JPS62144579A - 歪回転リング - Google Patents

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） 本発明は、モータやポンプ等に備える回転機構に代えで
使用され、圧電現染により部分的に歪み且つこの歪みが
連続的に移動して見掛は上回転する歪回転リングに関す
る。

（従来の技術） 一般に、被駆動体の駆動用モータには、その作動原理上
、中芯に駆動軸を有する回転子と共に、これを回転させ
るための界磁や電機子等が備えられている。また、流体
供給用ポンプでは、使用時にその駆動軸が上記の如きモ
ータに連結されて駆ωＪされる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の如き駆動用モータでは、界磁や電
機子等を要する必要上、その分だけ大型。

用量化するという憾みがある。また、流体供給用ポンプ
を備える流体回路では、別途（こポンプ駆動用モータを
要して高価格になるという欠点がある。

しかも、冷凍装量に（１＾える圧縮機Ｃは、その冷媒吐
出方向が予め決定されているため、これを冷暖房機に搭
載する場合に（ま、冷媒循環回路に四路切換弁を要して
、回路の複雑化、装置の高ｌ１１５格を招くという欠点
もある。しかち、１言動面、運動部の存在により制作り
応答性および省エネルギー性が低下するとともに、共振
動が生じ、また潤滑を要するという欠点がある。

〈発明の目的） そこぐ、本発明者はモータやポンプの有する上記の如き
欠点を解消すべく、その回転機構に代る筒中な構成のも
のを種々検討し、その結果、バイモルフ（ｂｉｍｏｒｐ
ｈ　）等の圧？ｆｉ素子に着目して、本発明を完成する
に至ったものである。すなわら、バイモルフ等の圧電素
子は、２枚の圧電板を相互に巾ね合せてなり、電圧の印
加により一方の圧電板が伸張し他方の圧電板が収縮して
全体が湾曲歪みするものであり、このバイモルフ等の圧
電素子を可撓性のあるもので構成してリング状に形成し
、こ礼を楕円状に湾曲歪みさせ、この楕円状歪みを回転
させれば、この歪回転リングでもってモータやポンプの
回転機溝の主要部を構成できることを見出し、このこと
により、本発明の目的は、上記の如き歪回転リングを促
供すること（こより、モータの界磁や電機子等を不要に
して小型、軽量化を図るとともに、ポンプ自体に駆動源
を内蔵して、ポンプ使用時にはその駆動用モータの追設
を不要にし、また圧縮機等を正逆回転可能として冷暖房
機における四路切換弁の付設を不要にすることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、第１
図および第３図に示すように、可撓性のあるバイモルフ
等の圧電素子（２）をリング状に形成して回転リング本
体（１）を形成する。そして、該回転リング本体（１）
の中心（Ｏ）を挟んで対峙する３つ以上の部位に設けら
れ、各月の各部位の内外に１組の電極（３Ａ′　）、（
３ｓ、３ｅ’）、３Ｂ′）、（３Ｃ、３Ｃ′　　）をそ
れぞれ配置して、該各電極（３Ａ′　）、（３Ｂ、３８
’　　＞、３Ｂ′）、（３Ｃ、３Ｃ′　）への通電によ
り該各部位を外方に歪ませる歪生成手段（５Ａ）、（５
Ｂ）、（５Ｃ）を設ける。さらに、該名工生成手段（５
△）、（５Ｂ）、（５Ｃ）に対して電極（３Ａ。

３Ａ′　）、（３ｅ　、３Ｂ’　）、３Ｂ′）、（３Ｃ
、３Ｃ′）の上記回転リング本体（１）の周方向の位置
の順に配電する歪回転手段（６）とを設ける構成とした
ものである。

（ｆ￥′用） 以上の構成により、本発明では、歪回転手段により各歪
生成手段（５＾＞、（５ｓ）、（５ｃ）の電極（３Ａ′
　　）、（３ｓ、３ｓ’　　）、３Ｂ′）、（３Ｃ、３
Ｃ′　　）に順次配電されて、回転リング本体（１）の
中心（Ｏ）を挾んで対峙する部位が各々同時に外方に湾
曲歪みするとともに、これに１１′い該各部位を通る直
線に直交する直線上の部位が各々内方に歪んで、回転リ
ング本体（１）が楕円状に歪変形し、この歪変形が経時
的に周方向に移動しながら繰返されて、回転リング本体
（１〉が見掛は上回転することになる。このことにより
、この歪回転リングをモータやポンプの回転１３−’Ａ
　ｈ’ｔの主要部として利用できるので、界磁や電機子
等が不要になって、モータの小型、軽量化が図られると
ともに、ポンプ自体に駆動源が内蔵されてポンプ駆動用
モータの付設が不要になる。しかも、圧縮機の回転機構
に適用した場合には、各歪生成手段への配電順序を逆に
すれば冷媒吐出方向が逆になるので、冷暖房機に搭載し
た場合の四路切換弁を不要にぐきる。また、モータの回
転機構に適用した場合には、回転リング本体の湾曲歪み
輸が微量ひあるのぐ、その回転数９回転角度の精度が高
くなり、ステッピングモータとして利用できることにな
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明に係る歪回転リング（Ｒ）の要部構成を
示す。同図において、く１）はリング状に形成された回
転リング本体であって、該回転リング本体（１）は第゛
２図に拡大詳示するように、セラミック圧電材料の微細
な粒子をフッ素系九分子中に分散させた面内異方性のな
い２枚の可［尭性高分子複合動圧電板（２ａ＞、（２ａ
＞を相互に接着して重ね合せたバイモルフ等の圧電素子
（２）より成り、該バイモルフ圧電素子（２）の各圧電
板（２ａ　＞、　　（２ａ　）は、その分極方向が各々
同図に矢印で示す如く接合面とは反対方向に向いていて
、内側の圧電板２ａに直流電源（Ｚ）の＋側を、外側の
圧電板（２ａ）にその−側を各々接続した場合には、外
側の圧電板（２ａ）が伸張し内側の圧電板（２ａ）が収
縮して、同図のバイモルフｒｆ　７ｆ、素子（２）の全
体が外側（図中下側）に湾曲歪みする性質を有する。

そして、第１図において回転リング本体（１）の周りに
は、該回転リング本体（１）を径方向の内外から挾んで
対峙する６対の′Ｆｉ極（３Ａ）。

（３Ａ′　　＞、（３［３）、（３ｅ’　　）、（３Ｃ
）。

（３ｃ’）が配置されていて、電極（３八）と電極（３
Ａ′　　）とは回転リング本体１の中心（Ｏ）を挾んで
対峙する部位に設けられるとともに、電極（３Ｂ）と電
極（３ｅ’）および電極（３Ｃ）と電極（３ｃ’）とは
各々上記と同様に回転リング本体（１）の中心（Ｏ）を
挾んで対峙する部（ひに設けられている。而して、上記
各電極（３△）〜（３ｃ、’）は、第３図に示ず如く、
外側の電極が各々一端子（△−〉〜（Ｃ−）を介しで直
流電源〈４）の二側に、内側の電極が各々士端子（Δ＋
）〜（Ｃ＋）を介しｒ、直流電源（４）の−）側に各々
接続されていて、（電極（３ａ−３Ｂ’）、（３ｃｍ３
ｃ’）の配線については省略した。）、対峙する電極（
３Ａ−３Ａ′　　）、（３ｓ　−３８’　　）、＜３ｃ
ｍ３ｃ’　）にそれぞれ直流電源（４）の電圧を印加し
て通電することにより、回転リング本体（１）の通電さ
れた１組の電極（３Ａ　−３Ａ′）、（３ｓ−３Ｂ’　
）又は（３ｃｍ３ｃ’　）（第３図では電極＜３Ａ−３
Ａ′　　））の位置する部位を同図に仮想線で示す如く
各々外方に歪変形させるようにした３つの歪生成手段（
５Ａ　）　。

（５ｓ＞、（５ｃ）が構成されている。

また、上記各電極（３Ａ）〜（３ｃ’）と直流電源（４
）との間には、各電極（３八）〜（３ｃ′　）への配電
順序へ制御する全回転手段としての制御回路（６）が介
設されている。該制御回路（６）は、第４図に示す如く
、直流電源〈４）から１組の対峙する電極＜３Ａ−３Ａ
′　　＞の一端子（Ａ−）、（Ａ−’　　）および十端
子（Ａ＋）。

（△十′）への給電線に介設された１対の第１接点（７
Ａ）と、直流電源（４）から他の１組の対峙する電極（
３ｅ−３ｅ’）の一端子（Ｂ−）。

（Ｂ−’　）および−←端子（８＋）、（Ｂ＋’　）へ
の給電線に／ｌ−設された１対の第２接点く７Ｂ）と、
同様に直流電源（４）から残りの１組の対峙する？１ｔ
Ｉ　（３ｃ　−３ｃ　’　）の一端Ｆ（Ｃ−）、（Ｃ−
′　）および十端子（Ｃ＋）、（Ｃ−１−’　　）への
給電線に介設された１対の第３接点（７ｃ）とを有し、
該各接点（７Ａ）〜（７ｃ）のりｎ閉タイミングは第５
図に示す如く第１→第２→第３の順に設定されていて、
該各接点（７Ａ）〜（７ｃ）の開閉作動により上記３つ
の歪生成手段（５Ａ）〜（５ｃ）への配電を電１（３Ａ
）→（３８）→（３ｃ）（又　【ま　ＲＮ　　（３Ａ　
　’　　　）　　　−＜３ｅ　　’　　　）　　　→　
　（３ｃ’））の順、つまり電極の回転リング本体（１
）の周方向の位置の順に行うように構成されている。

したがって、上記実施例においては、制御回路（６）に
より３つの歪生成手段（５Ａ）〜（５ｃ）への配電順序
が制御されて、１組の対峙する電極への通電順序が電極
（３八−３Ａ′）→（３Ｂ−３Ｂ′）→（３ｃｍ３ｃ’
　　）の順序になるので、回転リング本体（１）は１３
図に仮想線で示す如く、先ず電極（３Ａ−３Ａ′　　）
の位置する部位が外方に湾曲歪みするとともに、この歪
みにより該各部位を通る直線９１と直交する直ｒｉ！９
２上の部位Ｐ、Ｐ’　が内側に収、縮して、回転リング
本体（１）が上記直線９１を長軸線とする楕円形状に歪
み弯形したのち、この楕円形状が第６図の（ａ　）から
順次同図（１＋）、（ｃ＞に示す如く回転して、回転リ
ング本体（１）が児１１）け上回転づることになる。

次に、上記の如き正回転リング（Ｒ）を冷凍装置の小型
圧縮機に利用した適用例を第７図に示す。

同図の圧縮ｆｉｌ　（１０）において、ケーシング（１
１）内の断面円形状の内部空間（１２）には歪回転リン
グ（Ｒ）が配置されていて、該正回転リング（Ｒ）の楕
円状歪みと、内部空間（１２）に出：ｑするブレード〈
１３）とにより、内部空間（１２）内を吸入室〈１４）
と圧縮’４　（１５）とに仕切り、上記正回転リング（
Ｒ）の楕円゛状歪みの時計方向への回転により、吸入ボ
ート（１Ｇ）からの冷媒を吸入室（１４）に吸入したの
ち圧縮室（１５）でＶｉ縮して吐出ボート（１７）から
吐出するようになされている。したがって、この小型圧
縮１ｍ　（１０）では、その回転機構に正回転リング（
Ｒ）を利用して駆８源を内蔵しているので、冷凍装置に
搭載する場合にも圧縮機駆動用モータの付設を不要にで
き、低髄格化を図ることができる。

しかも、正回転リング（Ｒ）の楕円状歪みの回転方向を
制御回路（６）　ｔ’変えて反時計方向にした場合には
、冷媒の吸入および吐出方向が逆転するので、冷暖房機
への搭載時には第９図に示す如く、圧縮１幾（１０）と
、空調負荷側熱交換器（１８）と、熱源側熱交換器（１
つ）と、膨張機構（２０）とく゛冷、・・’　１１１カ
サイクル可１１とな冷媒循環回路（２１）を形成するこ
とがＣき、第′１０図に示す従来の冷媒循環回路（ｈ）
の如く、吐出方向一定な圧縮（幾（ｉ　）に対して四路
切換弁（ｊ　）を設ける必要がない。

しかも、摺動面や運動部が減少するので、制律■応答性
が向上するとともに、共振動が低減され、またこの共振
動の低減に伴いエネルギー消費が少なくなって省エネル
ギー化を図ることかできるとともに、寿命の延長化およ
び潤滑の不要化が可能になる。

今、上記小型圧縮機（１０＞の能力の具体例を挙げるに
、正回転リング（Ｒ）の楕円状歪みによる変位量をＱ、
１ｍ、ｚｍ、正回転リングＲの横幅を５ｍ、’ｍ、その
平均周長を１０ｍ、／ｍとすると、歪み周波数が１ＫＨ
２の場合には４００　ｋｃａ　ｌ　、、’　ｈｒの能力
（ポンプでは３００ｃｃ／ｍｉｎに相当する能力）とな
る。

また、第８図は正回転リング（Ｒ）を小型モータに利用
した適用例を示す。同図の小型モータ（２４）において
、正回転リング（Ｒ）の外周面には５改の歯（８ａ　）
、　　（８ａ　）・・・が形成されているとともに、該
■回転リング（Ｒ）の外方には、正回転リング（Ｒ）の
歯（８ａ）と噛合する多数の歯（２５ａ　＞、（２５ａ
　＞・・・が内周面に形成された同軸上の外輪（２５）
が配置されていて、正回転リング（Ｒ）の楕円状歪みの
図中時計方向への回転により、外輪（２５）を正回転リ
ング（Ｒ）との歯数差分だけ図中反時計方向に回転させ
て、この外輪（２５）を墾動軸として被駆動体を駆動す
るようになされている。したかって、モータの回転機構
に歪み回転リングＲを利用して、界磁や電機子等を不要
にでき、小型軽量化を効果的に図ることができる。

そして、このように正回転リング（Ｒ）を小型モータ（
２４）に利用した場合には、そのｆＮ円状歪みの変位量
が微量ひあるのに伴い、回転数２回転角度の制御精度は
顕著に高くなる。例えば、正回転リング（Ｒ）の外径を
５ａｍ、’ｍφとし、その楕円状歪みの変位量をＱ　、
　　ｌ　ｍ　、−’ｍとしたとき、正回転リング（Ｒ）
と外輪（２５）との平均径４、つまり楕円状歪み１回転
当りの外輪（２５）の移動桁は０１１ｍ７ｍであり、歪
み周波数を１Ｋ）ＩＺ　７’ＳＱＣに設定すると、外輪
（２５）の回転数は１２　Ｏｒｐｍとなる。この場合、
楕円状歪み１Ｈｚ当りの外輪（２５）の回転角は０．７
２°になるので、回転数１回転角度の制（Ｉｌ精度が高
くなる。

よって、この小型モータをロボットのアームや電動膨張
弁又はパーソナルコンピュータのフロッピーディスクユ
ニット等に使用でるステッピングモータとして使用する
ことができる。

尚、上記実施例では、歪み回転リング（Ｒ）の歪生成手
段（５Ａ）〜（５ｃ）を３つ設けたが、その個数は３つ
に限らず、楕円状歪みを回転させるためには３つ以上で
あればよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、可撓性のあるバ
イモルフ等の圧？８素子よりなる回転リング本体を楕円
状に歪変形さけ、この楕円状歪みを回転させて見掛は上
回転する正回転リングを１２供したので、モータの界磁
や電１幾子等を不要にして小型軽量化を図ることができ
るとともに、ポンプ使用の際にはポンプ駆動用モータを
不要にでき、低価格化を図ることができる。しかし、正
逆転可能な圧縮機を製作でき、冷暖房機における四路切
換ブ↑の不要化、冷媒回路の簡素化を図ることができる
など、種々の二次効果を奏し１する。また、正回転リン
グの回転数１回転速喰の制御精度が高いので、コイルレ
スで且つ高信頼性を備えたステッピングモータを製作で
きる。さらに、摺動面、運動部が減少により、制御応答
性、省エネルギー性、静粛性の向上を図ることができる
とともに、潤滑の不要化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の実施例を示し、第１図は
正回転リングの要部構成図、第２図はバイモルフ圧電素
子の構造図、第３図は歪生成手段の七味に対する直流電
源の接続状況を示づ図、第４図は制御回路の内部構成を
示す電気回路図、第５図は制御回路の各接点の開閉順序
を示すタイムヂト一ト図、第６図（ａ　）〜（Ｃ）は楕
円状歪みの回転の様子を示す説明図であるっ第７図およ
び第８図はそれぞれ小型圧縮機および小型モータに適用
したｊ場合の要部構成図、第９図は第７図の小型圧縮機
を冷暖房機に搭載した場合の冷媒循環系統図、第１０図
は従来の冷暖房機の冷媒循環系統図である。 （Ｒ）・・・正回転リング、（１）・・・回転リンク本
体、（２〉・・・バイモルフ圧電素子、（２ａ）・・・
圧電板、（３Ａ　′　）、＜３ｅ、３Ｂ’）、３Ｂ′）
、（３Ｃ、３Ｃ′　　）・・・電極、（４）・・・直流
電源、（５Ａ）〜（５ｃ）・・・歪生成手段、（６〉・
・・制御回路、（７Ａ）・・・第１接点、（７Ｂ）・・
・第２接点、（７ｃ）・・・第３接点、（１０）−・・
圧縮機、（２４）・・・小型モータ。 特許出願人　　　ダイキンエ桑株式会社つ□ 代　　理　　人　　　　　弁理上　　的　　１）　　弘
＾（−− 第４図 ？；５’？！ 第３慰　尉 第３図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）可撓性のあるバイモルフ等の圧電素子（２）をリ
   ング状に形成してなる回転リング本体（１）と、該回転
   リング本体（１）の中心（Ｏ）を挾んで対峙する３つ以
   上の部位に設けられ、各対の各部位の内外に１組の電極
   （３＿Ａ、３＿Ａ′）、（３＿Ｂ、３＿Ｂ′）、（３＿
   Ｃ、３＿Ｃ′）をそれぞれ有し、該各電極（３＿Ａ、３
   ＿Ａ′）、（３＿Ｂ、３＿Ｂ′）、（３＿Ｃ、３＿Ｃ′
   ）への通電により該各部位を外方に歪ませる歪生成手段
   （５Ａ）、（５Ｂ）、（５Ｃ）と、該各歪生成手段（５
   Ａ）、（５Ｂ）、（５Ｃ）に対して電極（３＿Ａ、３＿
   Ａ′）、（３＿Ｂ、３＿Ｂ′）、（３＿Ｃ、３＿Ｃ′）
   の上記回転リング本体（１）の周方向の位置の順に配電
   する歪回転手段（６）とを備えたことを特徴とする歪回
   転リング。