JPH07111785A - ワイヤレスアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明のワイヤレスアクチュエータは、外部
からの電源供給を必要としないようにしている。 【構成】 密閉容器４の一面は圧電素子（ＰＺＴ）５に
より構成されている。圧電素子５の内外両面には電極
６，７が形成されている。また、密閉容器４の内部に
は、熱膨脹・収縮性物質として例えばフロン８と、光・
熱変換素子としてのグラスファイバ９とが封入され、集
光レンズ１１と密閉容器４内のグラスファイバ９とは光
導入手段としての光ファイバ１２により接続されてい
る。これらにより圧電素子歪手段１４が構成されてい
る。そして、圧電素子５の出力は降圧用の変圧器１６を
介してアクチュエータ本体であるカメラ２の電気回路が
接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータ本体を
電源線無しで作動させるワイヤレスアクチュエータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、人が作業しにくい部分、例え
ば配管の内部とか、機器内部の複雑な微小箇所におい
て、検査あるいは掃除等を行なうことがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した配
管の内部とか、機器内部の複雑な微小箇所においては、
電源が取れないような状況もあり得る。この場合、電源
供給ができなくてこれら検査動作あるいは掃除動作がで
きないことがあった。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、外部からの電源供給を必要としない
ワイヤレスアクチュエータを提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のワイヤレスアク
チュエータは、歪により電圧が発生する両面に電極が施
された圧電素子と、この圧電素子を歪ませる圧電素子歪
手段と、この圧電素子歪手段にて圧電素子を歪ませるこ
とにより発生する電流あるいは電圧に基づいて動作する
アクチュエータ本体とを含んで構成される（請求項１の
発明）。

【０００６】この場合、圧電素子歪手段は、圧電素子の
電極の両側に圧力差を生じさせる構成としても良い（請
求項２の発明）。

【０００７】さらに、圧電素子歪手段は、少なくとも一
面が圧電素子で構成され内部に熱膨脹・収縮性物質およ
び光・熱変換素子が封入された密閉容器と、この密閉容
器外部から内部へ光を導入させる光導入手段とを備え、
前記密閉容器内への光の導入を制御することにより、圧
電素子の電極の両側に圧力差を生じさせる構成としても
良い（請求項３の発明）。

【０００８】また、圧電素子歪手段は、内部を圧電素子
により二分され各々の内部に熱膨張・収縮性物質および
光・熱変換素子が封入された密閉容器と、この密閉容器
外部から夫々の内部へ光を導入させる光導入手段とを備
え、夫々の内部への光の導入を交互に制御することによ
り、前記圧電素子の電極の両側に圧力差を生じさせる構
成としても良い（請求項４の発明）。

【０００９】さらにまた、圧電素子歪手段は、圧電素子
の一方の面側と他方の面側とにそれぞれ通風路を形成す
る導風管と、圧電素子の一方の面の風上側部分に設けら
れた風路抵抗部材とを備え、前記導風管内に風を通すこ
とにより圧電素子の電極の両側に圧力差を生じさせる構
成としても良い（請求項５の発明）。

【００１０】

【作用】請求項１の発明においては、圧電素子歪手段で
圧電素子を歪ませることで、この圧電素子に電流あるい
は電圧が発生する。この電流あるいは電圧に基づいてア
クチュエータ本体が動作するから、外部電源を要さずに
アクチュエータ本体を動作させることが可能となる。

【００１１】請求項２の発明においては、圧電素子の電
極の両側に圧力差を生じさせるから、圧電素子を効果的
に歪ませることができて、電流あるいは電圧を有効に発
生させることができる。

【００１２】請求項３の発明においては、密閉容器内へ
の光の導入を制御することで圧電素子の電極の両側に圧
力差を生じさせるから、光の制御によりアクチュエータ
本体の電源を得ることが可能となる。

【００１３】請求項４の発明においては、圧電素子によ
り二分された密閉容器の内部への光の導入を交互に制御
することにより、前記圧電素子の電極の両側に圧力差を
生じさせるから、交流電流を取り出すことが可能とな
る。

【００１４】請求項５の発明においては、導風管内へ風
を通すことで圧電素子の電極の両側に圧力差を生じさせ
るから、送風よりアクチュエータ本体の電源を得ること
が可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例につき図１を参
照しながら説明する。この図１においては、微細な配管
１内の検査をするためのアクチュエータを拡大して示し
ている。アクチュエータ本体であるカメラ２は、カメラ
本体２ａと回路基板２ｂと駆動部２ｃとを有して構成さ
れている。このカメラ２には、制御部３から電源が与え
られるようになっている。

【００１６】この制御部３は、次のように構成されてい
る。すなわち、ケース３ａの内部には、密閉容器４が設
けられており、この密閉容器４の一面は圧電素子（ＰＺ
Ｔ）５により構成されている。この密閉容器４において
圧電素子５以外の壁部は該圧電素子５よりも剛性の高い
材料例えばチタンにより構成されている。前記圧電素子
５の内外両面には電極６，７が形成されている。また、
密閉容器４の内部には、熱膨脹・収縮性物質として例え
ばフロン８と、光・熱変換素子としての吸熱性の高いグ
ラスファイバ９とが封入されている。

【００１７】前記ケース３ａの壁部には透光部材１０ａ
が組み込まれた窓部１０が形成されており、この窓部１
０の内側には集光レンズ１１が取り付けられいる。さら
にこの集光レンズ１１と前記密閉容器４内のグラスファ
イバ９とは光導入手段としての光ファイバ１２により接
続されている。さらに、上記窓部１０への光照射量を制
御する光量制御手段１３が設けられている。しかして、
密閉容器４、フロン８、グラスファイバ９、集光レンズ
１１、光ファイバ１２および光量制御手段１３により圧
電素子歪手段１４が構成されている。

【００１８】さらに、前記圧電素子５の各電極６，７に
接続された接続線１５，１５には降圧用の変圧器１６の
一次側が接続され、二次側には接続線１７，１７を介し
てカメラ２の電気回路が接続されている。

【００１９】さて、上記構成の作用について述べる。
今、配管１の内部に、制御部３とカメラ２とを適宜方法
により挿入し、そして、配管１の内部に光量制御手段１
３により光を強弱変化させながらもしくは断続的に照射
する。この光は集光レンズ１１により集められ、光ファ
イバ１２を通してグラスファイバ９に供給される。この
グラスファイバ９に光が導入されることによって熱が発
生する。この熱により低沸点流体であるフロン８が瞬時
に沸騰し気化する。

【００２０】これにより密閉容器４内の圧力が高まり、
この結果、圧電素子５が外側へ膨らむように歪む。この
ため、圧電効果により圧電素子５の両電極６，７間に電
荷が生じ、変圧器１６に電流が流れる。そして、変圧器
１６により低圧化される。これによってカメラ２に電流
が供給される。この場合、光量は光量制御手段１３によ
り増減されているので、光量の減少により、発生する熱
量が減少し、密閉容器４内は温度低下し、フロン８は液
化状態となり、圧力低下し、圧電素子５が元の状態に復
帰する。そして、光量が増加することにより、上述した
ようにして圧電素子５が再び歪み、電流が発生する。こ
れの繰り返しにより、変圧器１６の二次側には交流電流
が取り出され、この交流電力が、カメラ２に電源として
与えられる。

【００２１】ここで、上記変圧器１６により降圧する理
由について述べると、圧電素子５により発生する電圧
は、電位は高いものの電流は小さい。従って、このまま
ではアクチュエータ本体であるカメラ２を駆動するのに
は十分な電流が取り出せない。この対策として、降圧用
の変圧器１６により低圧化することで電流を多くとれる
ようにしている。この電流は変圧比によって異なり、例
えば変圧比を１００：１とすれば、二次側の電流は一次
側に比して１００倍となる。また、この場合、圧電素子
５からの出力電流は直流の脈流であるが、変圧器１６を
設けたことで交流として取り出せる利点がある。

【００２２】このような本実施例においては、圧電素子
歪手段１４により圧電素子５を歪ませることで、この圧
電素子５に電流あるいは電圧が発生する。この電流ある
いは電圧に基づいてカメラ２が動作するから、外部電源
を要さずに該カメラ２を動作させることができる。この
結果、ワイヤ（電源線）の重量の影響が大きくなる超小
形アクチュエータにとってきわめて有効である。

【００２３】特に、圧電素子５の電極６，７の両側に圧
力差を生じさせるから、該圧電素子５を効果的に歪ませ
ることができて、電流あるいは電圧を有効に発生させる
ことができる。さらに本実施例によれば、密閉容器４内
への光の導入を制御することで圧電素子５の電極６，７
の両側に圧力差を生じさせるから、光の調整により比較
的簡単にカメラ２の電源を得ることができる。また光を
エネルギー源とすることによってエネルギーコストがき
わめて低くなる。

【００２４】図２は、本発明の第２の実施例を示してお
り、次の点が上記第１の実施例と異なる。すなわち、密
閉容器２１の内部を二分するように圧電素子２２を設
け、この圧電素子２２により分けられた一方の密閉室２
１ａおよび他方の密閉室２１ｂに対応して、それぞれフ
ロン８およびグラスファイバ９が封入されていると共
に、それぞれ光ファイバ１２、窓部１０、集光レンズ１
１および光量制御手段１３が設けられている。

【００２５】この実施例においては、光量制御手段１
３，１３による光の強弱変化もしくは断続照射の制御を
逆パターンとして、一方の密閉室２１ａおよび他方の密
閉室２１ｂの内部圧力を交互に高めることにより、圧電
素子５を両側から歪ませるようにしている。この場合、
圧電素子２２から交流電流を取り出すことができる。

【００２６】図３ないし図６は、本発明の第３の実施例
を示し、圧電素子歪手段３１の構成が第１の実施例と異
なる。すなわち、この圧電素子歪手段３１は、風を矢印
Ａで示す方向へ通す導風管３２の内部に、圧電素子３３
を風の流れを二分するように配設している。換言すれ
ば、導風管３２により圧電素子３３の一方の面側と他方
の面側とにそれぞれ通風路を形成するようにしている。
この場合、圧電素子３３の一端部を軸３４により導風管
３２に回動自在に軸支し、また他端部を摺動軸３５によ
り導風管３２の長孔３２ａに矢印Ａ方向およびその反対
方向へ移動自在に支持している。

【００２７】さらにこの圧電素子３３の一方の面である
電極６側の面の風上側部分には、この図３の状態で下側
の通風路を閉鎖する風路抵抗部材３６が取り付けられて
おり、また、他方の面である電極７側の面の風下側部分
には、通気孔３７ａを有する通風可能なスペーサー部材
３７が取り付けられている。

【００２８】この実施例においては、導風管３２に風を
矢印Ａ方向へ示すように供給すると、図３の状態では、
風路抵抗部材３６により風の流れが阻止されることによ
り、圧電素子３３の上側を風が通り、このためこの上側
部分が低圧力状態となり、図５で示すように圧電素子３
３が上側へ湾曲するように歪む。この歪により、圧電素
子３３自身により該圧電素子３３の上側の通風路が閉鎖
される。この結果、今度は、風が圧電素子３３の下側を
通るようになり、この部分の圧力が低くなる。これによ
って、図６で示すように、圧電素子３３が下側へ湾曲す
るように歪む。すると、風は圧電素子３３の上側を通る
ようになり、上側が低圧力状態となって、今度は、圧電
素子３３が下側へ湾曲するように歪む。これの繰り返し
となり、圧電素子３３から交流電流が発生する。

【００２９】この第３の実施例では、導風管３２内へ風
を通すことで圧電素子３３の電極６，７の両側に圧力差
を生じさせるから、送風よりアクチュエータ本体の電源
を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、次の効果を得ることができる。請求項１の発明によ
れば、圧電素子歪手段により圧電素子を歪ませ、これに
より発生する電流あるいは電圧に基づいてアクチュエー
タ本体を動作させるから、外部からの電源供給を必要と
しない。この結果、ワイヤ（電源線）の重量の影響が大
きくなる超小形アクチュエータにとってきわめて有効で
ある。

【００３１】請求項２の発明によれば、圧電素子の電極
の両側に圧力差を生じさせるから、圧電素子を効果的に
歪ませることができて、電流あるいは電圧を有効に発生
させることができる。

【００３２】請求項３の発明によれば、密閉容器内への
光の導入を制御することで圧電素子の電極の両側に圧力
差を生じさせるから、光の制御によりアクチュエータ本
体の電源を得ることができる。そして、光をエネルギー
源とすることによってエネルギーコストをきわめて低く
できる。

【００３３】請求項４の発明によれば、圧電素子により
二分された密閉容器の内部への光の導入を交互に制御す
ることにより、前記圧電素子の電極の両側に圧力差を生
じさせるから、交流電流を取り出すことができる。

【００３４】請求項５の発明によれば、導風管内へ風を
通すことで圧電素子の電極の両側に圧力差を生じさせる
から、送風よりアクチュエータ本体の電源を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す原理的構成図

【図２】本発明の第２の実施例を示す原理的構成図

【図３】本発明の第３の実施例を示す原理的構成図

【図４】図３の矢印Ｘ−Ｘ方向から見た正面図

【図５】作用説明のための原理的構成図

【図６】作用説明のための原理的構成図

【符号の説明】

１は配管、２はカメラ（アクチュエータ本体）、３は制
御部、４は密閉容器、５は圧電素子、６，７は電極、８
はフロン（熱膨脹・収縮性物質）、９はグラスファイバ
（光・熱変換素子）、１２は光ファイバ（光導入手
段）、１３は光量制御手段、１４は圧電素子歪手段、１
６は変圧器、２１は密閉容器、２２は圧電素子、３１は
圧電素子歪手段、３２は導風管、３３は圧電素子、３６
は風路抵抗部材を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歪により電圧が発生する両面に電極が施
   された圧電素子と、この圧電素子を歪ませる圧電素子歪
   手段と、この圧電素子歪手段にて前記圧電素子を歪ませ
   ることにより発生する電流あるいは電圧に基づいて動作
   するアクチュエータ本体とを具備してなることを特徴と
   するワイヤレスアクチュエータ。
2. 【請求項２】 圧電素子歪手段は、圧電素子の電極の両
   側に圧力差を生じさせる構成であることを特徴とする請
   求項１記載のワイヤレスアクチュエータ。
3. 【請求項３】 圧電素子歪手段は、少なくとも一面が圧
   電素子で構成され内部に熱膨脹・収縮性物質および光・
   熱変換素子が封入された密閉容器と、この密閉容器外部
   から内部へ光を導入させる光導入手段とを備え、前記密
   閉容器内への光の導入を制御することにより、圧電素子
   の電極の両側に圧力差を生じさせる構成となっているこ
   とを特徴とする請求項２記載のワイヤレスアクチュエー
   タ。
4. 【請求項４】 圧電素子歪手段は、内部を圧電素子によ
   り二分され各々の内部に熱膨張・収縮性物質および光・
   熱変換素子が封入された密閉容器と、この密閉容器外部
   から夫々の内部へ光を導入させる光導入手段とを備え、
   夫々の内部への光の導入を交互に制御することにより、
   前記圧電素子の電極の両側に圧力差を生じさせる構成と
   なっていることを特徴とする請求項２記載のワイヤレス
   アクチュエータ。
5. 【請求項５】 圧電素子歪手段は、圧電素子の一方の面
   側と他方の面側とにそれぞれ通風路を形成する導風管
   と、圧電素子の一方の面の風上側部分に設けられた風路
   抵抗部材とを備え、前記導風管内に風を通すことにより
   圧電素子の電極の両側に圧力差を生じさせる構成となっ
   ていることを特徴とする請求項２記載のワイヤレスアク
   チュエータ。