JP2651172B2

JP2651172B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP2651172B2
Application number: JP62333008A
Authority: JP
Inventors: 修筒井
Original assignee: TOTO KIKI KK
Current assignee: TOTO KIKI KK
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1997-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JPH01173768A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、各種装置を作動するために用いる直動式の
アクチュエータに関する。

（ロ）従来の技術従来、かかるアクチュエータとしては、機械的アクチ
ュエータ、電気的アクチュエータ、流体アクチュエータ
等、各種形態のアクチュエータが知られている。

そして、かかるアクチュエータを用いることによっ
て、各種装置や機械等に所望の動作を自動的にさせるこ
とができる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点しかし、かかる従来のアクチュエータは、いずれも高
精度の位置決めを行うことができず、各種装置や機械等
の動作を精密に制御することができなかった。

本発明は、上記問題点を解決することができるアクチ
ュエータを提供することを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段本発明は、アクチュエータケーシング内に、軸線に沿
って進退自在にプランジャを取付け、同プランジャの外
周面上に複数の圧電素子を配設するとともに、一部の圧
電素子を半径方向に伸縮させてプランジャをクランプ可
能とするとともに、他の圧電素子をプランジャの軸線方
向に伸縮自在となし、かつ圧電素子の所定部位とアクチ
ュエータケーシングの相対位置を一定に保つ保持体を介
設し、さらに、非クランプ状態のプランジャを待機位置
に復帰させる復帰スプリングを、アクチュエータケーシ
ングに取付けたことを特徴とするアクチュエータに係る
ものである。

（ホ）作用及び効果以上述べてきた構成により、本発明は、以下の作用及
び効果を奏する。

アクチュエータは、三つの圧電素子を作動することに
よってプランジャを進退させるようにしたので、電圧の
印加回数に応じてμｍオーダ或いはサブμｍのオーダに
よってプランジャを進退することができ、各種装置や機
械等を精密に作動させることができる。

アクチュエータは、μｍオーダ或いはサブμｍのオー
ダによってプランジャを進退させることができるので、
各種装置や機械等の被駆動物との間に減速機構等を介在
させる必要がなく、各種装置や機械等の全体構造を著し
くコンパクトにすることができる。

非クランプ状態のプランジャを待機位置に復帰させる
復帰スプリングを、アクチュエータケーシングに取付け
たので、例えば、停電時において、非クランプ状態にあ
るプランジャを、容易に弁完全閉塞位置まで復帰スプリ
ングの復元力により移動して、弁を完全に閉塞して、流
体の流出や漏出を確実に防止することができる。

アクチュエータケーシングの一方の壁体と、積層した
圧電素子の端面との間に保持体を介設して、圧電素子を
ケーシングの他方の壁体に弾性的に押圧しているので、
電圧の印加、解除により圧電素子が移動しても、常時圧
電素子の所定部位とアクチュエータケーシングの相対位
置を一定に保持することができ、プランジャの正確な作
動規制が可能となる効果を有する。

（ヘ）実施例以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を具体
的に説明する。

第１図に本実施例に係るアクチュエータＡの構成を示
す。

図示するように、アクチュエータＡは、前後壁a,bを
具備する筒状のアクチュエータケーシングｃ内に、同心
円的にかつ軸線に沿って進退自在にプランジャｄを取付
け、さらに、プランジャｄの外周面上に、同心円的に、
三つの圧電素子e,f,gからなる圧電素子組立体Ｂを配設
することによって構成している。

そして、この圧電素子e,f,gは、電源をオフした際に
縮むように構成されている。

即ち、圧電素子e,fは、通電していない状態では縮ん
でプランジャｄを非クランプ状態にするとともに、通電
状態では伸びてプランジャｄをクランプする。一方、圧
電素子ｇは、通電していない状態ではプランジャｄ上を
軸線方向に伸びた状態にあり、通電状態では、プランジ
ャｄ上を縮み、その軸線方向の全長を短くすることにな
る。

そして、プランジャｄは、かかる三つの圧電素子e,f,
gを適当に制御することにより、軸線方向に移動するこ
とができる。

また、圧電素子e,fは、第１図及び第２図に示すよう
に、多数の圧電素子片をプランジャｄの軸芯廻りに同心
円的に積層して形成したリング状の素子であり、リング
がプランジャｄと接する内側と同様に外側に電極が取付
えられており、電圧が印加されると、このリングが伸び
るように構成されている。

また、圧電素子ｇは、第１図及び第３図に示すよう
に、多数の圧電素子片をプランジャｄの軸芯と直角に積
層して形成した円筒状の素子で、円筒の両端に電極が設
けられており、この両端に電圧を印加することにより、
縮むように構成されている。

なお、圧電素子片は、例えば、圧電セラミックスを用
いることができ、かかる圧電セラミックスとしては、AB
O₃ペロブスカイト形の結晶構造をもつ強誘電材料であっ
てPZT(Pb(Zr,Ti)O₃系、やPLZT(Pb(Zr,Ti)O₃),PT(PbTi
O₃)系、あるいはPZTを基にした３成分系のものを用いる
ことができる。

また、圧電素子e,fは、第４図に示すように、多数の
薄肉リング状の圧電素子片をプランジャｄの軸芯周りに
軸線方向に積層して形成することもできる。この場合、
電圧の印加方向を、90度変えることになる。

同様に、圧電素子ｇは、第４図に示すように、多数の
長尺薄肉筒状の圧電素子片をプランジャｄの周りに同心
円的に積層して形成することもできる。なお、この場合
も、電圧の印加方向を、90度変えることになる。

さらに、ｈは圧電素子ｆの後端と後壁ｂとの間に介設
した皿バネ等の弾性体で構成した保持体であり、圧電素
子e,f,gの端面を常時アクチュエータケーシングｃの前
壁ａに向けて弾性的に押圧して相対位置を保持するとと
もに、圧電素子組立体Ｂの一体化を図るものである。

また、第１図において、i,jはアクチュエータＡの水
密性を高めるために設けたＵパッキンである。

また、ｋはアクチュエータケーシングａの後壁ｃの背
部に設けたスプリング収納室であり、同収納室ｋ内に
は、復帰スプリングＳを圧縮状態にサンドイッチした状
態でスプリング受板l,mが配設されている。そして、一
側スプリング受板ｌは、プランジャｄと一体的に連結さ
れており、他側スプリング受板ｍは、補助壁ｎに螺着し
た螺杆ｏと一体的に連結されている。

かかる構成によって、プランジャｄが非クランプ状態
のときは、プランジャｄを、復帰スプリングＳの復元力
によって、最大前進位置まで伸出することができること
になる。

また、復帰スプリングＳの復元力は、螺杆ｏを回転し
て両スプリング受板l,m間の間隔を調節することによっ
て容易に調整することができる。

なお、上記構成において、圧電素子e,f,gは、円形断
面のみでなく、例えば、矩形断面等とすることもでき、
また、第５図及び第６図に示す如く、分割片から形成す
ることもできる。

また、プランジャｄは、圧電素子e,f,gによって多数
回クランプされるものであるため、線膨脹係数が小さ
く、硬度、強度、耐クリープ性及び耐摩耗性が大きく、
さらに、加工精度が高いものが望ましく、例えば、セラ
ミック素材としたものが考えられる。

ついで、かかる構成を有するアクチュエータＡによる
プランジャｄの移動について、第７図〜第10図を参照し
て説明する。

第７図に示すように、圧電素子ｆをそのままにしてプ
ランジャｄをクランプさせるとともに、圧電素子ｅに電
圧を印加して縮め、プランジャのクランプを解除する。

次に、第８図に示すように、圧電素子ｇに電圧を印加
して縮めると、圧電素子ｆが矢印方向に移動し、これに
伴って圧電素子ｆがクランプするプランジャｄも同一方
向に移動する。

その後、第９図に示すように、圧電素子ｆに電圧を印
加してプランジャｄのクランプを解除するととともに圧
電素子ｇに加えていた電圧を解除すると、圧電素子ｇは
矢印方向に伸び、圧電素子ｆも同一方向に伸びる。

その後、上記動作を繰り返すことにより、プランジャ
ｄを、μｍオーダ或いはサブμｍオーダのストロークで
尺とり虫状に移動することができ、各種装置や機械等の
精密に動作させることができる。

さらに、本実施例では、非クランプ状態のプランジャ
ｄを待機位置に復帰させる復帰スプリングＳを、アクチ
ュエータケーシングａに取付けたので、例えば、停電時
において、第10図に示すように、プランジャｄが非クラ
ンプ状態になっても、容易に、同プランジャｄを最前進
位置、例えば、弁完全閉塞位置まで復帰スプリングＳの
復元力により移動して、弁を完全に閉塞して、流体の流
出や漏出を確実に防止することができる。

第11図に本発明の他の実施例を示す。

本図において、圧電素子e,f,gは、圧電素子ｇの中央
部で保持体ｈによりアクチュエータケーシングｃに相対
位置を保つべく保持されている。

ｔは、圧電素子e,fをｇと弾性的に連結するブリッジ
部であり、ｕは、圧電素子e,fによりプランジャｄを拘
束するのに適した摩擦力、耐摩耗性を有するライニング
材である。

また、第12図及び第13図に本実施例にかかるアクチュ
エータＡの適用例を示しており、湯水混合栓として機能
する自動開閉弁にかかるアクチュエータを応用した例で
ある。

第12図及び第13図において、10は円筒状の箱体をなす
ケーシングであり、同ケーシング10は、その一側側壁
に、二つの両端開口の筒体11,12を突設しており、その
内部に一側流路13,14を形成している。

そして、一側流路13,14は湯水混合栓の給水流路及び
給湯流路として機能するものであり、その外側開口端13
a,14aは、それぞれ給水配管15と給湯配管16と連通して
いる。

一方、一側流路13,14の内側開口端13b,14bは、それぞ
れ、ケーシング10の両端に形成した隔室17,18と連通し
ている。

また、ケーシング10の他側側壁には、両端開口のＴ字
状筒体19が突設されており、同Ｔ字状筒体19内には、Ｔ
字状の他側流路20が形成されている。

そして、かかる他側流路20は、湯水混合栓の混合水流
路として機能するものであり、その外側開口端20aは、
混合水配管21と連通しており、一方、その内側二股状開
口端20b,20cは隔室17,18と連通している。

さらに、Ｔ字状筒体19の内側二股状開口部には、それ
ぞれ弁座22,23が設けられており、同弁座22,23には、ケ
ーシング10内を軸線方向に進退して弁座22,23と接離
し、内側二股状開口端20b,20cを開閉するダイアフラム
弁からなる弁体24,25が配設されている。

さらに、ケーシング10の両端には、それぞれアクチュ
エータＡが取付られている。

そして、各アクチュエータＡは、そのプランジャｄの
先端を弁体24,25の後部と当接自在となし、弁体24,25を
開閉自在としている。

なお、第11図において、30は他側流路20内に設けた温
度センサであり、混合水の温度を検出し、検出値を制御
部にフィードバックして、制御部に検出値に基づいて自
動開閉弁の両アクチュエータＡを作動させ、適温制御を
させるものである。

そして、かかる構成を有する自動開閉弁の作動を、簡
単に説明すると、以下の如くなる。

即ち、温度センサ30からの検出値を制御部にフィード
バックして、制御部に検出値に基づいて自動開閉弁の両
アクチュエータＡをそれぞれ別個に作動させると、弁体
24,25が設定開度で開閉して、一側流路13,14から他側流
路20に流れる給水量と給湯量を一定の混合割合で混合す
ることができる。

そして、かかる作用において、弁体24,25はアクチュ
エータＡによって作動するようにしているので、流量制
御をより確実に行うことができ、適温制御をより確実に
行うことができる。

以上述べてきた如く、本実施例に係る発明は、以下の
作用及び効果を奏する。

アクチュエータＡは、三つの圧電素子e,f,gを作動す
ることによってプランジャｄを進退させるようにしたの
で、電圧の印加回数に応じて、μｍオーダ或いはサブμ
ｍのオーダによってプランジャｄを進退することがで
き、各種装置や機械等を精密に作動させることができ
る。

アクチュエータＡは、μｍオーダ或いはサブμｍのオ
ーダによってプランジャｄを進退させることができるの
で、各種装置や機械等の被駆動物との間に減速機構等を
介在させる必要がなく、各種装置や機械等の全体構造を
著しくコンパクトにすることができる。

非クランプ状態のプランジャｄを待機位置に復帰させ
る復帰スプリングＳを、アクチュエータケーシングａに
取付けたので、例えば、停電時において、非クランプ状
態にあるプランジャｄを、容易に弁完全閉塞位置まで復
帰スプリングＳの復元力により移動して、弁を完全に閉
塞して、流体の流出や漏出を確実に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアクチュエータの断面側面図、第
２図及び第３図は第１図Ｉ−Ｉ線及びII-II線による横
断面図、第４図〜第６図は他の実施例にかかる圧電素子
の横断面図、第７図〜第10図はアクチュエータの作動状
態説明図、第11図は本発明に係るアクチュエータの他の
実施例の断面側面図、第12図及び第13図は上記アクチュ
エータを具備した自動開閉弁の断面側面図である。図中、 A:アクチュエータ B:圧電素子組立体 S:復帰スプリング a:前壁、b:後壁 c:アクチュエータケーシング d:プランジャ、e:圧電素子 f:圧電素子、g:圧電素子 h:保持体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アクチュエータケーシング（ｃ）内に、軸
線に沿って進退自在にプランジャ（ｄ）を取付け、同プ
ランジャ（ｄ）の外周面上に圧電素子（ｅ），（ｆ），
（ｇ）を配設すると共に、圧電素子（ｅ），（ｆ）を半
径方向に伸縮させてプランジャ（ｄ）をクランプ可能と
すると共に、圧電素子（ｇ）をプランジャ（ｄ）の軸線
方向に伸縮自在となし、かつ圧電素子（ｅ），（ｆ），
（ｇ）の所定部位とアクチュエータケーシング（ｃ）の
相対位置を一定に保つために、アクチュエータケーシン
グ（ｃ）の一方の壁体と、積層した圧電素子（ｅ），
（ｆ），（ｇ）の端面との間に弾性体で構成した保持体
（ｈ）を介設し、さらに、非クランプ状態のプランジャ
（ｄ）を待機位置に復帰させる復帰スプリング（Ｓ）
を、アクチュエータケーシング（ｃ）とプランジャ
（ｄ）端部との間に介設したことを特徴とするアクチュ
エータ。