを備えた。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、放射圧を利用したアク
チュエータであり、回転運動、直線運動等を行うアクチ
ュエータに利用できる。
チュエータであり、回転運動、直線運動等を行うアクチ
ュエータに利用できる。
【0002】
【従来の技術】従来、電気量を運動量に変換するエネル
ギー変換装置として、電気モータがあるが、必要なトル
クを得るために、大電力が必要であり、省エネルギーに
は向いていない。また、形状も大きく、発熱等の影響も
ある。
ギー変換装置として、電気モータがあるが、必要なトル
クを得るために、大電力が必要であり、省エネルギーに
は向いていない。また、形状も大きく、発熱等の影響も
ある。
【0003】そこで、同じ径に比べて大きなトルクが得
られる超音波モータが開発されている。この超音波モー
タは特開平2−41677号公報等に開示されているよ
うに、振動子と弾性体よりなるステータと、該ステータ
上に配置され、ステータに当接する摩擦材と弾性体から
なるロータと、ロータをステータに向かって押さえつけ
るバネ手段を備えており、振動子に進行波を発生させる
ことにより、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る。
られる超音波モータが開発されている。この超音波モー
タは特開平2−41677号公報等に開示されているよ
うに、振動子と弾性体よりなるステータと、該ステータ
上に配置され、ステータに当接する摩擦材と弾性体から
なるロータと、ロータをステータに向かって押さえつけ
るバネ手段を備えており、振動子に進行波を発生させる
ことにより、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る。
【0004】この超音波モータは上記の電気モータに比
べて形状も小さく、消費エネルギーも少ないといった利
点がある。
べて形状も小さく、消費エネルギーも少ないといった利
点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の超音波
モータは、弾性体表面に発生する振動エネルギーを摩擦
力を介して機械的仕事に変換するため、発熱する、効率
が悪い、高出力化が困難であるという問題点がある。実
際には出力30W程度が限界であり、実用上用途が限定
されてしまい、電気モータに取って代わるまでにはいか
ない。
モータは、弾性体表面に発生する振動エネルギーを摩擦
力を介して機械的仕事に変換するため、発熱する、効率
が悪い、高出力化が困難であるという問題点がある。実
際には出力30W程度が限界であり、実用上用途が限定
されてしまい、電気モータに取って代わるまでにはいか
ない。
【0006】更に数μm程度の振動変位を使うことから
高い加工精度を必要とし、また、振動子の弾性体への固
定手段として、高精度,高信頼性の接着技術を必要とす
るため、生産性も悪いものであった。
高い加工精度を必要とし、また、振動子の弾性体への固
定手段として、高精度,高信頼性の接着技術を必要とす
るため、生産性も悪いものであった。
【0007】そこで、本発明においては、高出力、高効
率で生産性にも優れたアクチュエータを得ることを課題
とする。
率で生産性にも優れたアクチュエータを得ることを課題
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明において用いた手段は、媒質内に音波を発生す
る振動体と、該振動体から発生した音波の進行上に配さ
れ、音波の進行に伴う放射圧によって可動する可動体と
を備えたことである。
に本発明において用いた手段は、媒質内に音波を発生す
る振動体と、該振動体から発生した音波の進行上に配さ
れ、音波の進行に伴う放射圧によって可動する可動体と
を備えたことである。
【0009】
【作用】上記の手段によれば、振動体は媒質内に音波を
発生する。この音波は媒質内を伝播し可動体に当たる。
可動体は音波の進行に伴う放射圧を受ける。このため、
可動体は音波の進行方向に圧を受け、可動する。
発生する。この音波は媒質内を伝播し可動体に当たる。
可動体は音波の進行に伴う放射圧を受ける。このため、
可動体は音波の進行方向に圧を受け、可動する。
【0010】更に、可動体に前記音波の進行方向に対し
て45°傾斜する面を設け、また、可動体の傾斜面によ
り反射した音波を更に反射する反射面を備えることによ
り、振動体により発せられた音波のエネルギーの一部は
傾斜面により吸収され可動体を移動させるとともに、傾
斜面により反射された音波は更に反射面により傾斜面に
向かって反射され、傾斜面にエネルギーを与えるので、
前記振動体から可動体へ向かう方向へ働く力は増加す
る。
て45°傾斜する面を設け、また、可動体の傾斜面によ
り反射した音波を更に反射する反射面を備えることによ
り、振動体により発せられた音波のエネルギーの一部は
傾斜面により吸収され可動体を移動させるとともに、傾
斜面により反射された音波は更に反射面により傾斜面に
向かって反射され、傾斜面にエネルギーを与えるので、
前記振動体から可動体へ向かう方向へ働く力は増加す
る。
【0011】また、更に、可動体を、音波の進行方向上
に羽根を備えるロータから構成し、前記振動体を固定体
上に固定し、この固定体に前記振動体の発する音波の進
行上に音波を反射する側壁を設け、更に、側壁を前記ロ
ータの回転を促進する方向に前記音波を反射するように
向けると、振動体により発せられた音波のエネルギーの
一部は羽根により吸収されロータを回転させるととも
に、羽根を通過又はそれた音波は更に側壁によりロータ
の回転を促進する方向に向かって反射され、ロータを回
転させる方向にエネルギーを与えるので、前記振動体か
ら可動体へ向かう方向へ働く力は増加する。
に羽根を備えるロータから構成し、前記振動体を固定体
上に固定し、この固定体に前記振動体の発する音波の進
行上に音波を反射する側壁を設け、更に、側壁を前記ロ
ータの回転を促進する方向に前記音波を反射するように
向けると、振動体により発せられた音波のエネルギーの
一部は羽根により吸収されロータを回転させるととも
に、羽根を通過又はそれた音波は更に側壁によりロータ
の回転を促進する方向に向かって反射され、ロータを回
転させる方向にエネルギーを与えるので、前記振動体か
ら可動体へ向かう方向へ働く力は増加する。
【0012】また、更に、可動体を、前記音波の進行方
向上に放射圧を受ける部分を有するロータにより構成
し、振動体を、前記ロータを正回転方向に回転させる方
向および前記ロータを逆回転方向に回転させる方向にそ
れぞれ1つ以上設けることにより、振動させる振動体を
選択することにより正方向および逆方向にロータを回転
させることができる。
向上に放射圧を受ける部分を有するロータにより構成
し、振動体を、前記ロータを正回転方向に回転させる方
向および前記ロータを逆回転方向に回転させる方向にそ
れぞれ1つ以上設けることにより、振動させる振動体を
選択することにより正方向および逆方向にロータを回転
させることができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
説明する。
【0014】図1及び図2は、本発明の第1実施例で、
振動体である振動子2,3の振動を可動体であるロータ
5の回転運動へと変換するロータリーアクチュエータ7
である。
振動体である振動子2,3の振動を可動体であるロータ
5の回転運動へと変換するロータリーアクチュエータ7
である。
【0015】図1及び図2に示されるように、固定体で
あるハウジング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がゴムブッシュ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1
c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2,3の振動によって発生する音波
の進行方向上に位置している。又、ハウジング1内には
媒質である液体6が充填されている。このように構成さ
れたロータリーアクチュエータ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、ロータリーアクチュエータ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はロータリーア
クチュエータ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。ロータ
リーアクチュエータ7を液体中で使用する場合にはハウ
ジング1は液体6を封じ込めるためにシール構造を必要
とする。
あるハウジング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がゴムブッシュ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1
c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2,3の振動によって発生する音波
の進行方向上に位置している。又、ハウジング1内には
媒質である液体6が充填されている。このように構成さ
れたロータリーアクチュエータ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、ロータリーアクチュエータ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はロータリーア
クチュエータ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。ロータ
リーアクチュエータ7を液体中で使用する場合にはハウ
ジング1は液体6を封じ込めるためにシール構造を必要
とする。
【0016】次に作動について説明する。
【0017】振動子2を作動させ音波を発生させると、
その音波によって液体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によって反射
し、前述とは異なる羽根5aへと向かい、この羽根5a
は反射した音波による音場からの放射圧を受ける。この
結果、ロータ5は放射圧の力によって図1示半時計方向
に回転する。又、振動子3を作動させると、ロータ5は
前述とは逆に図1示時計方向に回転する。放射圧は振動
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、
その音波によって液体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によって反射
し、前述とは異なる羽根5aへと向かい、この羽根5a
は反射した音波による音場からの放射圧を受ける。この
結果、ロータ5は放射圧の力によって図1示半時計方向
に回転する。又、振動子3を作動させると、ロータ5は
前述とは逆に図1示時計方向に回転する。放射圧は振動
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、
【0018】
【数1】F=SE(1+R) で表される。また、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、
6の音響インピーダンスZ1 ,Z2 に関係し、
【0019】
【数2】R=((Z2 −Z1 )÷(Z2 +Z1 ))2 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。
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。
【0020】本実施例においては、ハウジング1の材料
としてステンレス鋼を、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。
としてステンレス鋼を、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。
【0021】このように、振動子2,3の振動を音場か
らの放射圧によってロータ5の回転へと変換している。
このため、従来の如くエネルギー変換に際して摩擦力を
必要とせず、発熱等によるロスが少ないので、高効率が
よい。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
った液体中での使用が可能となり、利用範囲が大幅に向
上すると共にロータリーアクチュエータ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。
らの放射圧によってロータ5の回転へと変換している。
このため、従来の如くエネルギー変換に際して摩擦力を
必要とせず、発熱等によるロスが少ないので、高効率が
よい。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
った液体中での使用が可能となり、利用範囲が大幅に向
上すると共にロータリーアクチュエータ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。
【0022】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によっても羽根5aより反射した音波を羽根
5aに向けて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の代わりにピストン10を配置
し、振動子2の振動によっ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ュエータである。そ
の作動は振動子2の振動によって発生する音波の進行方
向に発生する放射圧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、反射した音波の進
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。この変形例では、振動子2および3のいずれかの振
動子の選択によりピストン10を往復運動させることが
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。
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によっても羽根5aより反射した音波を羽根
5aに向けて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の代わりにピストン10を配置
し、振動子2の振動によっ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ュエータである。そ
の作動は振動子2の振動によって発生する音波の進行方
向に発生する放射圧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、反射した音波の進
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。この変形例では、振動子2および3のいずれかの振
動子の選択によりピストン10を往復運動させることが
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。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、振動体の振動エネルギ
ーを媒質を介して放射圧として可動体に伝えるため、エ
ネルギー変換効率がよい。
ーを媒質を介して放射圧として可動体に伝えるため、エ
ネルギー変換効率がよい。
【0024】また、可動体に前記音波の進行方向に対し
て45°傾斜する面を設け、また、可動体の傾斜面によ
り反射した音波を更に反射する反射面を備えるようにす
れば、反射された音波も可動体の移動に使用できるた
め、更に高効率になる。
て45°傾斜する面を設け、また、可動体の傾斜面によ
り反射した音波を更に反射する反射面を備えるようにす
れば、反射された音波も可動体の移動に使用できるた
め、更に高効率になる。
【0025】また、更に、可動体を、音波の進行方向上
に羽根を備えるロータから構成し、前記振動体を固定体
上に固定し、この固定体に前記振動体の発する音波の進
行上に音波を反射する側壁を設け、更に、側壁を前記ロ
ータの回転を促進する方向に前記音波を反射するように
向けるように構成すれば、通過した音波もロータの回転
に使用できるため、更に高効率になる。
に羽根を備えるロータから構成し、前記振動体を固定体
上に固定し、この固定体に前記振動体の発する音波の進
行上に音波を反射する側壁を設け、更に、側壁を前記ロ
ータの回転を促進する方向に前記音波を反射するように
向けるように構成すれば、通過した音波もロータの回転
に使用できるため、更に高効率になる。
【0026】また、更に、可動体を、前記音波の進行方
向上に放射圧を受ける部分を有するロータにより構成
し、振動体を、前記ロータを正回転方向に回転させる方
向および前記ロータを逆回転方向に回転させる方向にそ
れぞれ1つ以上設けることにより、正転および逆転可能
なロータリーアクチュエータが得られる。
向上に放射圧を受ける部分を有するロータにより構成
し、振動体を、前記ロータを正回転方向に回転させる方
向および前記ロータを逆回転方向に回転させる方向にそ
れぞれ1つ以上設けることにより、正転および逆転可能
なロータリーアクチュエータが得られる。
【図1】本発明に係るアクチュエータの第1実施例を示
す平面図である。
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。
図である。
【図4】図3の側面図である。
【図5】本発明に係るアクチュエータの第2実施例を示
す平面図である。
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。
図である。
1 ハウジング(固定体) 1a 側壁 1b 上蓋 1c 下蓋 1d 窓 2,3 振動子(振動体) 4 ゴムブッシュ 5 ロータ(可動体) 5a 羽根 6 液体(媒質) 7 ロータリーアクチュエータ 8 シールケース 9 空気室 10 ピストン 11 コーン
Claims (4)
- 【請求項1】 媒質内に音波を発生する振動体と、 該振動体から発生した音波の進行上に配され、音波の進
行に伴う放射圧によって可動する可動体とを備えた放射
圧を利用したアクチュエータ。 - 【請求項2】 前記可動体は、前記音波の進行方向
に対して45°傾斜する面を有し、更に、前記可動体の
傾斜面により反射した音波を更に反射する反射面を備え
ることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。 - 【請求項3】 前記可動体は、前記音波の進行方向
上に羽根を備えるロータからなり、前記振動体は、固定
体に固定されており、該固定体には前記振動体の発する
音波の進行上に音波を反射する側壁が備えられ、該側壁
は音波を前記ロータの回転を促進する方向に前記音波を
反射することを特徴とする請求項1記載のアクチュエー
タ。 - 【請求項4】 前記可動体は、前記音波の進行方向
上に放射圧を受ける部分を有するロータからなり、前記
振動体を、前記ロータを正回転方向に回転させる方向お
よび前記ロータを逆回転方向に回転させる方向にそれぞ
れ1つ以上設けたことを特徴とする請求項1記載のアク
チュエータ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34503091A JPH0549277A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 放射圧を利用したアクチユエータ |
US07/917,964 US5299422A (en) | 1991-07-26 | 1992-07-24 | Energy converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34503091A JPH0549277A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 放射圧を利用したアクチユエータ |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3187781A Division JPH0538166A (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | エネルギー変換装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0549277A true JPH0549277A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=18373812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34503091A Pending JPH0549277A (ja) | 1991-07-26 | 1991-12-26 | 放射圧を利用したアクチユエータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0549277A (ja) |
-
1991
- 1991-12-26 JP JP34503091A patent/JPH0549277A/ja active Pending
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