JP2015023588A - Displacement magnification device and flow control valve - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement magnification device which is downsized, magnifies displacement of a piezoelectric actuator and transfers the magnified displacement without waste, and a flow control valve with the displacement magnification device.SOLUTION: The displacement magnification device includes a first piezoelectric actuator 2 connected to a diaphragm structure 12 via a first connection ball 6; and a first piezoelectric actuator 1 connected to a fixing pedestal 11 via a second connection ball 7. Between the second piezoelectric actuator 2 and the first piezoelectric actuator 1, a column support 3 is disposed in parallel to both actuators. One end of the column support 3 is fixed to the fixing pedestal 11 and in the other end of the column support 3, an arm 5 is provided which perpendicularly extends to both sides of the column support 3. One-side ends of the second piezoelectric actuator 2 and the first piezoelectric actuator 1 are connected to the arm 5 via third connection balls 8a and 8b, respectively.

Description

本発明は、圧電アクチュエータの変位拡大装置および流量制御弁に関する。   The present invention relates to a displacement magnifying device for a piezoelectric actuator and a flow control valve.

圧電アクチュエータは、圧電素子に電圧を印加することにより、機械的変位を発生させて駆動力を得るデバイスである。この圧電アクチュエータは、例えばマスフローコントローラの流量制御弁の駆動源として利用されている。   A piezoelectric actuator is a device that obtains a driving force by generating a mechanical displacement by applying a voltage to a piezoelectric element. This piezoelectric actuator is used as a drive source of a flow control valve of a mass flow controller, for example.

気体や液体等の流体の流量制御に用いられる流量制御弁は、耐湿度性等の信頼性を要求される環境で使用されることが多い。このため、圧電素子を伸縮性のある金属ケースに封入し、耐湿度性向上と外部応力から保護することで、長寿命化、高性能化を実現した圧電アクチュエータが利用されている。このような流量制御弁の構成は、例えば特許文献1に開示されている。   A flow control valve used for flow control of a fluid such as gas or liquid is often used in an environment where reliability such as humidity resistance is required. For this reason, piezoelectric actuators that achieve a long life and high performance by encapsulating the piezoelectric element in a stretchable metal case and protecting it from moisture resistance and external stress are used. Such a configuration of the flow control valve is disclosed in Patent Document 1, for example.

広い流量範囲を制御するためには、圧電アクチュエータは大きな変位量が必要となる。大きな変位量を得るためには、圧電アクチュエータの積層方向である長さ寸法を大きくする必要がある。このため、圧電アクチュエータが組み込まれた流量制御弁、さらには流量制御弁を用いたマスフローコントローラ等の設備が大きくなる問題があり、圧電アクチュエータには、大きな変位量と小型化が望まれている。   In order to control a wide flow rate range, the piezoelectric actuator needs a large amount of displacement. In order to obtain a large amount of displacement, it is necessary to increase the length dimension that is the stacking direction of the piezoelectric actuators. For this reason, there is a problem that equipment such as a flow rate control valve in which the piezoelectric actuator is incorporated, and a mass flow controller using the flow rate control valve become large, and a large displacement amount and miniaturization are desired for the piezoelectric actuator.

圧電アクチュエータの長さ寸法を小さくし、大きな変位量を得る方法として、例えば特許文献2が提案されている。図5は、従来の変位拡大機構を用いたアクチュエータの斜視図である。特許文献2に開示されている従来の変位拡大機構を用いたアクチュエータは、2つの電歪素子101、102を並列に配置し、一方の電歪素子102の変位をカップリング機構104を介して他方の電歪素子101に伝達し、変位を足し合わせて出力している。テコ利用の変位拡大機構において、固定端部材103をテコの支点であるヒンジ部と一体でかつ電歪素子101、102を囲う箱形に構成させることにより、電歪素子101、102の発生変位を作用点に伝達させることを可能としている。   For example, Patent Document 2 has been proposed as a method for reducing the length of a piezoelectric actuator and obtaining a large displacement. FIG. 5 is a perspective view of an actuator using a conventional displacement enlarging mechanism. In the actuator using the conventional displacement enlarging mechanism disclosed in Patent Document 2, two electrostrictive elements 101 and 102 are arranged in parallel, and the displacement of one electrostrictive element 102 is transferred to the other via a coupling mechanism 104. Is transmitted to the electrostrictive element 101, and the displacement is added and output. In the lever-based displacement magnifying mechanism, the fixed end member 103 is formed in a box shape that is integral with the hinge portion, which is the lever of the lever, and surrounds the electrostrictive elements 101 and 102, whereby the generated displacement of the electrostrictive elements 101 and 102 is reduced. It is possible to transmit to the point of action.

特開平11−22845号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-22845 特開平1−192182号公報JP-A-1-192182

特許文献2に記載の構成では、圧電素子(電歪素子)を固定する固定端部材が圧電素子を囲う箱形であるため、更に小型化するのは困難である。また、固定端部材を箱型にして剛性を得るのを目的としているが、剛性を得るためには一定の厚みが必要であり、小型化を阻害する要因となっている。さらに、圧電素子を固定端部材のカップリング機構に接着等で単に連結した構成であるため、圧電素子が変位したときに、圧電素子とカップリング機構の連結部に傾斜や隙間が生じ、圧電素子の変位を無駄なく伝達するのが困難であったり、圧電素子に回転や曲げ方向の応力がかかり信頼性が得られなかったりする課題がある。   In the configuration described in Patent Document 2, since the fixed end member for fixing the piezoelectric element (electrostrictive element) has a box shape surrounding the piezoelectric element, it is difficult to further reduce the size. Further, although the purpose is to obtain rigidity by making the fixed end member into a box shape, in order to obtain rigidity, a certain thickness is required, which is a factor that hinders downsizing. Furthermore, since the piezoelectric element is simply connected to the coupling mechanism of the fixed end member by bonding or the like, when the piezoelectric element is displaced, an inclination or a gap is generated in the connecting portion of the piezoelectric element and the coupling mechanism, and the piezoelectric element There is a problem that it is difficult to transmit the displacement without waste, or the piezoelectric element is subjected to stress in the rotation or bending direction and reliability cannot be obtained.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、小型化を実現し、圧電アクチュエータの変位を拡大し無駄なく伝達する変位拡大装置、およびこの変位拡大装置を備えた流量制御弁を提供することである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a displacement enlarging device that realizes downsizing and expands the displacement of a piezoelectric actuator and transmits it without waste, and the displacement enlarging device A flow control valve is provided.

本発明によれば、変位出力部材に第一の連結球を介して連結される変位伝達部材と、固定台座に第二の連結球を介して連結される第一の圧電アクチュエータを備え、前記変位伝達部材と前記第一の圧電アクチュエータの間に並ぶように支柱が配置され、前記支柱の一端は固定台座に固定され、前記支柱の他端には、ヒンジ部を介して、前記支柱の先端から前記支柱の立設方向に直角で互いに反対となる2方向に延びるアームを具備し、前記アームの一方には前記変位伝達部材の一端が、前記アームの他方には前記第一の圧電アクチュエータの一端がそれぞれ第三の連結球を介して連結されていることを特徴とする変位拡大装置が得られる。   According to the present invention, a displacement transmission member coupled to the displacement output member via the first coupling sphere, and a first piezoelectric actuator coupled to the fixed base via the second coupling sphere are provided, and the displacement A support column is arranged between the transmission member and the first piezoelectric actuator, one end of the support column is fixed to a fixed base, and the other end of the support column is connected to the other end of the support column via a hinge portion. An arm extending in two directions perpendicular to the vertical direction of the support column and opposite to each other; one end of the displacement transmitting member on one side of the arm and one end of the first piezoelectric actuator on the other side of the arm; Are connected via a third connecting sphere, respectively, to obtain a displacement enlarging device.

また、本発明によれば、前記変位伝達部材が第二の圧電アクチュエータであることを特徴とする上記の変位拡大装置が得られる。   According to the present invention, there is provided the displacement magnifying device described above, wherein the displacement transmitting member is a second piezoelectric actuator.

また、本発明によれば、前記変位伝達部材が金属棒であることを特徴とする上記の変位拡大装置が得られる。   According to the present invention, there is provided the displacement enlarging device described above, wherein the displacement transmitting member is a metal rod.

また、本発明によれば、前記ヒンジ部は、前記支柱の端部の、前記変位伝達部材および前記第一の圧電アクチュエータに対向する面の少なくとも一方に、溝を形成してなることを特徴とする上記の変位拡大装置が得られる。   According to the present invention, the hinge portion is characterized in that a groove is formed on at least one of the surfaces of the end portion of the column facing the displacement transmission member and the first piezoelectric actuator. Thus, the displacement magnifying device is obtained.

また、本発明によれば、前記溝の深さは、前記変位伝達部材側が大であることを特徴とする上記の変位拡大装置が得られる。   Also, according to the present invention, the displacement enlarging device described above is characterized in that the depth of the groove is large on the displacement transmission member side.

また、本発明によれば、前記変位出力部材がダイヤフラム構造体であり、上記変位拡大装置を備え、前記ダイヤフラム構造体の動作により流体流路を開閉することを特徴とする流量制御弁が得られる。   Further, according to the present invention, there is obtained a flow rate control valve characterized in that the displacement output member is a diaphragm structure, includes the displacement magnifying device, and opens and closes a fluid flow path by the operation of the diaphragm structure. .

本発明によれば、小型化を実現し、圧電アクチュエータの変位を拡大し無駄なく伝達する変位拡大装置、およびこの変位拡大装置を備えた流量制御弁を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a displacement enlarging device that realizes miniaturization, expands the displacement of the piezoelectric actuator and transmits it without waste, and a flow rate control valve equipped with the displacement enlarging device.

第一の実施の形態に係る変位拡大装置を備えた流量制御弁の正面図。The front view of the flow control valve provided with the displacement expansion apparatus which concerns on 1st embodiment. 第一の実施の形態に係る流量制御弁における、圧電アクチュエータが変位した場合の正面図。The front view when the piezoelectric actuator is displaced in the flow control valve according to the first embodiment. 第二の実施の形態に係る変位拡大装置を備えた流量制御弁の正面図。The front view of the flow control valve provided with the displacement expansion apparatus which concerns on 2nd embodiment. 第三の実施の形態に係る変位拡大装置を備えた流量制御弁の正面図。The front view of the flow control valve provided with the displacement expansion apparatus which concerns on 3rd embodiment. 従来の変位拡大機構を用いたアクチュエータの斜視図。The perspective view of the actuator using the conventional displacement expansion mechanism.

本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第一の実施の形態)
図1は、第一の実施の形態に係る変位拡大装置を備えた流量制御弁の正面図である。第一の実施の形態の変位拡大装置100は、変位出力部材であるダイヤフラム構造体12に第一の連結球6を介して連結する変位伝達部材と、固定台座11に第二の連結球7を介して連結する第一の圧電アクチュエータ1を備えている。第一の実施の形態では、変位伝達部材として第二の圧電アクチュエータ2を用いた。
(First embodiment)
FIG. 1 is a front view of a flow control valve provided with a displacement magnifying device according to a first embodiment. The displacement magnifying device 100 of the first embodiment includes a displacement transmission member that is connected to a diaphragm structure 12 that is a displacement output member via a first connection ball 6, and a second connection ball 7 that is attached to the fixed base 11. A first piezoelectric actuator 1 is provided to be connected through the first piezoelectric actuator 1. In the first embodiment, the second piezoelectric actuator 2 is used as the displacement transmission member.

第二の圧電アクチュエータ2とダイヤフラム構造体12の、第一の連結球6と接する部分には、第一の連結球6が内接する凹みがそれぞれ形成されている。同様に、第一の圧電アクチュエータ1と固定台座11の、第二の連結球7と接する部分には、第二の連結球7が内接する凹みがそれぞれ形成されている。この凹みは、第一の連結球6および第二の連結球7が自由に回転可能な形状であればよく、円錐状、断面が半円やV字となる形状が好ましい。   In the second piezoelectric actuator 2 and the diaphragm structure 12, indentations with which the first connection sphere 6 is inscribed are respectively formed in portions that contact the first connection sphere 6. Similarly, in the portions of the first piezoelectric actuator 1 and the fixed base 11 that are in contact with the second connecting sphere 7, recesses that are inscribed by the second connecting sphere 7 are formed. This dent should just be the shape which the 1st connection ball | bowl 6 and the 2nd connection ball | bowl 7 can rotate freely, and a cone shape and the shape whose cross section becomes a semicircle or V shape are preferable.

第一の圧電アクチュエータ1と第二の圧電アクチュエータ2は、変位方向すなわち長さ方向に並んで配置されている。第一の圧電アクチュエータ1と第二の圧電アクチュエータ2の間には、支柱3が並ぶように配置され、支柱3の一端は固定台座11に固定されている。固定台座11と支柱3は同一部材で一体形成されていてもよい。支柱3の他端には、ヒンジ部4が形成されている。また、ヒンジ部4を介して、支柱3の先端から支柱3の立設方向に直角で互いに反対となる2方向に延びるアーム5が設けられている。アーム5には、第一の圧電アクチュエータ1と第二の圧電アクチュエータ2の一端がそれぞれ第三の連結球8a、8bを介してそれぞれ連結されている。支柱3およびアーム5は同一部材で一体形成されていてもよく、その材質は、圧電アクチュエータが負の熱膨張を示すため、熱膨張率が低い金属材料が好ましく、例えば鉄ニッケル合金が用いられる。   The first piezoelectric actuator 1 and the second piezoelectric actuator 2 are arranged side by side in the displacement direction, that is, the length direction. Between the first piezoelectric actuator 1 and the second piezoelectric actuator 2, a support column 3 is arranged so that one end of the support column 3 is fixed to a fixed base 11. The fixed base 11 and the column 3 may be integrally formed of the same member. A hinge portion 4 is formed at the other end of the column 3. Further, an arm 5 extending in two directions opposite to each other at right angles to the standing direction of the column 3 from the tip of the column 3 is provided via the hinge portion 4. One end of the first piezoelectric actuator 1 and the second piezoelectric actuator 2 is connected to the arm 5 via third connection balls 8a and 8b, respectively. The support 3 and the arm 5 may be integrally formed of the same member, and the material is preferably a metal material having a low coefficient of thermal expansion because the piezoelectric actuator exhibits negative thermal expansion. For example, an iron nickel alloy is used.

アーム5は、第一の圧電アクチュエータ1および第二のアクチュエータ2と連結するために、調節ねじ9a、9bとロックナット10a、10bを具備している。第一の圧電アクチュエータ1および第二の圧電アクチュエータ2の高さ方向の一端は、第三の連結球8a、8bを介して、アーム5の調節ねじ9a、9bとそれぞれ接している。第一の圧電アクチュエータ1および第二の圧電アクチュエータ2と調節ねじ9a、9bの、第三の連結球8a、8bと接する部分には、第三の連結球8a、8bが内接する凹みがそれぞれ形成されている。この凹みは、第三の連結球8a、8bが自由に回転可能な形状であればよく、円錐状、断面が半円やV字となる形状が好ましい。第一の圧電アクチュエータ1および第二の圧電アクチュエータ2は、調節ねじ9a、9bで、固定台座11およびダイヤフラム構造体12と位置合わせを行い、ロックナット10a、10bでアーム5に固定されている。   The arm 5 includes adjusting screws 9 a and 9 b and lock nuts 10 a and 10 b for connecting to the first piezoelectric actuator 1 and the second actuator 2. One end in the height direction of the first piezoelectric actuator 1 and the second piezoelectric actuator 2 is in contact with the adjusting screws 9a and 9b of the arm 5 through third connecting balls 8a and 8b, respectively. In the first piezoelectric actuator 1 and the second piezoelectric actuator 2 and the adjusting screws 9a and 9b, the third contact balls 8a and 8b are in contact with the third connection balls 8a and 8b. Has been. This dent may be any shape that allows the third connecting spheres 8a and 8b to freely rotate, and is preferably a conical shape with a semicircular or V-shaped cross section. The first piezoelectric actuator 1 and the second piezoelectric actuator 2 are aligned with the fixed base 11 and the diaphragm structure 12 with the adjusting screws 9a and 9b, and are fixed to the arm 5 with the lock nuts 10a and 10b.

ヒンジ部4は、支柱3の上端部の、第二の圧電アクチュエータ2および第一の圧電アクチュエータ1に対向する面の少なくとも一方に、溝を形成してなり、第一の圧電アクチュエータ1が変位したときの支点として働く。ヒンジ部4は、第一の圧電アクチュエータ1の微少な変位である直線運動を回転運動に変換し、第二の圧電アクチュエータ2に伝達できればよく、その構成は溝に限定されるものではない。本発明のように、支柱3の端部に溝を形成して部分的に剛性を小さくするヒンジ部4は、構成が単純であるため好ましい。   The hinge portion 4 is formed with a groove on at least one of the surfaces of the upper end portion of the support column 3 facing the second piezoelectric actuator 2 and the first piezoelectric actuator 1, and the first piezoelectric actuator 1 is displaced. Work as a fulcrum of time. The hinge unit 4 only needs to convert linear motion, which is a slight displacement of the first piezoelectric actuator 1, into rotational motion and transmit it to the second piezoelectric actuator 2, and its configuration is not limited to the groove. As in the present invention, the hinge portion 4 that forms a groove in the end portion of the column 3 to partially reduce the rigidity is preferable because of its simple configuration.

また、ヒンジ部4は、第一の圧電アクチュエータ1の動作により、曲げ応力が繰り返し加わる部分である。そのため、曲げ応力が、支柱3を形成する材料の降伏点を超えないように設計し、さらに長期的な使用も考慮にいれ、十分に信頼性を確保する必要がある。一方で、ヒンジ部4の剛性が大き過ぎる場合、第一の圧電アクチュエータ1の変位によるアーム5の動作を阻害してしまい、変位の伝達にロスが生じるおそれがある。本発明のヒンジ部4において、支柱3に対するヒンジ部4の大きさを最適に設計することにより、信頼性および変位の伝達ロスの抑制を確保している。具体的には、ヒンジ部4の大きさは、支柱3の寸法に対して、長さ(変位方向)が5〜25%程度、幅が5〜20%程度とするのが好ましい。また、支柱の奥行き(厚さ方向)にも溝を形成してもよく、その場合支柱の奥行きの40%以下の大きさとするのが好ましい。   The hinge portion 4 is a portion where bending stress is repeatedly applied by the operation of the first piezoelectric actuator 1. Therefore, it is necessary to design the bending stress so that it does not exceed the yield point of the material forming the column 3 and to take into account long-term use and to ensure sufficient reliability. On the other hand, when the rigidity of the hinge part 4 is too large, the operation of the arm 5 due to the displacement of the first piezoelectric actuator 1 is hindered, and there is a possibility that loss of transmission of the displacement occurs. In the hinge part 4 of the present invention, reliability and suppression of displacement transmission loss are ensured by optimally designing the size of the hinge part 4 with respect to the column 3. Specifically, the size of the hinge portion 4 is preferably about 5 to 25% in length (displacement direction) and about 5 to 20% in width with respect to the dimensions of the column 3. Further, a groove may be formed also in the depth (thickness direction) of the support column, and in that case, the size is preferably 40% or less of the depth of the support column.

第一の圧電アクチュエータ1および第二の圧電アクチュエータ2は、圧電素子を金属ケースに収納し、金属ケースの内部に乾燥した窒素ガスを封入し密閉した、金属ケース封入型の圧電アクチュエータを用いるのが望ましい。圧電素子は、厚さ100μm程度の圧電セラミックス層と1〜2μm程度の内部電極層を交互に100〜1000層程度積層した構造となっている。圧電セラミックス層と内部電極層は密着強度が低いため、圧電素子に曲げ応力が加わると、圧電セラミックス層と内部電極層の界面で、剥離やクラックが発生する可能性がある。そのため、第一の圧電アクチュエータ1および第二の圧電アクチュエータ2を固定する場合には、曲げ応力が加わらないような構成とすることが望ましい。   The first piezoelectric actuator 1 and the second piezoelectric actuator 2 use a metal case-enclosed piezoelectric actuator in which a piezoelectric element is housed in a metal case, and a dry nitrogen gas is sealed inside the metal case. desirable. The piezoelectric element has a structure in which about 100 to 1000 layers of piezoelectric ceramic layers having a thickness of about 100 μm and internal electrode layers of about 1 to 2 μm are alternately stacked. Since the adhesion strength between the piezoelectric ceramic layer and the internal electrode layer is low, peeling or cracking may occur at the interface between the piezoelectric ceramic layer and the internal electrode layer when bending stress is applied to the piezoelectric element. Therefore, when the first piezoelectric actuator 1 and the second piezoelectric actuator 2 are fixed, it is desirable that the bending stress is not applied.

本発明では、上述したように、第一の圧電アクチュエータ1は、第二の連結球7および第三の連結球8aを介して、固定台座11およびアーム5の調節ねじ9aと連結している。この構成により、第一の圧電アクチュエータ1を、固定台座11およびアーム5へ連結、固定したときに、第一の圧電アクチュエータ1と固定台座11の位置精度を厳密に調整しなくても、第一の圧電アクチュエータ1へ曲げ応力が加わることを防止できる。また、第一の圧電アクチュエータ1が変位したときに、第一の圧電アクチュエータ1とアーム5の調節ねじ9aとの間に隙間が生じることが無く、第一の圧電アクチュエー1タの変位を無駄なくアーム5へ伝達することが可能となる。   In the present invention, as described above, the first piezoelectric actuator 1 is connected to the fixing base 11 and the adjusting screw 9a of the arm 5 via the second connecting ball 7 and the third connecting ball 8a. With this configuration, when the first piezoelectric actuator 1 is connected and fixed to the fixed base 11 and the arm 5, the first piezoelectric actuator 1 and the fixed base 11 do not have to be adjusted precisely without first adjusting the positional accuracy. It is possible to prevent bending stress from being applied to the piezoelectric actuator 1. Further, when the first piezoelectric actuator 1 is displaced, there is no gap between the first piezoelectric actuator 1 and the adjusting screw 9a of the arm 5, and the displacement of the first piezoelectric actuator 1 is not wasted. Transmission to the arm 5 is possible.

また、第二の圧電アクチュエータ2は、第一の連結球6および第三の連結球8bを介して、ダイヤフラム構造体12およびアーム5の調節ねじ9bと連結している。この構成により、第二の圧電アクチュエータ2を、ダイヤフラム構造体12およびアーム5へ連結、固定したときに、第二の圧電アクチュエータ2とダイヤフラム構造体12の位置精度を厳密に調整しなくても、第二の圧電アクチュエータ2へ曲げ応力が加わることを防止できる。また、第一の圧電アクチュエータ1が変位し、アーム5および第二の圧電アクチュエータ2へ伝達したときに、第二の圧電アクチュエータ2とアーム5の調節ねじ9bとの間に隙間が生じることは無く、第一の圧電アクチュエータ1の変位を無駄なくアーム5および第二の圧電アクチュエータ2へ伝達することが可能となる。   The second piezoelectric actuator 2 is connected to the diaphragm structure 12 and the adjusting screw 9b of the arm 5 via the first connecting sphere 6 and the third connecting sphere 8b. With this configuration, when the second piezoelectric actuator 2 is connected and fixed to the diaphragm structure 12 and the arm 5, the positional accuracy of the second piezoelectric actuator 2 and the diaphragm structure 12 does not need to be strictly adjusted. It is possible to prevent bending stress from being applied to the second piezoelectric actuator 2. Further, when the first piezoelectric actuator 1 is displaced and transmitted to the arm 5 and the second piezoelectric actuator 2, there is no gap between the second piezoelectric actuator 2 and the adjusting screw 9b of the arm 5. The displacement of the first piezoelectric actuator 1 can be transmitted to the arm 5 and the second piezoelectric actuator 2 without waste.

図2は、第一の実施の形態に係る流量制御弁における、圧電アクチュエータが変位した場合の正面図である。なお、図2において説明を容易にするため、流体制御弁の部分を断面図としている。   FIG. 2 is a front view of the flow rate control valve according to the first embodiment when the piezoelectric actuator is displaced. In FIG. 2, the fluid control valve portion is a cross-sectional view for ease of explanation.

固定台座11に連結した第一の圧電アクチュエータ1に電圧を印加すると、第一の圧電アクチュエータ1は矢印A方向に変位し、アーム5の第一の圧電アクチュエータ1に連結した側の位置が上がり、アーム5が傾く。それに伴い、アーム5の第二の圧電アクチュエータ2に連結した側の位置が下がり、第二の圧電アクチュエータ2に変位が伝達する。さらに第二の圧電アクチュエータ2に電圧を印加すると、第二の圧電アクチュエータ2は矢印B方向に変位する。すなわち、第一の圧電アクチュエータ1の変位と第二の圧電アクチュエータ2の変位が重畳されて、ダイヤフラム構造体12に変位を伝達することが可能となる。   When a voltage is applied to the first piezoelectric actuator 1 connected to the fixed base 11, the first piezoelectric actuator 1 is displaced in the direction of arrow A, and the position of the arm 5 on the side connected to the first piezoelectric actuator 1 is raised. The arm 5 is tilted. Accordingly, the position of the arm 5 on the side connected to the second piezoelectric actuator 2 is lowered, and the displacement is transmitted to the second piezoelectric actuator 2. When a voltage is further applied to the second piezoelectric actuator 2, the second piezoelectric actuator 2 is displaced in the direction of arrow B. That is, the displacement of the first piezoelectric actuator 1 and the displacement of the second piezoelectric actuator 2 are superimposed, and the displacement can be transmitted to the diaphragm structure 12.

ダイヤフラム構造体12の外周部の少なくとも一部には、傾き補正機構13が配置され、ダイヤフラム構造体12を嵌合している。この構成により、第二の圧電アクチュエータ2に伝達した変位の回転方向のずれを、直線方向に補正することが可能となる。   An inclination correction mechanism 13 is disposed on at least a part of the outer peripheral portion of the diaphragm structure 12, and the diaphragm structure 12 is fitted therein. With this configuration, it is possible to correct the displacement in the rotational direction of the displacement transmitted to the second piezoelectric actuator 2 in the linear direction.

次にダイヤフラム構造体12を備えた流量制御弁の挙動について説明する。   Next, the behavior of the flow control valve provided with the diaphragm structure 12 will be described.

第一の実施の形態の流量制御弁は、上述した変位拡大装置100から変位を伝達され出力するダイヤフラム構造体12と、傾き補正機構13、固定台座11に形成された流路14および弁体15から構成される。固定台座11には、流路14が形成され、固定台座11の表面に流路14の一部分が開口するように弁体15が備えられている。ダイヤフラム構造体12は、加圧部16と固定部17を有しており、弁体15に対峙させて配置されている。   The flow control valve of the first embodiment includes a diaphragm structure 12 that transmits and outputs a displacement from the displacement magnifying device 100 described above, an inclination correction mechanism 13, a flow path 14 formed in the fixed base 11, and a valve body 15. Consists of A flow path 14 is formed in the fixed base 11, and a valve body 15 is provided on the surface of the fixed base 11 so that a part of the flow path 14 opens. The diaphragm structure 12 has a pressurizing part 16 and a fixing part 17 and is disposed so as to face the valve body 15.

ダイヤフラム構造体12の加圧部16に変位拡大装置100からの変位すなわち駆動力を加えることにより、固定部17を弁体15に押し付け、流路14の間隔を調整し、流量の制御が行われる。なお、圧電アクチュエータに電圧が印加されていないときは、固定部17と弁体15の間隔が最大となり、流量も最大となる。   By applying a displacement, that is, a driving force from the displacement enlarging device 100 to the pressurizing portion 16 of the diaphragm structure 12, the fixing portion 17 is pressed against the valve body 15, the interval between the flow paths 14 is adjusted, and the flow rate is controlled. . When no voltage is applied to the piezoelectric actuator, the interval between the fixed portion 17 and the valve body 15 is maximized, and the flow rate is also maximized.

(第二の実施の形態)
図3は、第二の実施の形態に係る変位拡大装置を備えた流量制御弁の正面図である。第二の実施の形態では、ヒンジ部において溝を形成する位置が第一の実施の形態と異なり、それ以外の構成は第一の実施の形態と同じであるので、ヒンジ部の構成のみ説明する。
(Second embodiment)
FIG. 3 is a front view of a flow control valve provided with the displacement magnifying device according to the second embodiment. In the second embodiment, the position where the groove is formed in the hinge portion is different from that in the first embodiment, and other configurations are the same as those in the first embodiment, so only the configuration of the hinge portion will be described. .

第二の実施の形態の変位拡大装置200では、ヒンジ部24において、溝の深さが変位伝達部材である第二の圧電アクチュエータ2側が大きくなるように、溝を形成した。この構成により、第二の圧電アクチュエータ2に伝達する変位が大きくなるように、支点の位置を調整することが可能となる。ヒンジ部24を支点とし、第一の圧電アクチュエータ1とアーム25の連結部を力点とし、第二の圧電アクチュエータ2とアーム25の連結部を作用点とし、支点と力点の距離Cと、支点と作用点の距離Dの比が1:2〜3とした場合、第一の圧電アクチュエータ1の変位を拡大し、1.5〜2倍の流量制御が可能となる。   In the displacement magnifying apparatus 200 according to the second embodiment, the groove is formed in the hinge portion 24 so that the depth of the groove is larger on the second piezoelectric actuator 2 side that is a displacement transmission member. With this configuration, the position of the fulcrum can be adjusted so that the displacement transmitted to the second piezoelectric actuator 2 increases. The hinge portion 24 is a fulcrum, the connecting portion between the first piezoelectric actuator 1 and the arm 25 is a force point, the connecting portion between the second piezoelectric actuator 2 and the arm 25 is an action point, the distance C between the fulcrum and the force point, When the ratio of the distance D of the action points is 1: 2 to 3, the displacement of the first piezoelectric actuator 1 is enlarged, and the flow rate control of 1.5 to 2 times becomes possible.

(第三の実施の形態)
図4は、第三の実施の形態に係る変位拡大装置を備えた流量制御弁の正面図である。第三の実施の形態において、変位伝達機構として金属棒を用いた以外の構成は第二の実施の形態と同じである。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a front view of a flow control valve provided with the displacement magnifying device according to the third embodiment. In 3rd Embodiment, the structure except having used the metal rod as a displacement transmission mechanism is the same as 2nd Embodiment.

第三の実施の形態の変位拡大装置300では、変位伝達機構として金属棒32を用いた。第二の実施の形態と同様に、ヒンジ部34の溝の深さを調整し、変位を拡大できる構成の場合においては、変位伝達部材を金属棒32としても、第一の圧電アクチュエータ1の変位を拡大して出力することが可能である。第一の実施の形態および第二の実施の形態のように、第二のアクチュエータの変位分は重畳されないが、この構成により、圧電アクチュエータの使用数を半減することが出来るため、低コスト化が可能である。   In the displacement magnifying apparatus 300 according to the third embodiment, the metal rod 32 is used as the displacement transmission mechanism. Similarly to the second embodiment, when the depth of the groove of the hinge portion 34 is adjusted and the displacement can be enlarged, the displacement of the first piezoelectric actuator 1 can be changed even if the displacement transmitting member is a metal rod 32. Can be enlarged and output. Unlike the first embodiment and the second embodiment, the displacement of the second actuator is not superimposed, but this configuration can reduce the number of piezoelectric actuators used by half, thereby reducing the cost. Is possible.

以上説明したように、本発明の変位拡大装置は、従来のように剛性の高い箱型の固定端部材を用いる必要も無いため、小型化が可能である。また、金属ケース封入型の圧電アクチュエータを用いているため、さらに、箱型の固定端部材等により密閉する必要も無く、構造がシンプルで製造が容易となる。   As described above, the displacement magnifying device of the present invention does not require the use of a box-shaped fixed end member with high rigidity as in the prior art, and can be miniaturized. In addition, since a metal case-enclosed piezoelectric actuator is used, there is no need for sealing with a box-shaped fixed end member or the like, and the structure is simple and manufacture is easy.

すなわち、本発明によれば、小型化を実現し、圧電アクチュエータの変位を拡大し無駄なく伝達する変位拡大装置、およびこの変位拡大装置を備えた流量制御弁を提供することが可能である。   In other words, according to the present invention, it is possible to provide a displacement enlarging device that realizes miniaturization, expands the displacement of the piezoelectric actuator and transmits it without waste, and a flow control valve equipped with the displacement enlarging device.

1 第一の圧電アクチュエータ
2 第二の圧電アクチュエータ
3 支柱
4、24、34 ヒンジ部
5、25 アーム
6 第一の連結球
7 第二の連結球
8a、8b 第三の連結球
9a、9b 調節ねじ
10a、10b ロックナット
11、111 固定台座
12、112 ダイヤフラム構造体
13 傾き補正機構
14、114 流路
15、115 弁体
16、116 加圧部
17、117 固定部
32 金属棒
100、200、300 変位拡大装置
101、102 電歪素子
103 固定端部材
104 カップリング機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st piezoelectric actuator 2 2nd piezoelectric actuator 3 Support | pillar 4, 24, 34 Hinge part 5, 25 Arm 6 1st connection ball | bowl 7 2nd connection ball | bowl 8a, 8b 3rd connection ball | bowl 9a, 9b Adjustment screw 10a, 10b Lock nut 11, 111 Fixed base 12, 112 Diaphragm structure 13 Inclination correction mechanism 14, 114 Flow path 15, 115 Valve body 16, 116 Pressurization unit 17, 117 Fixed unit 32 Metal rod 100, 200, 300 Displacement Enlargement devices 101 and 102 Electrostrictive element 103 Fixed end member 104 Coupling mechanism

Claims (6)

変位出力部材に第一の連結球を介して連結される変位伝達部材と、固定台座に第二の連結球を介して連結される第一の圧電アクチュエータを備え、前記変位伝達部材と前記第一の圧電アクチュエータの間に並ぶように支柱が配置され、前記支柱の一端は固定台座に固定され、前記支柱の他端には、ヒンジ部を介して、前記支柱の先端から前記支柱の立設方向に直角で互いに反対となる2方向に延びるアームを具備し、前記アームの一方には前記変位伝達部材の一端が、前記アームの他方には前記第一の圧電アクチュエータの一端がそれぞれ第三の連結球を介して連結されていることを特徴とする変位拡大装置。   A displacement transmission member coupled to the displacement output member via the first coupling sphere; and a first piezoelectric actuator coupled to the fixed base via the second coupling sphere, the displacement transmission member and the first Struts are arranged so as to be lined up between the piezoelectric actuators, and one end of the strut is fixed to a fixed base. And an arm extending in two directions perpendicular to each other, one end of the displacement transmitting member being connected to one of the arms, and one end of the first piezoelectric actuator being connected to the other of the arms. A displacement magnifying device characterized by being connected via a sphere. 前記変位伝達部材が第二の圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項1に記載の変位拡大装置。   The displacement magnifying device according to claim 1, wherein the displacement transmitting member is a second piezoelectric actuator. 前記変位伝達部材が金属棒であることを特徴とする請求項1に記載の変位拡大装置。   The displacement magnifying device according to claim 1, wherein the displacement transmission member is a metal rod. 前記ヒンジ部は、前記支柱の端部の、前記変位伝達部材および前記第一の圧電アクチュエータに対向する面の少なくとも一方に、溝を形成してなることを特徴とする請求項1〜3に記載の変位拡大装置。   The said hinge part forms a groove | channel in at least one of the surface facing the said displacement transmission member and said 1st piezoelectric actuator of the edge part of the said support | pillar, The Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Displacement enlargement device. 前記溝の深さは、前記変位伝達部材側が大であることを特徴とする請求項1〜4に記載の変位拡大装置。   The displacement magnifying device according to claim 1, wherein the depth of the groove is large on the displacement transmission member side. 前記変位出力部材がダイヤフラム構造体であり、請求項1〜5に記載の変位拡大装置を備え、前記ダイヤフラム構造体の動作により流体流路を開閉することを特徴とする流量制御弁。   The flow rate control valve, wherein the displacement output member is a diaphragm structure, includes the displacement enlarging device according to claim 1, and opens and closes a fluid flow path by an operation of the diaphragm structure.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018062608A1 (en) * 2016-09-27 2018-04-05 한국전기연구원 Piezoelectric servo valve
JP2021063996A (en) * 2016-10-20 2021-04-22 エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. Pressure control valve, fluid handling structure for lithographic apparatus, and lithographic apparatus
JP2021104506A (en) * 2017-06-01 2021-07-26 有限会社メカノトランスフォーマ Dispenser
US11499540B2 (en) 2018-12-21 2022-11-15 Seiko Epson Corporation Displacement magnifying device, diaphragm type compressor, cooling unit, projector, recording apparatus, and three-dimensional molded object manufacturing apparatus

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61168025A (en) * 1985-01-21 1986-07-29 Hitachi Ltd Driving device
JPS63193173U (en) * 1987-05-30 1988-12-13
JPH01105390U (en) * 1987-12-28 1989-07-17
JPH01279174A (en) * 1988-04-28 1989-11-09 Hitachi Metals Ltd Flow control valve
JPH0438177A (en) * 1990-05-31 1992-02-07 Nec Corp Piezo-electric actuator
JPH07310842A (en) * 1994-05-19 1995-11-28 Fujikin:Kk Fine flow rate adjustment valve
US20040056565A1 (en) * 2002-09-23 2004-03-25 Lockheed Martin Corporation High pressure, high speed actuator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61168025A (en) * 1985-01-21 1986-07-29 Hitachi Ltd Driving device
JPS63193173U (en) * 1987-05-30 1988-12-13
JPH01105390U (en) * 1987-12-28 1989-07-17
JPH01279174A (en) * 1988-04-28 1989-11-09 Hitachi Metals Ltd Flow control valve
JPH0438177A (en) * 1990-05-31 1992-02-07 Nec Corp Piezo-electric actuator
JPH07310842A (en) * 1994-05-19 1995-11-28 Fujikin:Kk Fine flow rate adjustment valve
US20040056565A1 (en) * 2002-09-23 2004-03-25 Lockheed Martin Corporation High pressure, high speed actuator

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018062608A1 (en) * 2016-09-27 2018-04-05 한국전기연구원 Piezoelectric servo valve
JP2021063996A (en) * 2016-10-20 2021-04-22 エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. Pressure control valve, fluid handling structure for lithographic apparatus, and lithographic apparatus
US11199771B2 (en) 2016-10-20 2021-12-14 Asml Netherlands B.V. Pressure control valve, a fluid handling structure for lithographic apparatus and a lithographic apparatus
JP7126543B2 (en) 2016-10-20 2022-08-26 エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. Pressure control valve, fluid handling structure for lithographic apparatus, and lithographic apparatus
JP2021104506A (en) * 2017-06-01 2021-07-26 有限会社メカノトランスフォーマ Dispenser
JP7058046B2 (en) 2017-06-01 2022-04-21 有限会社メカノトランスフォーマ Dispenser
US11499540B2 (en) 2018-12-21 2022-11-15 Seiko Epson Corporation Displacement magnifying device, diaphragm type compressor, cooling unit, projector, recording apparatus, and three-dimensional molded object manufacturing apparatus

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