JPH01173768A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、機械的アクチエ
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
よってプランジ中を進退させるようにしたので、電圧の
印加回数に応じてμ納オーダ或いはサブμ麺のオーダに
よってプランジ中を進退することかでき、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。

（へ）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、Ａ　
Ｂ　Ｏｓペロプ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）Ｏ１系、やＰＬＺＴ　（Ｐｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ
ｓ　）　、　　ＰＴ　（Ｐ　ｂＴ　ｉ　０３　）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ｇの後端と後壁すとの間に介設し
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パツキンである。

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、同収納室に内には、
復帰スプリングＳを圧縮状態にサンドインチした状態で
スプリング受板１．ｍが配設されている。そして、−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に蝶着した
螺杵０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、螺杵Ｏを回転して
両スプリング受板１．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、Ｈによって多
数回クランプされるものであるため、線膨張係数が小さ
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の中央部で保持体り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、ｌＯ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−側
倒壁に、二つの両端開口の筒体１１，１２を突設してお
り、その内部に一例流路１３．１４を形成している。

そして、−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
１３ａ、　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、−側流路１３．１４の内側開口端１３ｂ、　１４
ｂは、それぞれ、ケーシングｌＯ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１字
状筒体１９が突設されており、同丁字状筒体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、１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゜２
３には、ケーシング１０内を軸線方向に進退して弁座２
２，２３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、−側流路１３．１
４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
エエータ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μｍ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μ醜のオ
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１−１線及び■−■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７１〜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：アクチエエータ 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ニブランジャ　　　　　ｅ：圧電素子ｆ：圧電素子　
　　　　　ｇ：圧電素子ｈ：保持体 特許出願人　　　東陶機器株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   配設するとともに、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
   ともに、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）に取付けたことを特徴とするアクチュエータ。