JP2006334422A - Float body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、浮揚体に関する。 The present invention relates to a floating body.
回転翼を有するロータを回転させて空中に浮揚する浮揚体が例えば玩具（ヘリコプタの玩具）などとして用いられている。 A floating body that floats in the air by rotating a rotor having rotating blades is used as, for example, a toy (helicopter toy).
しかしながら、従来の浮揚体は、内燃機関（エンジン）や電磁モータを駆動源としていることなどから構造が複雑で、小型化が困難であるという問題がある。 However, the conventional levitation body has a problem that the structure is complicated because it uses an internal combustion engine (engine) or an electromagnetic motor as a drive source, and it is difficult to reduce the size.
本発明の目的は、構造が簡単で、小型化に有利な浮揚体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a levitating body that has a simple structure and is advantageous for downsizing.
このような目的は、下記（Ｉ）〜（Ｖ）の本発明により達成される。 Such an object is achieved by the present inventions (I) to (V) below.
（Ｉ） 基板（２１）と、前記基板ら突出形成された中心軸（２２）と、振動体取付部（２３）とを備えた基部（２）と、前記中心軸に対し回転可能に設置され、回転翼（３４）を備えた少なくとも１つのロータ（３）と、前記振動体取付部に設置され、圧電素子を備えた板状の振動体（４）と、前記振動体は、前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記被駆動体に力を繰り返し加えて前記ロータを回転駆動させて浮揚する浮揚体において、前記ロータは、筒状部材（３１）の軸孔（３５）に前記中心軸が挿入した状態で前記基部に設置され、前記中心軸と前記軸孔３５の内面との間には、軸受け（１１）がそれぞれ設けられて回転可能となっていることを特徴とする浮揚体。
(I) A base (2) having a substrate (21), a central axis (22) projecting from the substrate, and a vibrating body attaching portion (23), and a base (2) that is rotatable relative to the central axis. , At least one rotor (3) provided with a rotor blade (34), a plate-like vibrating body (4) provided on the vibrating body mounting portion and including a piezoelectric element, and the vibrating body comprising the piezoelectric element In the levitation body that vibrates by applying an alternating voltage to the driven body and repeatedly applying a force to the driven body to rotationally drive the rotor, the rotor is a shaft of the cylindrical member (31). The center shaft is inserted into the hole (35) and is installed at the base. Between the center shaft and the inner surface of the
（ＩＩ） （Ｉ）において、前記ロータは、ほぼ円筒状をなす筒状部材（３１）と、前記筒状部材の外周にそれぞれ固着された回転翼固定部材（３２）および被駆動体（３３）と、前記回転翼固定部材にそれぞれ固着された回転翼（３４）とで構成されていることを特徴とする浮揚体。 (II) In (I), the rotor includes a cylindrical member (31) having a substantially cylindrical shape, a rotating blade fixing member (32) fixed to the outer periphery of the cylindrical member, and a driven body (33). And a rotor blade (34) fixed to the rotor blade fixing member.
（ＩＩＩ） （Ｉ）または（ＩＩ）において、前記基板は略平板状であり、前記振動体は、前記回転翼と前記基板との間に配置されていることを特徴とする浮揚体。 (III) In (I) or (II), the substrate has a substantially flat plate shape, and the vibrating body is disposed between the rotor blade and the substrate.
（ＩＶ） （ＩＩ）において、前記被駆動体は前記回転翼固定部材の下側に位置しており、前記基板は略平板状であり、前記振動体は、前記回転翼と前記基板との間に配置されていることを特徴とする浮揚体。 (IV) In (II), the driven body is located below the rotary blade fixing member, the substrate is substantially flat, and the vibrating body is between the rotary blade and the substrate. A floating body characterized by being arranged in
（Ｖ） （Ｉ）〜（ＩＶ）のいずれかにおいて、互いに反対方向に回転する２つの前記ロータを有し、前記両ロータは、ほぼ同軸的に設置されており、一方の前記ロータに対する前記振動体および前記被駆動体と、他方の前記ロータに対する前記振動体および前記被駆動体とが別個に設けられていることを特徴とする浮揚体。 (V) In any one of (I) to (IV), the rotor includes two rotors rotating in opposite directions, and the two rotors are installed substantially coaxially, and the vibration with respect to one of the rotors And a driven body, and the vibrating body and the driven body for the other rotor are separately provided.
以上述べたように、本発明によれば、圧電素子を備えた振動体を用いて、回転翼を有するロータを回転駆動することにより、構造が簡単で、小型化・軽量化に有利であり、高性能な浮揚体が得られる。 As described above, according to the present invention, by using a vibrating body provided with a piezoelectric element, a rotor having rotating blades is rotationally driven, and thus the structure is simple, which is advantageous for downsizing and weight reduction. A high performance levitating body is obtained.
以下、本発明の浮揚体を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the floating body of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
＜第１実施形態＞
図１および図２は、それぞれ、本発明の浮揚体の第１実施形態を示す断面側面図および平面図、図３は、図１および図２に示す浮揚体における中心軸付近を拡大して示す断面側面図、図４は、図１および図２に示す浮揚体における振動体の斜視図、図５は、図１および図２に示す浮揚体における振動体が被駆動体を駆動する様子を示す平面図、図６は、図１および図２に示す浮揚体における振動体の凸部が楕円運動する様子を示す平面図である。なお、以下では、図１および図３中の上方を「上」、下方を「下」として説明する。
<First Embodiment>
1 and 2 are a sectional side view and a plan view, respectively, showing a first embodiment of a levitation body of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the central axis in the levitation body shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 4 is a perspective view of a vibrating body in the levitation body shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 5 shows how the oscillating body in the levitation body shown in FIGS. 1 and 2 drives a driven body. FIG. 6 is a plan view showing a state in which the convex portions of the vibrating body in the levitation body shown in FIGS. 1 and 2 are elliptically moved. In the following description, the upper side in FIGS. 1 and 3 will be described as “upper” and the lower side as “lower”.
図１および図２に示す浮揚体１Ａは、基部２と、基部２に対し回転可能に設置され、回転翼３４を備えたロータ３と、ロータ３を回転駆動する振動体４とを有している。以下、各部の構成について説明する。
A
基部２は、ほぼ平板状をなす基板２１と、基板２１から上方に向かって突設（突出形成）された中心軸２２と、振動体取付部２３とを有している。なお、基部２には、地面（床面）に安定的に接地するための接地脚（図示せず）が設けられていてもよい。
The
中心軸２２には、ロータ３が回転可能に設置されている。
図３に示すように、ロータ３は、ほぼ円筒状をなす筒状部材３１と、筒状部材３１の外側（外周）にそれぞれ固着（固定）された回転翼固定部材３２および被駆動体３３と、回転翼固定部材３２にそれぞれ固着された２枚の回転翼３４とで構成されている。
The
As shown in FIG. 3, the
図１および図３に示すように、このロータ３は、筒状部材３１の内腔、すなわち軸孔３５に中心軸２２が挿入した状態で基部２に設置されている。中心軸２２と、軸孔３５の内面との間には、２つの軸受け１１、１１がそれぞれ設けられており、これにより、ロータ３は、基部２に対し中心軸２２（回転中心線３６）を中心として滑らかに回転可能になっている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
軸受け１１は、滑り軸受けで構成されているが、転がり軸受け（ベアリング）であってもよい。
中心軸２２の上端部からはネジ穴２２１が形成されており、このネジ穴２２１にボルト２２２が螺合している。このボルト２２２により、ロータ３が中心軸２２から離脱しないようになっている。
The
A
回転翼固定部材３２は、ほぼ円筒状に形成された筒状部３２１と、筒状部３２１の上端部からロータ３の回転中心線３６とほぼ垂直な方向に突出形成された２つの固定部３２２とで構成されている。回転翼固定部材３２は、筒状部３２１の内側に筒状部材３１が挿入した状態で、例えば圧入により、筒状部材３１に固着されている。
The rotary
２つの固定部３２２は、図２に示す平面視で互いに反対方向に突出している。２つの固定部３２２の上面には、それぞれ、回転翼３４の基端部（根元部）が固着されている。
The two
２枚の回転翼３４は、図２に示す平面視で回転中心線３６から互いに反対側に延びるように設けられている。すなわち、２枚の回転翼３４は、ほぼ１８０°間隔で設けられている。また、図１に示すように、回転翼３４は、回転中心線３６に対しほぼ垂直な姿勢で設置されている。
The two
ロータ３が後述する振動体４の駆動により図２中の時計回りに回転すると、回転翼３４には、揚力（回転中心線３６にほぼ平行で上向きの力）が作用する。
When the
なお、ロータ３に設けられた回転翼３４の枚数は、２枚に限らず、３枚以上設けられていてもよい。
Note that the number of
筒状部材３１の下端部外周には、被駆動体３３が設けられている。すなわち、被駆動体３３は、回転翼固定部材３２の下側に位置している。
A driven
被駆動体３３は、ほぼリング状（円環状）をなしており、その内側に筒状部材３１の下端部が挿入した状態で、例えば圧入により、筒状部材３１に対し固着されている。
The driven
なお、筒状部材３１、回転翼固定部材３２、被駆動体３３は、一体的に（一部材で）形成されていてもよい。また、これらに回転翼３４が一体的に形成されていてもよい。
In addition, the
基部２には、このようなロータ３を回転駆動する振動体４が被駆動体３３の外周面３３１に当接するようにして設置されている。以下、振動体４について説明する。
On the
図４に示すように、振動体４は、ほぼ、長方形の板状をなしている。振動体４は、図４中の上側から板状の電極４１と、板状の圧電素子４２と、補強板４３と、板状の圧電素子４４と、板状の電極４５とをこの順に積層して構成されている。なお、図４では、厚さ方向を誇張して示している。
As shown in FIG. 4, the
圧電素子４２、４４は、それぞれ、長方形状をなし、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長・収縮する。圧電素子４２、４４の構成材料としては、特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
Each of the
これらの圧電素子４２、４４は、補強板４３の両面にそれぞれ固着されている。補強板４３は、振動体４全体を補強する機能を有しており、振動体４が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板４３の構成材料としては、弾性材料（弾性変形し得るもの）であれば特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。
These
この補強板４３は、圧電素子４２、４４よりも厚さが薄い（小さい）ものであることが好ましい。これにより、振動体４を高い効率で振動させることができる。
The reinforcing
補強板４３は、圧電素子４２、４４に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、圧電素子４２には、電極４１と補強板４３とによって交流電圧が印加され、圧電素子４４には、電極４５と補強板４３とによって交流電圧が印加される。
The reinforcing
圧電素子４２、４４は、交流電圧が印加されると長手方向に繰り返し伸縮し、これに伴なって、補強板４３も長手方向に繰り返し伸縮する。すなわち、圧電素子４２、４４に交流電圧を印加すると、振動体４は、図４中の矢印で示すように、長手方向に微小な振幅で振動（縦振動）し、凸部４６が縦振動（往復運動）する。
The
補強板４３の図４中の右端部には、凸部４６が一体的に形成されている。この凸部４６は、補強板４３の幅方向中央（中心線４９）からずれた位置（図示の構成では角部）に設けられている。この凸部４６は、図示の構成では、ほぼ半円形状に突出するように形成されている。
A
また、補強板４３の長手方向ほぼ中央からは、腕部４８が長手方向とほぼ垂直な方向に突出するように設けられている。この腕部４８には、ボルト１２が挿入する孔４８１が形成されている。
Further, the
図１、図２および図５に示すように、このような振動体４は、凸部４６にて被駆動体３３の外周面３３１に当接するように設置されている。すなわち、本実施形態では、振動体４は、被駆動体３３に対し被駆動体３３の半径方向外周側から当接して設置されている。
なお、図示の構成では、外周面３３１は、平滑になっているが、全周に渡り溝を形成し、この溝内に凸部４６が当接することとしてもよい。
As shown in FIGS. 1, 2, and 5, such a vibrating
In the configuration shown in the drawing, the outer
図１および図２に示すように、基板２１から上方に向かって突設された振動体取付部２３には、ネジ穴が形成されており、振動体４は、腕部４８の孔４８１に挿入されたボルト１２によって、この振動体取付部２３に固定されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a screw hole is formed in the vibrating
このように、振動体４は、腕部４８によって支持されている。これにより、振動体４は自由に振動することができ、比較的大きい振幅で振動する。また、振動体４は、腕部４８の弾性によって、凸部４６が外周面３３１に圧接された状態で設置されている。
As described above, the vibrating
また、振動体４は、回転中心線３６にほぼ垂直な姿勢（回転翼３４にほぼ平行な姿勢）で設置されている。これにより、振動体４が占めるスペースが上下方向に小さく、浮揚体１Ａは、薄型化（回転中心線３６方向の寸法の小型化）に特に有利である。
The vibrating
凸部４６が被駆動体３３の外周面３３１に当接した状態で、圧電素子４２、４４に交流電圧を印加して振動体４を振動させると、被駆動体３３は、振動体４が伸長するときに凸部４６から摩擦力（押圧力）を受ける。
When the vibrating
すなわち、図５に示すように、凸部４６の振動変位Ｓの径方向成分Ｓ１（被駆動体３３の径方向の変位）によって、凸部４６と外周面３３１との間に大きな摩擦力が与えられ、振動変位Ｓの周方向成分Ｓ２（被駆動体３３の円周方向の変位）によって、被駆動体３３に図５中の時計回りの回転力が与えられる。
That is, as shown in FIG. 5, a large frictional force is applied between the
振動体４が振動すると、このような力が被駆動体３３に繰り返し作用し、被駆動体３３は、図２および図５中の時計回りに回転する。これにより、ロータ３は図２中の時計回りに回転する。ロータ３が図２中の時計回りに回転すると、回転翼３４に揚力が作用し、この揚力により、浮揚体１Ａは、空中に浮揚（飛行）する。
When the vibrating
このように、振動体４は、構造が簡単で、小型（特に薄型）・軽量である。また、通常の電磁モータのように磁力で駆動する場合と異なり、前記のような摩擦力（押圧力）によって被駆動体３３を駆動することから、駆動力が大きい。
Thus, the vibrating
本発明の浮揚体１Ａは、このような振動体４を用いてロータ３を回転駆動するようにしたことにより、小型化（特に薄型化）に極めて有利である。また、軽量化にも有利であり、浮揚体１Ａのペイロード（荷重）を大きくとることができる。また、製造コストの低減も図ることができる。
The
また、本実施形態では、前述したように、被駆動体３３が筒状部材３１に固着され、被駆動体３３は、ロータ３と一体になっている。すなわち、振動体４は、ロータ３を直接に回転駆動するようになっており、動力伝達機構や変速機構等が設けられていない（不要である）。これにより、浮揚体１Ａは、特に簡単な構造、かつ軽量になっており、小型化・軽量化（ペイロード確保）に特に有利になっている。
In the present embodiment, as described above, the driven
なお、前述したように、振動体４は、駆動力が大きいため、本実施形態のように、変速機構（減速機構）を介さなくてもロータ３を十分なトルクで回転することができる。
また、本実施形態では、振動体４の面内振動をロータ３の回転（面内回転）に直接変換するので、この変換に伴なうエネルギーロスが少なく、ロータ３を高い効率で回転駆動することができる。
As described above, since the vibrating
Further, in the present embodiment, since the in-plane vibration of the vibrating
また、本実施形態では、凸部４６が被駆動体３３に及ぼす摩擦力（押圧力）の方向は、回転中心線３６に対しほぼ垂直な方向であるため、ロータ３を傾斜させるような力が作用することがなく、ロータ３がより円滑かつ確実に回転する。
Further, in this embodiment, the direction of the frictional force (pressing force) exerted on the driven
なお、図示の構成と異なり、振動体４は、回転中心線３６に平行な方向から被駆動体３３の上面または下面に当接するように設置されていてもよい。
Unlike the illustrated configuration, the vibrating
圧電素子４２、４４に印加する交流電圧の周波数は、特に限定されないが、振動体４の振動（縦振動）の共振周波数とほぼ同程度であるのが好ましい。これにより、振動体４の振幅が大きくなり、高い効率でロータ３を回転駆動することができる。
The frequency of the alternating voltage applied to the
前述したように、振動体４は、主に、その長手方向に縦振動するが、縦振動と屈曲振動とを同時に励振し、凸部４６を楕円運動（楕円振動）させることとするがより好ましい。これにより、より高い効率でロータ３を回転駆動することができる。以下、この点について説明する。
As described above, the vibrating
振動体４が被駆動体３３を回転駆動するとき、凸部４６は、被駆動体３３から反力を受ける。本実施形態では、凸部４６が振動体４の中心線４９からずれた位置に設けられていることから、振動体４は、この反力によって、図５中の一点鎖線で示すように面内方向に屈曲するように変形、振動（屈曲振動）する。なお、図５では、振動体４の変形を誇張して示している。
When the vibrating
印加電圧の周波数、振動体４の形状・大きさ、凸部４６の位置などを適宜選択することにより、この屈曲振動の共振周波数を縦振動の共振周波数と同程度にすることができる。このようにすると、振動体４の縦振動と屈曲振動とが同時に起こり、振幅がより大きくなるとともに、凸部４６は、図６中の一点鎖線で示すように、ほぼ楕円に沿って変位（楕円振動）する。
By appropriately selecting the frequency of the applied voltage, the shape and size of the vibrating
これにより、振動体４の１回の振幅において、凸部４６が被駆動体３３を回転方向に送るときには、凸部４６が被駆動体３３により強い力で圧接され、凸部４６が戻るときには、被駆動体３３との摩擦力を低減または消滅させることができるため、振動体４の振動をロータ３の回転により高い効率で変換することができる。
Accordingly, when the
このような浮揚体１Ａに対し、地上（床）には、図示しない操作部（コントローラ）が設けられており、この操作部と浮揚体１Ａとは、図示しないリード線（導線）で接続されている。このリード線によって、前記操作部から振動体４に電力を供給（電圧を印加）するとともに、浮揚体１Ａを遠隔操作（ロータ３の回転数の調整等）することができるようになっている。
An operation unit (controller) (not shown) is provided on the ground (floor) for such a floating
なお、振動体４に電力を供給する方法としては、このような方法に限らず、例えば、浮揚体１Ａに電池（蓄電池、燃料電池、太陽電池等）を搭載したり、光・電磁波等によってエネルギーを地上から伝送したり、これらを組み合わせたりする方法であってもよい。また、遠隔操作の方法も、無線操縦によるものであってもよい。
Note that the method of supplying power to the vibrating
また、図示を省略するが、浮揚体１Ａには、空中に浮揚したときにロータ３からの反力により基部２がロータ３と反対方向（逆方向）に回転するのを防止したり、基部２の回転（向き）を制御したりするために、回転中心線３６にほぼ垂直な回転軸を中心として回転するロータ（テールロータ）が設けられていてもよい。このテールロータは、振動体４と同様のものを用いて回転することが好ましい。
Although not shown, the
また、本実施形態では、振動体４でロータ３を直接に回転駆動するものとなっているが、本発明では、振動体４がロータ３を間接的に駆動するものであってもよい。すなわち、被駆動体３３をロータ３と別個に設け、被駆動体３３の回転力を回転力伝達機構によってロータ３に伝達するようなものであってもよい。その場合、回転力伝達機構としては、例えば、歯車列（歯車伝動機構）や、プーリー、ベルト、チェーン等を用いた巻き掛け伝動機構等、いかなる機構を用いるものでもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、振動体４は、１つ設置されているが、本発明では、振動体４を複数設け、被駆動体３３を複数の振動体４で回転駆動してもよい。
In the present embodiment, one vibrating
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の浮揚体の第２実施形態を示す側面図、図８は、図７に示す浮揚体における中空中心軸付近を拡大して示す断面側面図である。
Second Embodiment
FIG. 7 is a side view showing a second embodiment of the levitation body of the present invention, and FIG. 8 is an enlarged sectional side view showing the vicinity of the hollow central axis in the levitation body shown in FIG.
以下、これらの図を参照して本発明の浮揚体の第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。 Hereinafter, the second embodiment of the levitation body of the present invention will be described with reference to these drawings, but the description will focus on differences from the first embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
図７に示すように、本実施形態の浮揚体１Ｂには、ロータ３に加えて、ロータ３と反対方向に回転するロータ（第２のロータ）５がロータ３と同軸的に設けられている。すなわち、浮揚体１Ｂは、２重反転ロータを備えている。
As shown in FIG. 7, in addition to the
図８に示すように、基部２には、中心軸２２に代えて、中空の（ほぼ円筒状の）中空中心軸２４が設けられている。中空中心軸２４は、基板２１から上方に向かって突設されている。
As shown in FIG. 8, the
ロータ３は、前記第１実施形態と同様に、軸孔３５に中空中心軸２４が挿入した状態で基部２に設置されており、図示しない平面視で時計回りに回転する。
As in the first embodiment, the
中空中心軸２４の上端部外周には、フランジ部材２６が固着されており、これにより、ロータ３が中空中心軸２４から離脱しないようになっている。
A
ロータ５は、中空中心軸２４内に挿通（挿入）された回転軸５１と、回転軸５１の上端部に接続部材５２を介して連結（固定）された回転翼固定部材５３と、回転翼固定部材５３にそれぞれ固着された２枚の回転翼５４と、回転軸５１の下端部に固着された被駆動体５５とを有しており、ロータ３と同軸的（同心的）に設置されている。
The
回転軸５１と、中空中心軸２４の内面との間には、２つの軸受け１３、１３がそれぞれ設けられており、これにより、ロータ５は、基部２に対し滑らかに回転可能になっている。
Two
回転軸５１の上端部は、中空中心軸２４から突出している。回転軸５１の上端部には、接続部材５２が固着されている。
The upper end portion of the
接続部材５２は、ほぼ円筒状をなし、その下端部の内側に回転軸５１の上端部が挿入した状態で、例えば圧入により、回転軸５１に固着されている。
The connecting
回転翼固定部材５３は、ほぼ円筒状に形成された筒状部５３１と、筒状部５３１の上端部から回転軸５１とほぼ垂直な方向に突出形成された２つの固定部５３２とで構成されている。回転翼固定部材５３は、筒状部５３１の下端部の内側に接続部材５２の上端部が挿入した状態で、例えば圧入により、接続部材５２に固着されている。
The rotor
固定部５３２は、前記固定部３２２と同様に形成されており、その上面には、回転翼５４の基端部（根元部）が固着されている。
The fixed
図７に示すように、２枚の回転翼５４は、互いに反対側に延びるように設けられている。すなわち、２枚の回転翼３４は、ほぼ１８０°間隔で設けられている。また、回転翼５４は、回転軸５１に対しほぼ垂直な姿勢で設置されている。
As shown in FIG. 7, the two
このような構成により、回転翼５４は、回転翼３４より上側に位置している。また、回転翼３４と回転翼５４とは、ともに、基板２１の上側に位置している。
With such a configuration, the
図８に示すように、回転軸５１の下端部は、基板２１の下面から突出している。回転軸５１の下端部には、ほぼ円盤状をなすハブ５６が固着されている。
As shown in FIG. 8, the lower end portion of the
被駆動体５５は、被駆動体３３と同様にほぼリング状（円環状）をなしており、被駆動体５５の内側にハブ５６が挿入した状態で、例えば圧入により、ハブ５６に対し固着されている。すなわち、被駆動体５５は、基板２１の下側に位置している。なお、被駆動体５５とハブ５６とは、一体的に（一部材で）形成されてもよい。
The driven
基板２１からは、前記振動体取付部２３と同様の振動体取付部２５が下方に向かって突設されており、この振動体取付部２５にロータ５を回転駆動する振動体４が固定されている。この振動体４は、その凸部４６にて、被駆動体５５の外周面５５１に当接するように設けられている。
A vibrating
すなわち、ロータ３を駆動する振動体４と被駆動体３３とは、基板２１の上側に設けられており、ロータ５を駆動する振動体４と被駆動体５５とは、基板２１の下側に設けられている。これにより、基板２１の上側と下側とに各部材を分散して設置することができ、小型化に特に有利である。
That is, the vibrating
ロータ５は、振動体４の駆動により、ロータ３と反対方向（図示しない平面視で反時計回り）に回転する。ロータ５がこのように回転すると、回転翼５４には、揚力が作用する。
The
このように、本実施形態の浮揚体１Ｂでは、ロータ３とロータ５との２つが揚力を発生するので、大きな揚力が得られる。
Thus, in the levitated
また、ロータ３とロータ５とが互いに反対方向に回転することにより、基部２が受ける反力が相殺され、基部２が回転するのを防止することができる。
Further, when the
特に、ロータ３に対する振動体４と、ロータ５に対する振動体４とを別個に設けたことから、ロータ３の回転数（回転速度）と、ロータ５の回転数（回転速度）とをそれぞれ別個に調整（調節）することができ、これにより、基部２が回転するのをより確実に防止したり、基部２の回転（向き）を制御したりすることができる。
In particular, since the vibrating
また、ロータ３とロータ５とが同軸的に設けられていることにより、ロータを２つ設けたことによる大型化・重量増加を招来することなく、上記効果を達成することができる。すなわち、小型化・軽量化に有利である。
Further, since the
なお、本発明と異なり、通常の電磁モータを２個設け、これらの電磁モータでロータ３とロータ５とをそれぞれ直接に駆動する場合には、ロータ３とロータ５とを同軸的に設置するのが極めて困難である。これに対し、本発明では、振動体４を用いてロータ３および５を駆動することにより、容易にロータ３とロータ５とを同軸的に設置することができる。
Unlike the present invention, when two normal electromagnetic motors are provided and the
また、本実施形態では、中空中心軸２４を設けたことにより、ロータ３（筒状部材３１）とロータ５（回転軸５１）とが擦れ合う（触れ合う）ことがないため、ロータ３および５は、それぞれ、円滑に回転することができる。
In this embodiment, since the hollow
なお、図示の構成では、ロータ３とロータ５とは、直径や、回転翼の枚数（２枚）、回転翼の形状等の条件が同じになっているが、直径、回転翼の枚数、回転翼の形状等の条件が互いに異なるものであってもよい。
In the configuration shown in the figure, the
また、本発明では、ロータ３とロータ５とが同軸的に設けられていないもの（並設されたもの）であってもよい。
In the present invention, the
＜第３実施形態＞
図９は、本発明の浮揚体の第３実施形態を示す側面図、図１０は、図９に示す浮揚体における中心軸付近を拡大して示す断面側面図である。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a side view showing a third embodiment of the levitation body of the present invention, and FIG. 10 is an enlarged sectional side view showing the vicinity of the central axis of the levitation body shown in FIG.
以下、これらの図を参照して本発明の浮揚体の第３実施形態について説明するが、前記第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。 Hereinafter, the third embodiment of the levitation body of the present invention will be described with reference to these drawings, but the description will focus on differences from the second embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
図９に示すように、本実施形態の浮揚体１Ｃは、ロータ３と、ロータ３と同軸的に設けられ、ロータ３と反対方向に回転するロータ（第２のロータ）６とを有している。すなわち、本実施形態の浮揚体１Ｃは、前記第２実施形態の浮揚体１Ｂと同様に２重反転ロータを備えている。
As shown in FIG. 9, the levitating
浮揚体１Ｃは、ロータ６が基板２１の下側に設けられている点で、浮揚体１Ｂと異なる。すなわち、ロータ３の回転翼３４と、ロータ６の回転翼６４とは、基板２１を挟むようにして、互いに基板２１の反対側に配置されている。
The
図１０に示すように、ロータ３は、前記第１実施形態と同様に、基板２１から上方に向かって突設された中心軸２２が軸孔３５に挿入した状態で設置されており、図示しない平面視で時計回りに回転する。
As shown in FIG. 10, the
基板２１からは、中心軸２７が中心軸２２と同軸的に下方に向かって突設されている。中心軸２７には、ロータ６が設置されている。
From the
ロータ６は、ほぼ円筒状をなす筒状部材６１と、筒状部材６１の外側（外周）に固着された回転翼固定部材６２と、筒状部材６１の上端外周部に固着された被駆動体６３と、回転翼固定部材６２にそれぞれ固着された２枚の回転翼６４とで構成されている。
The rotor 6 includes a
このロータ６は、筒状部材６１の内腔、すなわち軸孔６５に中心軸２７が挿入した状態で基部２に設置されている。中心軸２７と、軸孔６５の内面との間には、２つの軸受け１１、１１がそれぞれ設けられており、これにより、ロータ６は、基部２に対し中心軸２７を中心として滑らかに回転可能になっている。
The rotor 6 is installed in the
回転翼固定部材６２は、ほぼ円筒状に形成された筒状部６２１と、筒状部６２１の下端部から中心軸２７とほぼ垂直で互いに反対方向に突出形成された固定部６２２とで構成されている。
The rotor
２つの固定部６２２の下面には、それぞれ、回転翼６４の基端部（根元部）が固着されている。
The base end portions (root portions) of the
このようなロータ６は、ロータ３とほぼ面対称の（ロータ３を逆さまにしたような）構造になっている。
Such a rotor 6 has a structure that is substantially plane-symmetric with the rotor 3 (like the
基板２１からは、前記第２実施形態と同様に、振動体取付部２５が下方に向かって突設されており、この振動体取付部２５にロータ６を回転駆動する振動体４が固定されている。この振動体４は、その凸部４６にて、被駆動体６３の外周面６３１に当接するように設けられている。
Similar to the second embodiment, a vibrating
ロータ６は、振動体４の駆動により、ロータ３と反対方向（図示しない平面視で反時計回り）に回転する。ロータ６がこのように回転すると、回転翼６４には、揚力が作用する。
The rotor 6 rotates in the opposite direction to the rotor 3 (counterclockwise in a plan view (not shown)) by driving the vibrating
このような浮揚体１Ｃによれば、前記第２実施形態と同様の効果が得られる。
According to such a
また、ロータ３を基板２１の上側に設け、ロータ６を基板２１の下側に設けたことにより、ロータ３および６を無理なく（容易に）同軸的に設置することができる。よって、構造がより簡単で、小型化・軽量化に特に有利である。
Further, by providing the
以上、本発明の浮揚体を図示の実施形態について説明したが、本発明の浮揚体は、前述したように、小型、軽量、高性能という特徴を有しているため、応用範囲が広く、その用途としては、玩具はもとより、各種のものに適用することができる。例えば、人間の入れないような環境（狭いところ、放射能で汚染されたところ等）を飛行し、各種センサにより情報収集を行ったり、輸送を行ったりする装置として使用することができる。 As mentioned above, although the floating body of the present invention has been described with respect to the illustrated embodiment, the floating body of the present invention has features such as small size, light weight, and high performance as described above, and thus has a wide range of applications. As a use, it can be applied to various things as well as toys. For example, it can be used as a device that flies in an environment where humans cannot enter (narrow places, places contaminated with radioactivity, etc.), collects information by various sensors, and transports.
また、本発明は、図示の実施形態に限定されるものではなく、浮揚体を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。 Moreover, this invention is not limited to embodiment of illustration, Each part which comprises a floating body can be substituted by the thing of the arbitrary structures which can exhibit the same function.
例えば、振動体の形状、構造は、図示の構成に限らず、被駆動体を回転駆動することができるものであればいかなるものでもよい。例えば、圧電素子が１枚のものや、補強板を有さないものや、被駆動体と当接する部分に向かって幅が漸減するような形状のもの等であってもよい。 For example, the shape and structure of the vibrating body are not limited to the configuration shown in the figure, and may be anything as long as the driven body can be rotationally driven. For example, the piezoelectric element may be a single element, may not have a reinforcing plate, or may have a shape in which the width gradually decreases toward a portion in contact with the driven body.
また、本発明の浮揚体は、小型のものから比較的大型のものまでいかなる大きさのものにも適用することができるが、特に、回転翼を備えたロータの直径が１０〜３００ｍｍ程度の小型の浮揚体に好適である。 Further, the levitation body of the present invention can be applied to any size from a small size to a relatively large size, and in particular, a small size with a rotor having a rotor blade having a diameter of about 10 to 300 mm. It is suitable for a floating body.
また、本発明では、回転翼を備えたロータが３つ以上設けられているようなものでもよい。 Further, in the present invention, three or more rotors provided with rotor blades may be provided.
また、本発明の浮揚体は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。 Moreover, the floating body of the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 浮揚体、２ 基部、２１ 基板、２２ 中心軸、２２１ ネジ穴、２２２ ボルト、２３ 振動体取付部、２４ 中空中心軸、２５ 振動体取付部、２６ フランジ部材、２７ 中心軸、３ ロータ、３１ 筒状部材、３２ 回転翼固定部材、３２１ 筒状部、３２２ 固定部、３３ 被駆動体、３３１ 外周面、３４ 回転翼、３５ 軸孔、３６ 回転中心線、４ 振動体、４１、４５ 電極、４２、４４ 圧電素子、４３ 補強板、４６ 凸部、４８ 腕部、４８１ 孔、４９ 中心線、５ ロータ、５１ 回転軸、５２ 接続部材、５３ 回転翼固定部材、５３１ 筒状部、５３２ 固定部、５４ 回転翼、５５ 被駆動体、５５１ 外周面、５６ ハブ、６ ロータ、６１ 筒状部材、６２ 回転翼固定部材、６２１ 筒状部、６２２ 固定部、６３ 被駆動体、６３１ 外周面、６４ 回転翼、６５ 軸孔、１１ 軸受け、１２ ボルト、１３ 軸受け。
1A, 1B, 1C Floating body, 2 base, 21 substrate, 22 central shaft, 221 screw hole, 222 bolt, 23 vibrator mounting portion, 24 hollow central shaft, 25 vibrator mounting portion, 26 flange member, 27 central shaft, 3 rotor, 31 cylindrical member, 32 rotary blade fixing member, 321 cylindrical portion, 322 fixed portion, 33 driven body, 331 outer peripheral surface, 34 rotary blade, 35 shaft hole, 36 rotation center line, 4 vibrating body, 41 , 45 Electrode, 42, 44 Piezoelectric element, 43 Reinforcing plate, 46 Convex part, 48 Arm part, 481 Hole, 49 Center line, 5 Rotor, 51 Rotating shaft, 52 Connection member, 53 Rotor blade fixing member, 531
Claims (5)
前記中心軸に対し回転可能に設置され、回転翼（３４）を備えた少なくとも１つのロータ（３）と、
前記振動体取付部に設置され、圧電素子を備えた板状の振動体（４）と、
前記振動体は、前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記被駆動体に力を繰り返し加えて前記ロータを回転駆動させて浮揚する浮揚体において、
前記ロータは、筒状部材（３１）の軸孔（３５）に前記中心軸が挿入した状態で前記基部に設置され、前記中心軸と前記軸孔３５の内面との間には、軸受け（１１）がそれぞれ設けられて回転可能となっている
ことを特徴とする浮揚体。 A base (2) comprising a substrate (21), a central axis (22) projecting from the substrate, and a vibrator mounting portion (23);
At least one rotor (3) installed rotatably with respect to the central axis and provided with a rotor blade (34);
A plate-like vibrating body (4) provided on the vibrating body mounting portion and provided with a piezoelectric element;
The vibrating body vibrates by applying an alternating voltage to the piezoelectric element, and by this vibration, a force is repeatedly applied to the driven body to rotationally drive the rotor to float,
The rotor is installed at the base in a state where the central shaft is inserted into the shaft hole (35) of the cylindrical member (31), and between the central shaft and the inner surface of the shaft hole 35, a bearing (11 ), Each of which is rotatable.
前記ロータは、ほぼ円筒状をなす筒状部材（３１）と、前記筒状部材の外周にそれぞれ固着された回転翼固定部材（３２）および被駆動体（３３）と、前記回転翼固定部材にそれぞれ固着された回転翼（３４）とで構成されている
ことを特徴とする浮揚体。 The levitation body according to claim 1,
The rotor includes a cylindrical member (31) having a substantially cylindrical shape, a rotating blade fixing member (32) and a driven body (33) fixed to the outer periphery of the cylindrical member, and the rotating blade fixing member. A levitation body characterized in that it is composed of rotor blades (34) fixed to each other.
前記基板は略平板状であり、
前記振動体は、前記回転翼と前記基板との間に配置されている
ことを特徴とする浮揚体。 In the floating body according to claim 1 or 2,
The substrate is substantially flat,
The oscillating body is arranged between the rotor blade and the substrate.
前記被駆動体は前記回転翼固定部材の下側に位置しており、
前記基板は略平板状であり、
前記振動体は、前記回転翼と前記基板との間に配置されている
ことを特徴とする浮揚体。 The levitation body according to claim 2,
The driven body is located below the rotor blade fixing member;
The substrate is substantially flat,
The oscillating body is disposed between the rotor blade and the substrate.
互いに反対方向に回転する２つの前記ロータを有し、
前記両ロータは、ほぼ同軸的に設置されており、
一方の前記ロータに対する前記振動体および前記被駆動体と、他方の前記ロータに対する前記振動体および前記被駆動体とが別個に設けられている
ことを特徴とする浮揚体。
In the levitation body according to any one of claims 1 to 4,
Two rotors rotating in opposite directions,
The rotors are installed almost coaxially,
The floating body and the driven body for one of the rotors, and the vibrating body and the driven body for the other rotor are separately provided.
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|---|---|---|---|---|
| WO2013013476A1 (en) * | 2011-07-26 | 2013-01-31 | Lin Qinghao | Propeller for toy helicopter |
| EP3290731A1 (en) | 2016-08-31 | 2018-03-07 | Globeride, Inc. | Drone with magnet fluid sealed bearing unit and drive motor having the bearing unit |
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2006
- 2006-08-04 JP JP2006212967A patent/JP2006334422A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
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| EP3290731A1 (en) | 2016-08-31 | 2018-03-07 | Globeride, Inc. | Drone with magnet fluid sealed bearing unit and drive motor having the bearing unit |
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