JP2800202B2 - Piezo actuator - Google Patents

Piezo actuator

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JP2800202B2
JP2800202B2 JP63268848A JP26884888A JP2800202B2 JP 2800202 B2 JP2800202 B2 JP 2800202B2 JP 63268848 A JP63268848 A JP 63268848A JP 26884888 A JP26884888 A JP 26884888A JP 2800202 B2 JP2800202 B2 JP 2800202B2
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plunger
clamping
stroke
piezoelectric
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欽也 有田
良一 塚田
啓史 堀内
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東陶機器株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、各種装置を作動させるために用いる圧電ア
クチュエータに関する。
The present invention relates to a piezoelectric actuator used for operating various devices.

(ロ)従来の技術 従来、第10図に示すように、圧電アクチュエータの一
形態として、ケーシング49内を軸線方向に移動するプラ
ンジャ50と、同プランジャ50をつかむクランプ部材51,5
2と、クランプ部材51,52を作動させるクランプ用圧電素
子53,54と、上記クランプ用圧電素子53,54と協働してプ
ランジャ50を軸線方向に移動させるストローク用圧電素
子55,56とにより構成されたものがある。なお、図中、5
7はクランプ用圧電素子53,54とストローク用圧電素子55
とをケーシング49に支持固定するための保持具である。
(B) Conventional technology Conventionally, as shown in FIG. 10, as one form of a piezoelectric actuator, a plunger 50 that moves in a casing 49 in an axial direction and clamp members 51 and 5 that grip the plunger 50 are provided.
2, the clamping piezoelectric elements 53, 54 for operating the clamp members 51, 52, and the stroke piezoelectric elements 55, 56 for moving the plunger 50 in the axial direction in cooperation with the clamping piezoelectric elements 53, 54. Some have been configured. In the figure, 5
7 is the piezoelectric element for clamping 53, 54 and the piezoelectric element for stroke 55
And a holder for supporting and fixing the above to the casing 49.

そして、かかる圧電アクチュエータの作動について簡
単に説明すると、アクチュエータ駆動ボタンを押すと、
制御装置が、メモリから読み出した駆動順序プログラム
に従って、クランプ用圧電素子53,54とストローク用圧
電素子55,56に電圧を印加してクランプ部材51,52にプラ
ンジャ50をクランプさせたり、軸線方向に移動させるこ
とによって、プランジャ50を尺取り虫状に、μmオーダ
或いはサブμmオーダのストロークで移動させることが
できる。
When the operation of the piezoelectric actuator is briefly described, when an actuator drive button is pressed,
The control device applies a voltage to the clamping piezoelectric elements 53, 54 and the stroke piezoelectric elements 55, 56 to cause the clamp members 51, 52 to clamp the plunger 50 in accordance with the driving sequence program read from the memory, By moving the plunger 50, the plunger 50 can be moved with a stroke on the order of μm or sub-μm in the shape of a worm.

(ハ)発明が解決しようとする問題点 しかし、かかる圧電アクチュエータは、未だ、以下の
問題点を有していた。
(C) Problems to be solved by the invention However, such a piezoelectric actuator still has the following problems.

即ち、第10図に示すように、ストローク用圧電素子5
5,56は、それぞれ多数の圧電素子片60を積層状態に接着
して構成されている。
That is, as shown in FIG.
Each of 5, 56 is formed by bonding a large number of piezoelectric element pieces 60 in a laminated state.

これは、各圧電素子片60の電圧印加時におけるプラン
ジャ軸線方向変位量が小さいことに鑑み、十分な変位量
を確保するため、積層構造としたものである。
In view of the small amount of displacement of the piezoelectric element pieces 60 in the axial direction of the plunger when a voltage is applied, the piezoelectric element piece 60 has a laminated structure to ensure a sufficient amount of displacement.

ところで、かかるストローク用圧電素子55,56は多数
の圧電素子片60を必要とし、かつそれぞれに電圧を印加
しなければならないので、エネルギー効率が悪くなる。
Incidentally, the stroke piezoelectric elements 55 and 56 require a large number of piezoelectric element pieces 60 and must apply a voltage to each of them, so that the energy efficiency deteriorates.

また、積層構造は製造が複雑かつ煩雑となり、製作費
を高くすることになる。
In addition, the laminated structure is complicated and complicated to manufacture, and increases the manufacturing cost.

本発明は、上記問題点を解決することができる圧電ア
クチュエータを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator that can solve the above problems.

(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を軸線方向に
進退可能なプランジャと、プランジャの廻りに配設し、
それぞれ筒状のクランプ部材を介してプランジャをクラ
ンプ可能に構成した左右一対の筒状のクランプ用圧電素
子と、プランジャの廻りに配設し、かつ左右一対のクラ
ンプ用圧電素子の間に位置して、同プランジャを進退さ
せる筒状のストローク用圧電素子と、から構成してなる
圧電アクチュエータにおいて、筒状のストローク用圧電
素子の両側端面に、各クランプ部材に連設したドーナツ
状の可撓性部材の内側面をそれぞれ接着すると共に、一
方の可撓性部材の外側面をアクチュエータケーシングに
固着した保持具を取付けるとともに、他方の可撓性部材
の外側面にはストローク増幅用部材を連設し、保持具及
びストローク増幅用部材には、それぞれクランプ部材を
連設し、同クランプ部材の外周面にクランプ用圧電素子
を取付けたことを特徴する圧電アクチュエータを提供せ
んとするものである。
(D) Means for Solving the Problems The present invention provides a plunger that can move back and forth in the axial direction within an actuator casing, and a plunger disposed around the plunger.
A pair of left and right cylindrical clamping piezoelectric elements each configured to be capable of clamping the plunger via a cylindrical clamping member, and disposed around the plunger, and positioned between the pair of left and right clamping piezoelectric elements. A cylindrical piezoelectric element for moving the plunger forward and backward, wherein a donut-shaped flexible member connected to each clamp member is provided on both end surfaces of the cylindrical piezoelectric element for stroke. The inner surface of each of the flexible members is adhered to each other, and a retainer having the outer surface of one of the flexible members fixed to the actuator casing is attached, and a stroke amplifying member is continuously provided on the outer surface of the other flexible member, A clamp member is connected to the holder and the stroke amplifying member, and a clamp piezoelectric element is mounted on the outer peripheral surface of the clamp member. Chosuru is to St. provide a piezoelectric actuator.

(ホ)作用及び効果 上記した構成により、本発明は以下の作用及び効果を
奏する。
(E) Function and Effect With the above-described configuration, the present invention has the following function and effect.

本発明では、筒状のストローク用圧電素子の両側端面
に、各クランプ部材に連接したドーナツ状の可撓性部材
の内側面をそれぞれ接着すると共に、一方の可撓性部材
の外側面をアクチュエータケーシングに固着した保持具
に取付けるとともに、他方の可撓性部材の外側面にはス
トローク増幅用部材を配設し、保持具及びストローク増
幅用部材には、それぞれクランプ部材を連設し、同クラ
ンプ部材の外周面にクランプ用圧電素子を取付けた構成
としている。
According to the present invention, an inner surface of a donut-shaped flexible member connected to each clamp member is adhered to both end surfaces of a cylindrical piezoelectric element for stroke, and an outer surface of one of the flexible members is attached to an actuator casing. A stroke amplifying member is provided on the outer surface of the other flexible member, and a clamp member is connected to each of the holder and the stroke amplifying member. Are mounted with a clamping piezoelectric element on the outer peripheral surface thereof.

従って、ストローク用圧電素子に電圧を印加すると、
ストローク用圧電素子の両側面は両可撓性部材に接着さ
れているために伸縮せず、中央部のみが伸縮して、スト
ローク用圧電素子は両側方に膨らんだ太鼓状又は両側方
が凹んだ鼓状に変形し、その結果、両可撓性素材も弓な
りに変形し、同変形に基づいて、両可撓性素材の外側面
はプランジャの軸線方向に変位し、同変位によって、ス
トローク増幅用部材の内側面はプランジャ軸線方向に増
幅されて大きく変位することになり、同ストローク増幅
用部材の内側面に形成したクランプ部も同様にプランジ
ャ軸線方向に大きく変位することになる。
Therefore, when a voltage is applied to the piezoelectric element for stroke,
Both sides of the piezoelectric element for stroke do not expand and contract because they are adhered to both flexible members, only the central part expands and contracts, and the piezoelectric element for stroke expands on both sides in a drum-shaped or concave on both sides. It deforms like a drum, and as a result, both flexible materials also deform like a bow, and based on the deformation, the outer surfaces of both flexible materials are displaced in the axial direction of the plunger, and the displacement is used to amplify the stroke. The inner surface of the member is amplified in the plunger axis direction and greatly displaced, and the clamp portion formed on the inner surface of the stroke amplifying member is also largely displaced in the plunger axial direction.

このように、本発明では、単一の圧電素子片又は少数
の圧電素子片の積層体によって圧電素子を形成しても、
圧電素子の両面に接着した可撓性部材とストローク増幅
用部材との協働によってクランプ部をプランジャ軸線方
向に大きく変位させることができる。
Thus, in the present invention, even if a piezoelectric element is formed by a single piezoelectric element piece or a laminate of a small number of piezoelectric element pieces,
The clamp can be largely displaced in the axial direction of the plunger by cooperation between the flexible member adhered to both surfaces of the piezoelectric element and the stroke amplifying member.

即ち、単一又は少数の圧電素子片からなるストローク
用圧電素子によって発生する変位が小さくても十分な変
位を確保することができるので、電力消費量を小さくし
て節電を図ることができる。
That is, even if the displacement generated by the stroke piezoelectric element composed of a single or a small number of piezoelectric element pieces is small, a sufficient displacement can be ensured, so that power consumption can be reduced and power can be saved.

また、ストローク用圧電素子を、単一又は少数の圧電
素子片より形成することできるので、ストローク用圧電
素子を容易に製作することができ、製作費を安価なもの
とすることができる。
Further, since the stroke piezoelectric element can be formed from a single or a small number of piezoelectric element pieces, the stroke piezoelectric element can be easily manufactured, and the manufacturing cost can be reduced.

(ヘ)実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を詳説
する。
(F) Embodiment Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.

第1図に本実施例に係わる圧電アクチュエータAの全
体構成を示す。
FIG. 1 shows the overall configuration of a piezoelectric actuator A according to this embodiment.

図示するように、圧電アクチュエータ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、それぞれクランプ部材k,lを具備する一対のクラ
ンプ用圧電素子e,fと、ストローク用圧電素子gとを配
設することによって構成している。
As shown, the piezoelectric actuator A includes front and rear walls a,
plunger d concentrically and freely reciprocable along the axis in a cylindrical actuator casing c comprising
And a pair of clamp piezoelectric elements e and f each having a clamp member k and l, and a stroke piezoelectric element g are arranged concentrically on the outer peripheral surface of the plunger d. doing.

即ち、図示の実施例において、クランプ用圧電素子e
はアクチュエータケーシングcの中央部に取付けた保持
具Hの左側に配設・支持されており、一方、クランプ用
圧電素子fとストローク用圧電素子gとは保持具Hの右
側に配設・支持されている。なお、保持具Hはクランプ
取付体として機能するものである。
That is, in the illustrated embodiment, the clamping piezoelectric element e
Are disposed and supported on the left side of a holder H attached to the center of the actuator casing c, while the piezoelectric element f for clamping and the piezoelectric element g for stroke are disposed and supported on the right side of the holder H. ing. The holder H functions as a clamp attachment.

そして、上記各圧電素子e,f,gの配設・支持状態につ
いて説明すると、以下の如くなる。
The arrangement and support of the piezoelectric elements e, f, and g will be described below.

まず、クランプ用圧電素子eの配設・支持状態につい
て説明すると、第1図において、保持具Hの内側面に
は、ケーシングcの前壁a方向に伸延する縦割スリット
を設けた筒状のクランプ部材kのスリット無しの基端k2
を片持梁状に着脱自在に連結している。
First, the arrangement and support of the clamping piezoelectric element e will be described. In FIG. 1, a cylindrical slit having a vertically split slit extending in the direction of the front wall a of the casing c is provided on the inner surface of the holder H. Base k 2 without slit of clamp member k
Are removably connected in a cantilever shape.

また、プランジャdをクランプするべくクランプ部材
kの先端に設けたクランプ部k1は、上記クランプ部材k
の基端k2から離隔した位置に設けられている。
Further, the clamp portion k 1 provided at the tip of the clamp member k in order to clamp the plunger d is the clamping member k
It provided from the proximal k 2 to the position spaced apart.

そして、同クランプ部k1の外周面上には、単一又は少
数の圧電板を積層して形成した圧電素子eを接着剤を用
いて取付けている。
Then, on the outer peripheral surface of the clamp portion k 1 is attached with an adhesive piezoelectric elements e formed by laminating a single or small number of the piezoelectric plate.

次に、ストローク用圧電素子gとクランプ用圧電素子
fの配設・支持状態について説明する。
Next, the arrangement and support of the piezoelectric element g for stroke and the piezoelectric element f for clamping will be described.

第1図に示すように、保持具Hの右側には、単一又は
少数の圧電板xを積層状態に接着して形成したストロー
ク用圧電素子gが配設されており、同ストローク用圧電
素子gは、その両側面に、それぞれ可撓性部材j,mの内
側面を接着剤を用いて接着している。
As shown in FIG. 1, on the right side of the holder H, a stroke piezoelectric element g formed by bonding a single or a small number of piezoelectric plates x in a laminated state is disposed. g has the inner surfaces of the flexible members j and m bonded to both side surfaces thereof using an adhesive.

また、一方の可撓性部材jは、その外側面を保持具H
の外側面に連結ボルトnによって連結固定するととも
に、他方の可撓性部材mは、その外側面を、剛性素材か
らなるストローク増幅用部材oの外側面に連結ボルトP
によって連結している。
One of the flexible members j has its outer surface held by a holder H.
And the other flexible member m is connected to an outer surface of a stroke amplifying member o made of a rigid material by a connecting bolt P.
Are linked by

さらに、ストローク増幅用部材oは、その内側面に
は、ケーシングcの後壁b方向に伸延する縦割スリット
を設けた筒状のクランプ部材lのスリット無しの基端12
を片持梁状に着脱自在に連結している。
Moreover, members for stroke amplification o is its inner surface, the vertical split slits provided a cylindrical base end without the slit of the clamp member l 1 2 which extends in the wall direction b of the casing c
Are removably connected in a cantilever shape.

また、プランジャdをクランプするべくクランプ部材
lの先端に設けたクランプ部11は、上記クランプ部材l
の基端12から離隔した位置に設けられている。
Further, the clamp portion 1 1 which is provided at the distal end of the clamping member l in order to clamp the plunger d is the clamping member l
Provided from the proximal end 1 2 position spaced.

そして、同クランプ部11の外周面上には、単一又は少
数の圧電板を積層して形成した圧電素子fを接着剤を用
いて取付けている。
Then, on the outer peripheral surface of the clamp portion 1 1 is attached with an adhesive a piezoelectric element f formed by laminating a single or small number of the piezoelectric plate.

なお、クランプ用圧電素子fは、クランプ用圧電素子
eと同様に、単数又は少数の圧電板xをプランジャdの
軸芯方向に積層して形成した円筒状の素子で、各圧電板
x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、伸びるように構成されている。
The clamping piezoelectric element f is a cylindrical element formed by laminating a single or a small number of piezoelectric plates x in the axial direction of the plunger d, similarly to the clamping piezoelectric element e. Is provided with an electrode, and is configured to be extended by applying a voltage to both ends thereof.

一方、ストローク用圧電素子gも、単数又は少数の圧
電素子片xをプランジャdの軸芯方向に積層して形成し
た円滑状の素子からなる。
On the other hand, the stroke piezoelectric element g is also a smooth element formed by laminating a single or a small number of piezoelectric element pieces x in the axial direction of the plunger d.

次に、各圧電素子e,f,gの作用及び具体的構成につい
て説明すると、以下のようになる。
Next, the operation and specific configuration of each of the piezoelectric elements e, f, and g will be described below.

即ち、クランプ用圧電素子e,fは、非通電状態では一
定のクランプ力Fでプランジャdをクランプしており、
正の電圧を印加することによってクランプ力F+αでク
ランプすることになり、負の電圧を印加することにより
クランプ力F−αの力でクランプすることになる。な
お、クランプ力は、F−α>0とする。即ち、負の電圧
が印加されている場合であっても、クランプ用圧電素子
e,fは、一定のクランプ力でプランジャdをクランプす
ることになる。
That is, the clamping piezoelectric elements e and f clamp the plunger d with a constant clamping force F in a non-energized state,
When a positive voltage is applied, clamping is performed with a clamping force F + α, and when a negative voltage is applied, clamping is performed with a clamping force F−α. Note that the clamping force is F-α> 0. That is, even when a negative voltage is applied, the piezoelectric element for clamping is
e and f clamp the plunger d with a fixed clamping force.

一方、ストローク用圧電素子gは、原則として、正電
圧を印加した状態では、プランジャd上を軸線方向に伸
びた状態にあり、負電圧を印加した状態では、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。
On the other hand, the stroke piezoelectric element g is, in principle, in a state of being extended in the axial direction on the plunger d when a positive voltage is applied, and contracting on the plunger d in the state of being applied with a negative voltage, in the axial direction. Will be shortened.

しかし、本実施例において、ストローク用圧電素子g
の両側面は両可撓性部材j,mに接着されているために、
ストローク用圧電素子gに正逆電圧を印加しても、両側
面は伸縮せず、中央部のみが伸縮するため、ストローク
用圧電素子gは、第2図及び第3図に示すように、両側
方に膨らんだ太鼓状又は両側方が凹んだ鼓状に変形す
る。
However, in this embodiment, the piezoelectric element for stroke g
Since both sides of are bonded to both flexible members j, m,
Even when a forward / reverse voltage is applied to the stroke piezoelectric element g, both sides do not expand / contract, only the central part expands / contracts. Therefore, as shown in FIGS. Deforms into a bulging drum shape or a concave drum shape on both sides.

その結果、両可撓性部材j,mも弓なりに変形し、同変
形に基づいて、両可撓性素材j,mの外側面はプランジャ
dの軸線方向に変位し、同可撓性部材mに外側面を連結
したストローク増幅用部材oも変位する。
As a result, the two flexible members j, m also deform like a bow, and based on the deformation, the outer surfaces of the two flexible materials j, m are displaced in the axial direction of the plunger d, and Also, the stroke amplifying member o having an outer surface connected thereto is displaced.

ところで、ストローク増幅用部材oは剛性部材から形
成されており、かつ、その外側面と内側面の距離が十分
に確保されているので、内側面は、外側面の変位に対し
て、プランジャdの軸線方向に数倍〜数十倍に増幅され
て変位することになり、同ストローク増幅用部材oの内
側面に形成したクランプ部材lのクランプ部k1及び同ク
ランプ部k1に取付けた圧電素子fも同様に大きくプラン
ジャ軸線方向に大きく変位することになる。
By the way, the stroke amplifying member o is formed of a rigid member, and the distance between the outer surface and the inner surface is sufficiently ensured. will be displaced are amplified in the axial direction several times to several ten times, a piezoelectric element attached to the clamping portion k 1 and the clamp portion k 1 of the clamping member l formed on the inner surface of the stroke amplifying member o f is also greatly displaced in the plunger axis direction.

このように、本実施例では、単一の圧電素子片x又は
少数の圧電素子片xの積層体によってストローク用圧電
素子gを形成しても、ストローク用圧電素子gの両面に
接着した可撓性部材j,mとストローク増幅用部材oとの
協働によってクランプ部k1及びクランプ用圧電素子fを
プランジャ軸線方向に大きく変位させることができる。
As described above, in the present embodiment, even if the stroke piezoelectric element g is formed by a single piezoelectric element piece x or a laminate of a small number of piezoelectric element pieces x, the flexible piezoelectric element bonded to both surfaces of the stroke piezoelectric element g sexual members j, the m and the stroke amplifying member o cooperation can be largely displaced clamping portion k 1 and clamping piezoelectric element f in plunger axial direction.

即ち、単一又は少数の圧電素子片xからなるストロー
ク用圧電素子gによって発生する変位が小さくても十分
なプランジャ軸線方向の変位を確保することができるの
で、電力消費量を小さくして節電を図ることができる。
That is, a sufficient displacement in the axial direction of the plunger can be ensured even if the displacement generated by the stroke piezoelectric element g composed of a single or a small number of piezoelectric element pieces x is small. Can be planned.

また、ストローク用圧電素子gを、単一又は少数の圧
電素子片xより形成することできるので、ストローク用
圧電素子gを容易に製作することができ、製作費を安価
なものすることができる。
Further, since the stroke piezoelectric element g can be formed from a single or a small number of piezoelectric element pieces x, the stroke piezoelectric element g can be easily manufactured, and the manufacturing cost can be reduced.

第1図におけるその他の構成要素について説明する
と、rは圧電アクチュエータAの水密性を高めるために
設けた摺動抵抗の小さいU字状又はY字状パッキンであ
る。
Explaining other components in FIG. 1, r is a U-shaped or Y-shaped packing provided with a small sliding resistance for improving the watertightness of the piezoelectric actuator A.

また、第4図に上記構成を有する圧電アクチュエータ
Aを制御するための制御装置Cの構成を示している。図
示するように、制御装置Cは、マイクロプロセッサR
と、入出力インターフェースS,Tと、上記圧電素子e,f,g
の駆動順序プログラムを記憶したメモリUとから構成さ
れる。
FIG. 4 shows a configuration of a control device C for controlling the piezoelectric actuator A having the above configuration. As shown, the control device C includes a microprocessor R
, Input and output interfaces S, T, and the piezoelectric elements e, f, g
And a memory U which stores the driving order program.

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の作動について、第5図〜第7図を参照し
て説明する。
Next, the operation of the plunger d by the actuator A having such a configuration will be described with reference to FIGS.

第4図に示すアクチュエータ駆動ボタンvを押すと、
制御装置Cが、メモリUから読み出した駆動順序プログ
ラムに従って、第5図に示すように、ストローク用圧電
素子gを負電圧印加状態に保持する一方、クランプ用圧
電素子eに負の電圧を印加してプランジャdへのクラン
プ力をF−αに低減するとともに、クランプ用圧電素子
fに正の電圧を印加してクランプ力をF+αに増加して
プランジャdをクランプさせる。
When the actuator drive button v shown in FIG. 4 is pressed,
According to the drive sequence program read from the memory U, the control device C holds the stroke piezoelectric element g in a negative voltage application state and applies a negative voltage to the clamp piezoelectric element e as shown in FIG. The clamp force on the plunger d is reduced to F-α, and a positive voltage is applied to the clamping piezoelectric element f to increase the clamp force to F + α to clamp the plunger d.

次に、第6図に示すように、ストローク用圧電素子g
へ正の電圧を印加して縮めると、ストローク用圧電素子
gは矢印の方向に移動し、これに伴ってクランプ用圧電
素子fがクランプ力F+αでクランプするプランジャd
も矢印方向に移動する。
Next, as shown in FIG.
When a positive voltage is applied to the piezoelectric element for contraction, the piezoelectric element for stroke g moves in the direction of the arrow, and accordingly, the piezoelectric element f for clamping causes the plunger d to be clamped by the clamping force F + α.
Also move in the direction of the arrow.

その後、第7図に示すように、クランプ用圧電素子f
に負の電圧を印加してクランプ力をF−αに低減すると
ともに、クランプ用圧電素子eに正の電圧を印加してク
ランプ力をF+αに増加してプランジャdをクランプさ
せる。そして、ストローク用圧電素子gに負の電圧を印
加して伸ばすとストローク用圧電素子gは矢印方向に移
動する。
Thereafter, as shown in FIG. 7, the clamping piezoelectric element f
To reduce the clamping force to F-α, and apply a positive voltage to the clamping piezoelectric element e to increase the clamping force to F + α to clamp the plunger d. When a negative voltage is applied to the piezoelectric element g for stroke and the piezoelectric element g is extended, the piezoelectric element g for stroke moves in the direction of the arrow.

ついで、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る。
Then, by repeating the above operation, the plunger d can be moved like a scale with a stroke on the order of μm or sub μm.

そして、かかる圧電アクチュエータAの作動におい
て、前述したように、ストローク用圧電素子gによって
発生するプランジャ軸線方向変位を増幅することができ
るので、ストローク用圧電素子gに印加する電圧を可及
的に小さくすることができ、節電を図ることができる。
In the operation of the piezoelectric actuator A, as described above, the displacement in the axial direction of the plunger generated by the piezoelectric element g for stroke can be amplified, so that the voltage applied to the piezoelectric element g for stroke is made as small as possible. Power can be saved.

また、第8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Dにかかる圧電アクチュエータAを応用した例で
ある。
FIG. 8 shows an actuator A according to this embodiment.
Is an example in which a piezoelectric actuator A according to an automatic on-off valve D functioning as a hot and cold water mixing tap is applied.

第8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、二つの一
側流路13,14を形成している。
In FIG. 8, reference numeral 10 denotes a casing that forms a cylindrical box, and the casing 10 has two one-side flow paths 13 and 14 formed on one side wall thereof.

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
は、それぞれ給水配管15と給湯配管16と連通している。
The one-side flow paths 13 and 14 function as a water supply flow path and a hot water supply flow path of the hot and cold water mixing tap, and the outer open ends thereof communicate with a water supply pipe 15 and a hot water supply pipe 16, respectively.

一方、一側流路13,14の内側開口端は、それぞれケー
シング10の両端に形成した隔壁17,18と連通している。
On the other hand, the inner open ends of the one-side flow paths 13 and 14 communicate with partition walls 17 and 18 formed at both ends of the casing 10, respectively.

また、ケーシング10の他側側壁には、両端開口のT字
状の他側流路20が形成されている。
On the other side wall of the casing 10, a T-shaped other side flow path 20 having both ends opened is formed.

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、その外側開口端は、混合
水配管21と連通しており、一方、その内側二股開口端は
隔壁17,18と連通している。
The other side flow path 20 functions as a mixed water flow path of a hot and cold water mixing tap, and the outer open end thereof communicates with the mixed water pipe 21, while the inner bifurcated open end thereof has a partition wall 17. , 18.

さらに、T字状筒体19の内側二股開口部には、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。
Further, valve seats 22 and 23 are provided in the inner forked opening of the T-shaped cylindrical body 19, respectively. , 23,
Valve bodies 24 and 25 each comprising a diaphragm valve for opening and closing the inner forked open end are provided.

さらに、ケーシング10の両端には、それぞれ圧電アク
チュエータAが取付けられている。
Further, piezoelectric actuators A are attached to both ends of the casing 10, respectively.

そして、各圧電アクチュエータ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。
Each of the piezoelectric actuators A is configured such that the tip of the plunger d can freely contact with the rear portions of the valve bodies 24 and 25.
25 can be opened and closed freely.

なお、第8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、検出値を第4
図に示すような制御装置Cにフィードバックして、制御
装置Cに検出値に基づいて自動開閉弁Dの両アクチュエ
ータAをPID制御等によって作動させ、適温制御を行う
ものである。
In FIG. 8, reference numeral 30 denotes a temperature sensor provided in the other side flow path 20, which detects the temperature of the mixed water and outputs the detected value to the fourth sensor.
This is fed back to the control device C as shown in the figure, and the control device C operates both actuators A of the automatic opening / closing valve D based on the detected value by PID control or the like to perform appropriate temperature control.

そして、かかる構成を有する自動開閉弁Dの作動を、
簡単に説明すると、以下の如くなる。
Then, the operation of the automatic on-off valve D having such a configuration is
Briefly, it is as follows.

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Dの
両圧電アクチュエータAをそれぞれ別個に作動させる
と、弁体24,25が設定温度で開閉して、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。
That is, when the detection value from the temperature sensor 30 is fed back to the control unit and the two piezoelectric actuators A of the automatic on-off valve D are individually operated based on the detection value, the valve bodies 24 and 25 are set at the set temperature. , The water supply amount and the hot water supply amount flowing from the one side flow paths 13 and 14 to the other side flow path 20 can be mixed at a constant mixing ratio.

そして、かかる作用において、弁体24,25は上記した
構成を有し、かつ上記した作用及び効果を奏する圧電ア
クチュエータAによって開閉するようにしているので、
流量制御及び適温制御をより精密かつ確実に行うことが
できる。
In this operation, the valve elements 24 and 25 have the above-described configuration, and are opened and closed by the piezoelectric actuator A having the above-described operations and effects.
Flow rate control and appropriate temperature control can be performed more precisely and reliably.

また、第9図に他の実施例に係る圧電アクチュエータ
Aの構成を示しており、図示するように、本実施例は、
上記した実施例(第1図〜第7図)における圧電アクチ
ュエータAに、さらに、クランプ力調整機能を付加した
構成に特徴を有する。
FIG. 9 shows the configuration of a piezoelectric actuator A according to another embodiment. As shown in FIG.
The present embodiment is characterized in that the piezoelectric actuator A in the above-described embodiment (FIGS. 1 to 7) is further provided with a clamping force adjusting function.

即ち、クランプ部材k,lは、その環状外周面上に、第
9図に示すように保持具Hに向けて漸次外径を小さくす
る環状のテーパ面t1を形成している。
That is, the clamping member k, l, that on the annular outer peripheral surface to form an annular tapered surface t 1 which gradually reduce the outer diameter toward the holder H as shown in Figure 9.

また、クランプ部材k,lの外周面上には、同心円的に
筒状の圧電素子取付用中間部材W1,W2が着脱自在かつ軸
線方向に移動自在に配設されている。
Further, the clamp member k, On an outer peripheral surface of the l, concentrically cylindrical piezoelectric element attached intermediate member W 1, W 2 are arranged to be freely movable and axially removable.

そして、同圧電素子取付用中間部材W1,W2の先端に形
成したくさび部W1a,W2aの内周面には、前記したクラン
プ部材k,lの外周面に設けたテーパ面t1と摺動自在に嵌
合密着するテーパ面t2が形成されている。
The inner peripheral surfaces of the wedge portions W 1a and W 2a formed at the tips of the piezoelectric element mounting intermediate members W 1 and W 2 have tapered surfaces t 1 provided on the outer peripheral surfaces of the clamp members k and l. slidably tapered surface t 2 to be fitted in close contact is formed with.

さらに、第9図に示すように、筒状の圧電素子取付用
中間部材W1,W2はその先端外周面に、多数の圧電板xを
積層して形成したクランプ用圧電素子e,fを接着剤を用
いて取付けている。
Further, as shown in FIG. 9, the cylindrical piezoelectric element mounting intermediate members W 1 , W 2 are provided with clamping piezoelectric elements e, f formed by laminating a large number of piezoelectric plates x on their outer peripheral surfaces. It is mounted using an adhesive.

そして、かかるクランプ用圧電素子e,fの取付におい
て、上記したように圧電素子取付用中間部材W1,W2はス
リットを有する弾性素材からなるため、圧電素子e,fの
内径を可及的に小さくしても圧電素子取付用中間部材
W1,W2を弾性的に縮径して、同クランプ用圧電素子e,fを
圧電素子取付用中間部材W1,W2の外周面に容易に嵌入す
ることができ、また、嵌入に際して、接着剤を圧電素子
取付用中間部材W1,W2の内周面に塗布することによって
強固にクランプ用圧電素子e,fを圧電素子取付用中間部
材W1,W2に接着することができる。
In the mounting of the clamping piezoelectric elements e and f, since the piezoelectric element mounting intermediate members W 1 and W 2 are made of an elastic material having a slit as described above, the inner diameters of the piezoelectric elements e and f are as small as possible. Intermediate member for mounting piezoelectric element even if it is small
By elastically reducing the diameter of W 1 and W 2 , the clamping piezoelectric elements e and f can be easily fitted to the outer peripheral surfaces of the piezoelectric element mounting intermediate members W 1 and W 2 , By applying an adhesive to the inner peripheral surfaces of the piezoelectric element mounting intermediate members W 1 and W 2 , the clamping piezoelectric elements e and f can be firmly bonded to the piezoelectric element mounting intermediate members W 1 and W 2. it can.

しかして、クランプ用圧電素子e,fの内径を可及的に
小さくできるので、接着剤の厚みを可及的に薄くするこ
とができ、後述するようにクランプ用圧電素子e,fに電
圧を印加した場合に生ずるクランプ力を接着剤によって
吸収されることなくクランプ部材k,lに伝達することが
でき、十分なクランプ力でプランジャdをクランプする
ことができる。
Thus, since the inner diameter of the clamping piezoelectric elements e and f can be made as small as possible, the thickness of the adhesive can be made as small as possible, and a voltage is applied to the clamping piezoelectric elements e and f as described later. The clamping force generated when the voltage is applied can be transmitted to the clamping members k and l without being absorbed by the adhesive, and the plunger d can be clamped with a sufficient clamping force.

また、第9図に示すように、筒状の圧電素子取付用中
間部材W1,W2の外周面上であってクランプ用圧電素子e,f
の後部なす位置には、環状のスプリング保持用ブラケッ
トy1,y2が突設されている。
Further, as shown in FIG. 9, the clamping piezoelectric elements e and f on the outer peripheral surface of the cylindrical piezoelectric element mounting intermediate members W 1 and W 2.
An annular spring holding bracket y 1 , y 2 is protrudingly provided at a position formed by the rear part of the spring.

そして、同スプリング保持用ブラケットy1,y2の後面
と保持具Hの前面との間には、圧縮コイルスプリングか
らなるクランプ力調整用スプリングz1,z2が介設されて
いる。
Further, between the rear surfaces of the spring holding brackets y 1 and y 2 and the front surface of the holder H, clamping force adjusting springs z 1 and z 2 formed of compression coil springs are provided.

かかる構成において、クランプ力調整用スプリング
z1,z2の弾性力によって圧電素子取付用中間部材W1,W2
前方方向に付勢され、同付勢力は、テーパ面t1とテーパ
面t2との嵌合を介してクランプ部材k,lのクランプ部材k
1,l1に、プランジャdをクランプする初期保持クランプ
力を与えることができる。
In such a configuration, the spring for adjusting the clamping force is provided.
The piezoelectric element mounting intermediate members W 1 , W 2 are urged forward by the elastic force of z 1 , z 2 , and the urging force is clamped through the engagement between the tapered surface t 1 and the tapered surface t 2. Clamping member k for members k and l
To 1, l 1, it is possible to provide an initial retention clamping force for clamping the plunger d.

そして、かかる初期保持クランプ力は、クランプ部材
k,lの基端k2,l2の保持具Hの雌ねじ部i,pのねじ込み量
を調整することによってクランプ力調整用スプリング
z1,z2の長さを増減して容易に調整することができる。
And, the initial holding clamp force is the clamping member.
k, clamping force adjustment spring by adjusting the internal thread portion i, screwing amount of p of proximal k 2, l 2 of the holder H of the l
The length can be easily adjusted by increasing or decreasing the lengths of z 1 and z 2 .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明に係わる圧電アクチュエータの断面側
面図、第2図及び第3図はストローク用圧電素子の電圧
印加時の動作説明図、第4図は制御装置の概念的構成説
明図、第5図〜第7図は圧電アクチュエータの作動状態
説明図、第8図は上記圧電アクチュエータを具備した自
動開閉弁の断面側面図、第9図は他の実施例に係る圧電
アクチュエータの断面側面図、第10図は従来の圧電アク
チュエータの断面側面図である。 図中、 (A):圧電アクチュエータ (C):制御装置 (D):自動開閉弁 (d):プランジャ (e):クランプ用圧電素子 (f):クランプ用圧電素子 (g):ストローク用圧電素子 (j):可撓性部材 (k):クランプ部材 (l):クランプ部材 (m):可撓性部材 (o):ストローク増幅用部材
FIG. 1 is a cross-sectional side view of a piezoelectric actuator according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are operation explanatory diagrams when a voltage is applied to a stroke piezoelectric element, FIG. 4 is a conceptual configuration explanatory diagram of a control device, 5 to 7 are explanatory views of the operation state of the piezoelectric actuator, FIG. 8 is a sectional side view of an automatic on-off valve provided with the above-described piezoelectric actuator, and FIG. 9 is a sectional side view of a piezoelectric actuator according to another embodiment. FIG. 10 is a sectional side view of a conventional piezoelectric actuator. In the drawing, (A): piezoelectric actuator (C): control device (D): automatic opening / closing valve (d): plunger (e): piezoelectric element for clamping (f): piezoelectric element for clamping (g): piezoelectric for stroke Element (j): Flexible member (k): Clamp member (l): Clamp member (m): Flexible member (o): Stroke amplification member

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀内 啓史 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番 1号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 吉田 孝雄 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番 1号 東陶機器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−186071(JP,A) 特開 昭60−219972(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 41/083 H01L 41/09──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Keishi Horiuchi 2-1-1, Nakajima, Kokurakita-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka Touchi Kikai Co., Ltd. (72) Takao Yoshida 2, Nakajima, Kokurakita-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka chome No. 1 TOTO within Co., Ltd. (56) reference Patent Sho 63-186071 (JP, a) JP Akira 60-219972 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 6 H01L 41/083 H01L 41/09

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アクチュエータケーシング内を軸線方向に
進退可能なプランジャと、プランジャの廻りに配設し、
それぞれ筒状のクランプ部材を介してプランジャをクラ
ンプ可能に構成した左右一対の筒状のクランプ用圧電素
子と、プランジャの廻りに配設し、かつ左右一対のクラ
ンプ用圧電素子の間に位置して、同プランジャを進退さ
せる筒状のストローク用圧電素子と、から構成してなる
圧電アクチュエータにおいて、 筒状のストローク用圧電素子の両側端面に、各クランプ
部材に連設したドーナツ状の可撓性部材の内側面をそれ
ぞれ接着すると共に、一方の可撓性部材の外側面をアク
チュエータケーシングに固着した保持具に取付けるとと
もに、他方の可撓性部材の外側面にはストローク増幅用
部材を連設し、保持具及びストローク増幅用部材には、
それぞれクランプ部材を連設し、同クランプ部材の外周
面にクランプ用圧電素子を取付けたことを特徴とする圧
電アクチュエータ。
A plunger which can move back and forth in an axial direction in an actuator casing, and a plunger disposed around the plunger.
A pair of left and right cylindrical clamping piezoelectric elements each configured to be capable of clamping the plunger via a cylindrical clamping member, and disposed around the plunger, and positioned between the pair of left and right clamping piezoelectric elements. And a cylindrical piezoelectric element for stroke that moves the plunger forward and backward. The inner surface of each of the flexible members is bonded, the outer surface of one of the flexible members is attached to a holder fixed to the actuator casing, and a member for amplifying stroke is continuously provided on the outer surface of the other flexible member. The holder and the member for stroke amplification
A piezoelectric actuator, comprising a clamp member connected in series, and a clamping piezoelectric element mounted on an outer peripheral surface of the clamp member.
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