JPH01225381A - Micro distance continuous drive type actuator - Google Patents

Micro distance continuous drive type actuator

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JPH01225381A
JPH01225381A JP63052201A JP5220188A JPH01225381A JP H01225381 A JPH01225381 A JP H01225381A JP 63052201 A JP63052201 A JP 63052201A JP 5220188 A JP5220188 A JP 5220188A JP H01225381 A JPH01225381 A JP H01225381A
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JP
Japan
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plunger
tip
actuator
packing
sliding resistance
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Application number
JP63052201A
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Japanese (ja)
Inventor
Kinya Arita
欽也 有田
Atsuo Makita
牧田 厚雄
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Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Publication date
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  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To insure smooth operation of a plunger as well as its watertightness, by making the plunger move back and forth through a micro distance closed drive system by pulse like voltage and providing a sliding resistance reduced layer between the point of the plunger and the packing of a vent hole located at a casing wall. CONSTITUTION:A plunger 4 is mounted in a casing 3 in such a manner that it is movable back and forth and a packing 14 is fitted by protruding the point 4a of the plunger into a vent hole 7. A sliding resistance reduced layer 5 consisting of a fluorine contained resin mixed with, for example, a specific filler is provided on the surface of the packing or the peripheral surface of the plunger 4a. The plunger 4 is driven by elastic bridges 10 and 11 where piezoelectric elements a and b having elastic diameters and the extensible element c as well as an element are supported. The installation of the foregoing layer 5 makes the plunger operate smoothly and regulates a correct flow rate by applying this device to a fluid valve.

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明は、流体パルプ等の作動に用いる直動式の微小
距離無段階駆動式アクチュエータに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application The present invention relates to a direct-acting, minute-distance, stepless drive type actuator used for operating fluid pulp and the like.

(ロ) 従来の技術 従来、流体パルプ等の開閉作動を行うためのアクチュエ
ータは、機械的に作動するもの、電気的に作動するもの
、流体により作動するもの等各種の作動形態のものがあ
る。
(B) Prior Art Conventionally, there are various types of actuators for opening and closing fluid pulp, etc., such as those operated mechanically, those operated electrically, and those operated by fluid.

そして、アクチュエータは、プランジャをアクチュエー
タケーシング内で進退自在に収納すると共に、同プラン
ジャの先端部を同ケーシングの前壁に設けな挿通孔中に
外部へ突出状に挿通させ、同先端部の進退作動に連動し
て流体パルプ等の開閉作動が行なえるようにしている。
The actuator stores the plunger in the actuator casing so that it can move forward and backward, and the tip of the plunger is inserted into the insertion hole provided in the front wall of the casing in a protruding manner to the outside, so that the tip moves forward and backward. The opening/closing operation of fluid pulp etc. can be performed in conjunction with the above.

しかも、挿通孔の周面にはプランジャの先端部周面に密
着してアクチュエータケーシング内の水密性を高めるパ
ツキンを設けている。
Moreover, a packing is provided on the circumferential surface of the insertion hole so as to closely fit the circumferential surface of the tip end of the plunger to improve the watertightness within the actuator casing.

(ハ) 発明が解決しようとする問題点しかし、上記ア
クチュエータは、以下のような問題点を有していた。
(c) Problems to be Solved by the Invention However, the above actuator had the following problems.

■従来のアクチュエータでは、いづれも高精度の作動位
置決めが行えず、微妙な流体バルブの開閉調節が困難で
あると共に、機構的にも複雑となりコンパクト化に難点
があった。
■ Conventional actuators do not allow highly accurate positioning, make delicate opening/closing adjustments of fluid valves difficult, and are mechanically complex, making it difficult to make them compact.

■進退作動するプランジャの先端部と、同先端部に密着
しているパツキンとの摩擦抵抗が大きいので、同プラン
ジャの円滑な作動が確保できないという問題があった。
■There is a problem in that smooth operation of the plunger cannot be ensured because there is a large frictional resistance between the tip of the plunger that moves forward and backward and the gasket that is in close contact with the tip.

■パツキンの摩耗が激しいので、同パツキンによる水密
性が悪くなって、アクチュエータ等の機能を損われると
いう不具合があり、パツキンの頻繁なメンテナンスが必
要となっていた。
■As the seal wears heavily, the seal becomes less watertight, impairing the functions of actuators, etc., and requires frequent maintenance.

■プランジャの先端部の摺動性を良くするために、同先
端部の周面及びパツキンの表面にグリースを塗布する必
要があるので、別途グリース塗布工程を要するという不
具合があると共に、グリースが安価でないために、製造
コストが高く゛なるという不具合があった。しかも、グ
リースの効果に永続性がないという問題もあった。
■In order to improve the slidability of the tip of the plunger, it is necessary to apply grease to the circumferential surface of the tip and the surface of the gasket, so there is a problem that a separate grease application process is required, and the grease is cheap. Therefore, there was a problem in that the manufacturing cost was high. Moreover, there was also the problem that the effect of the grease was not permanent.

■インチワームアクチュエータの場合、プランジャのク
ランプ部は摩擦係数が大きいことが必須の条件であるた
めに、摺動部であるプランジャの先端部にグリースを塗
布して、同グリースがプランジャのクランプ部につくと
、アクチュエータの基本機能を損う虞れがあった。
■In the case of inchworm actuators, the clamping part of the plunger must have a large coefficient of friction, so grease is applied to the tip of the plunger, which is the sliding part, and the grease is applied to the clamping part of the plunger. If this occurs, there is a risk that the basic functions of the actuator may be impaired.

(ニ) 問題点を解決するための手段 この発明では、アクチュエータケーシング内に、パルス
状電圧によって微小距離無段階駆動可能なプランジャを
進退自在に収納すると共に、同プランジャの先端部を、
アクチュエータケーシングの前壁に設けた挿通孔中に外
部へ突出状に挿通させ、同挿通孔の周面に沿って、プラ
ンジャの基端部周面に密着してアクチュエータケーシン
グ内の水密性を高めるパツキンを設け、同パッ′キンの
表面若しくはプランジャの先端部周面の少なくとも一方
に、同先端部の摺動抵抗を小さくするための摺動抵抗低
減層を形成してなる微小距離無段階駆動式アクチュエー
タを提供せんとするものである。
(d) Means for Solving the Problems In this invention, a plunger that can be driven steplessly over minute distances by pulsed voltage is housed in the actuator casing so as to be movable forward and backward, and the tip of the plunger is
A gasket is inserted in a protruding manner to the outside into an insertion hole provided in the front wall of the actuator casing, and is closely attached to the circumference of the proximal end of the plunger along the circumference of the insertion hole to improve watertightness inside the actuator casing. A micro-distance stepless drive type actuator, which is provided with a sliding resistance reducing layer on at least one of the surface of the packing or the peripheral surface of the tip of the plunger to reduce the sliding resistance of the tip. We aim to provide the following.

なお、ここで、微小距離無段階駆動式アクチュエータと
は、積層式圧電アクチュエータ、圧電バイモルフアクチ
ュエータ、ステッピングリニヤモータ、圧電リニヤモー
タ、超音波リニヤモータ、超音波モータ(回転式)と回
転ねじの組み合わせ、ステッピングモータ(回転式)と
回転ねじの組み合わせ等をいう。
In addition, here, micro-distance stepless drive actuators include laminated piezoelectric actuators, piezoelectric bimorph actuators, stepping linear motors, piezoelectric linear motors, ultrasonic linear motors, combinations of ultrasonic motors (rotary type) and rotating screws, and stepping motors. (rotary type) and a combination of a rotating screw, etc.

(ホ) 作用・効果 この発明では、次のような作用効果を奏する。(e) Action/effect This invention provides the following effects.

■アクチュエータの作動、すなわちプランジャの進退9
作動をパルス状電圧による微小距離無段階駆動としたの
で、電圧の印加回数に応じてオーダの差異によりプラン
ジャを進退させることができ、機構も簡易となりコンパ
クト化が図れて、流体バルブその他の各種装置、機械を
精密に作動させることができる。
■Actuator operation, that is, plunger movement 9
Since the operation is a minute distance stepless drive using a pulsed voltage, the plunger can be moved forward or backward depending on the order of the number of voltage applications, and the mechanism is simple and compact, making it suitable for fluid valves and other various devices. , the machine can be operated precisely.

■パツキンの表面若しくはプランジャの先端部周面の少
なくとも一方に、同先端部の摺動抵抗を小さくするため
の摺動抵抗低減層を形成しているために、パツキンとプ
ランジャの先端部との摩擦抵抗が少なくなり、同プラン
ジャを円滑かつ高精度に作動させることができる。
■Since a sliding resistance reduction layer is formed on at least one of the surface of the gasket or the peripheral surface of the tip of the plunger to reduce the sliding resistance of the tip, the friction between the gasket and the tip of the plunger is reduced. This reduces resistance and allows the plunger to operate smoothly and with high precision.

■パツキンの摩耗が少ないので、同パツキンによる水密
性を良好に保つことができて、アクチュエータ等の機能
も良好に確保でき、パツキンのメンテナンス回数等を少
なくすることができる。
■Since there is less wear on the packing, it is possible to maintain good watertightness by the packing, and the function of the actuator etc. can be ensured well, and the frequency of maintenance of the packing can be reduced.

■グリースよりも安価で永続性に優れた摺動抵抗低減層
を設けることができるために、製造コストの低減、永続
性の確保及びプランジャの円滑作動の確保を図ることが
できる。
- Since it is possible to provide a sliding resistance reducing layer that is cheaper and more durable than grease, it is possible to reduce manufacturing costs, ensure permanence, and ensure smooth operation of the plunger.

■グリースのようにプランジャのクランプ部につくこと
がないために、アクチュエータの基本機能を良好に確保
することができる。
■Since it does not stick to the clamp part of the plunger like grease, the basic functions of the actuator can be maintained in good condition.

(へ) 実施例 本発明の実施例を図面にもとづき詳説すれば、第1図は
、本発明に係る微小距離無段階駆動式アクチュエータの
一形態である圧電アクチュエータ(^)の断面図を示す
ものであり、前後壁(1)(2)を具備する筒状のアク
チュエータケーシング(3)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(4)を取付けており、同
プランジャ(4)は先端部(4a)を段付小径に形成し
、同先端部(4a)を上記前壁(1)に設けた挿通孔(
7)中に外部へ突出状に挿通させている。
(f) Example An example of the present invention will be described in detail based on the drawings. Fig. 1 shows a cross-sectional view of a piezoelectric actuator (^) which is one form of a minute distance stepless drive type actuator according to the present invention. A plunger (4) is installed concentrically in a cylindrical actuator casing (3) having front and rear walls (1) and (2) so as to be movable back and forth along the axis. The tip (4a) is formed to have a stepped small diameter, and the tip (4a) is an insertion hole (4a) provided in the front wall (1).
7) It is inserted into the inside in a protruding manner to the outside.

そして、上記前壁(1)には、挿通孔(7)の開面に沿
ってパツキン取付は用凹部(1a)を設け、同凹部(1
a)中にパツキン(14)を取付けている。
A recess (1a) for attaching the gasket is provided in the front wall (1) along the opening surface of the insertion hole (7).
a) The packing (14) is installed inside.

パツキン(14)は、ゴム、合成樹脂及びその他の水密
弾性体を素材として7字状に形成している。
The packing (14) is made of rubber, synthetic resin, or other watertight elastic material and is formed into a seven-figure shape.

しかも、第2図及び第3図に示すように、パツキン(1
4)の挿通孔(7)側一部表面、すなわちプランジャ(
4)の先端部(4a)周面と密着する部分、若しくはプ
ランジャ(4)の先端部(4a)周面に、同先端部(4
a)の摺動抵抗を小さくするための摺動抵抗低減層(5
)を形成している。
Moreover, as shown in Figures 2 and 3, Patsukin (1
4) on the insertion hole (7) side, that is, the plunger (
4), or on the circumferential surface of the tip (4a) of the plunger (4).
Sliding resistance reduction layer (5) to reduce the sliding resistance of a)
) is formed.

かかる摺動抵抗低減層(5)としては、フッ素含有樹脂
、ナイロン、ポリオキシメチレン、テトラフルオロエチ
レン、ポリエチレン、及びシリコーン等の低摩擦性、低
摩耗性、及び高耐薬品性等の好ましい化学的及び物理的
性質を有するものを用いる。
As the sliding resistance reducing layer (5), preferred chemical materials such as fluorine-containing resin, nylon, polyoxymethylene, tetrafluoroethylene, polyethylene, and silicone, which have low friction, low abrasion, and high chemical resistance, are used. and physical properties.

また、上記フッ素含有樹脂としては、四フッ化エチレン
樹脂に特殊充填材を加えた化合物があり、特殊充填材と
しては、接触する相手材よりも柔らかく、摩耗が少なく
、相手材を摩耗させず、線膨張係数が9.0x10う7
℃のもの、例えば、ポリイミド樹脂、カーボン、グラハ
イド等を用いることができる。
In addition, the above-mentioned fluorine-containing resin includes a compound obtained by adding a special filler to tetrafluoroethylene resin, and the special filler is softer than the mating material it comes into contact with, has less wear, and does not wear out the mating material. Linear expansion coefficient is 9.0x107
℃, such as polyimide resin, carbon, graphide, etc., can be used.

しかも、フッ素含有樹脂はシート状に形成し、表面を金
属ナトリウムのアンモニア液等により化学的処理を施し
、フッ素樹脂用の接着剤(エポキシ系)で接着すること
もできる。
Moreover, the fluorine-containing resin can be formed into a sheet, the surface of which can be chemically treated with an ammonia solution of metallic sodium, etc., and the sheet can be bonded with an adhesive (epoxy type) for fluorine-containing resins.

さらには、上記フッ素含有樹脂シートは、相手材との接
触部だけでなく、その周辺部にわたって貼り付ける方が
、同シートが剥がれにくくなるのでよい、その他のシー
ル材との接触部に設けてもよいことはもちろんである。
Furthermore, it is better to apply the above-mentioned fluorine-containing resin sheet not only to the area in contact with the other material, but also to the surrounding area, since the sheet will be less likely to peel off. Of course it's a good thing.

従って、かかる摺動抵抗低減層(5)により、パツキン
(14)及びプランジャ(4)、の先端部(4a)周面
の低摩擦性、低摩耗性、及び耐薬品性等を向上させるこ
とができる。
Therefore, the sliding resistance reducing layer (5) can improve the low friction, low abrasion, chemical resistance, etc. of the circumferential surfaces of the tips (4a) of the packing (14) and the plunger (4). can.

なお、プランジャ(4)の先端にはシリコーンゴム等の
シール性を有ず′る弾性体(6)を設けている。
Note that an elastic body (6) having sealing properties such as silicone rubber is provided at the tip of the plunger (4).

また、第1図に示すように、プランジャ(4)の外周側
には、縮径・拡径自在の圧電素子(a)(b)と、伸長
・短縮自在の圧電素子(C)が配設されている。
Furthermore, as shown in Fig. 1, piezoelectric elements (a) and (b) whose diameter can be freely contracted and expanded, and a piezoelectric element (C) which can be expanded and shortened are arranged on the outer circumferential side of the plunger (4). has been done.

すなわち、圧電素子の(C)はプランジャ(4)の中央
部に配設され、アクチュエータケーシング(3)に基端
を固定した断面略し字状の筒状の一側保持具(9)によ
って片持ち状態に支持されている。
That is, the piezoelectric element (C) is disposed in the center of the plunger (4), and is cantilevered by a cylindrical one-side holder (9) with an abbreviated cross-section whose base end is fixed to the actuator casing (3). supported by the state.

(9′)は圧電素子(C)の先端部に固定した断面略し
字状の筒状の他側保持具であり、後述する後弾性ブリッ
ジ(11)を介して圧電素子(b)を支持している。
(9') is a cylindrical other side holder with an abbreviated cross-section fixed to the tip of the piezoelectric element (C), and supports the piezoelectric element (b) via a rear elastic bridge (11), which will be described later. ing.

また、別の圧電素子(a)(b)は、プランジャ(4)
の前後端部に前後弾性ブリッジ(1G)(11)によっ
て支持配設されており、同前後弾性ブリッジ(10)(
11)は、基端部を各保持具(909°)の内周面に上
下重合状態に取付け、その先端をアクチュエータケーシ
ング(3)の前後壁(1)(2)に向けて伸延した片持
ち状態に形成して、同先端部の外周面に圧電素子(a)
(b)を固着し、同先端部の内周面に、ブレーキシュー
(12)(13)を固着している。
Moreover, another piezoelectric element (a) (b) is a plunger (4)
The front and rear elastic bridges (1G) (11) are supported at the front and rear ends of the front and rear elastic bridges (10) (
11) is a cantilever whose base end is attached to the inner peripheral surface of each holder (909°) in a vertically overlapping state, and whose tip extends toward the front and rear walls (1) and (2) of the actuator casing (3). A piezoelectric element (a) is formed on the outer peripheral surface of the tip.
(b) is fixed, and brake shoes (12) and (13) are fixed to the inner circumferential surface of the tip.

しかも、前後弾性ブリッジ(10)(11)は、後述す
るように圧電素子(a)(b)が縮径してプランジャ(
4)を外周よりクランプする際に、一定の撓み性能を保
つなめに一定長さを必要とするが、各ブリッジ(10)
(11)の基端部を、各保持具(9)(9’)の内周面
に重合状態に取付けているために、各ブリッジ(10)
(11)の先端部に固着した圧電素子(a)(b)を圧
電素子(C)に可及的に近接させることができる。
Moreover, the front and rear elastic bridges (10) and (11) are arranged so that the piezoelectric elements (a) and (b) are reduced in diameter and the plunger (
4) When clamping from the outer periphery, a certain length is required to maintain a certain deflection performance, but each bridge (10)
(11) is attached to the inner peripheral surface of each holder (9) (9') in an overlapping state, so that each bridge (10)
The piezoelectric elements (a) and (b) fixed to the tip of (11) can be brought as close as possible to the piezoelectric element (C).

従って、上記のように圧電素子(a)(b)(c)をコ
ンパクトに組立てることができるーために、プランジャ
(4)も可及的に短くして、圧電アクチュエータ(^)
自体のコンパクト化を図ることができる。
Therefore, in order to be able to assemble the piezoelectric elements (a), (b), and (c) compactly as described above, the plunger (4) is also made as short as possible, and the piezoelectric actuator (^)
The device itself can be made more compact.

かかる圧電素子(a)(、b)は通電状態に、(C)は
非通電状態にすると短縮するように構成されている。
The piezoelectric elements (a) (, b) are configured to shorten when they are in a energized state, and the piezoelectric elements (C) are shortened when they are in a non-energized state.

即ち、圧電素子(a)(b)は、通電している状態では
短縮して内径は縮径し、プランジャ(4)を外周よりク
ランプすると共に、通電していない状態では伸長して内
径は拡径してプランジャ(4)のクランプを解除する。
That is, the piezoelectric elements (a) and (b) shorten when energized, reducing the inner diameter and clamping the plunger (4) from the outer periphery, and expand and expand the inner diameter when not energized. diameter to release the clamp on the plunger (4).

一方、圧電素子(C)は通電している状態では、プラン
ジャ(4)上を軸線方向に伸長した状態にあり、通電し
ていない状態ではプランジャ(4)上・を短縮し、その
軸線方向の全長を短くすることになる。
On the other hand, when the piezoelectric element (C) is energized, it extends in the axial direction on the plunger (4), and when it is not energized, it shortens the upper part of the plunger (4) and extends in the axial direction. This will shorten the overall length.

そして、プランジャ(4)は、かかる3個の圧電素子(
a)(b)(c)を適宜制御することによって、軸線方
向に進退作動することになる。
Then, the plunger (4) connects these three piezoelectric elements (
By controlling a), (b), and (c) appropriately, it is possible to move forward and backward in the axial direction.

圧電素子(a)(b)(c)は、第1図及び第4図に示
すように、多数の圧電素子片をプランジャ(4)の軸心
方向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、縮径・伸長するように構成されている。
The piezoelectric elements (a), (b), and (c) are cylindrical elements formed by laminating a large number of piezoelectric element pieces in the axial direction of the plunger (4), as shown in FIGS. 1 and 4. , electrodes are provided at both ends of the cylinder, and the cylinder is configured to contract and expand in diameter by applying a voltage to both ends.

なお、圧電素子片の素材は、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、
ABO3へ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)Oal系や、
PLZT [Pb (Zr。
Note that piezoelectric ceramics can be used as the material of the piezoelectric element pieces, for example, and such piezoelectric ceramics include:
ABO3 is a ferroelectric material with a lobskite crystal structure, such as PZT [Pb (Zr, Ti)Oal system,
PLZT [Pb (Zr.

Ti)03]、PT[PbTiO3]系、あるいはp 
z ’rを基にした3成分系のものを用いることができ
る。
Ti)03], PT[PbTiO3] system, or p
A three-component system based on z'r can be used.

また、圧電素子(a)(b) (c)は、第5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
(4)の軸芯廻りに軸線方向に積層して形成することも
できる。
Moreover, the piezoelectric elements (a), (b), and (c) are formed by laminating a large number of thin ring-shaped piezoelectric element pieces in the axial direction around the axis of the plunger (4), as shown in FIG. You can also do that.

この場合、電圧の印加力向を90度変えることになる。In this case, the direction of voltage application is changed by 90 degrees.

なお、上記構成において、圧電素子(a)(b)(C)
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6図及び第7図に示すように分割片から
形成することもできる。
Note that in the above configuration, piezoelectric elements (a), (b), and (C)
can have not only a circular cross section but also a rectangular cross section, for example, and can also be formed from divided pieces as shown in FIGS. 6 and 7.

また、プランジャ(4)の本木部は、プレーキシs −
(12)(13)を介して圧電素子(a)(b)(c)
によりて′多数回クランプされるものであるため、先端
の摺・動部と異なり摩擦係数が大きく、さらに、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1、加工精度が高いもので形成することが望ま
しく、例えばセラミック素材としたものが考えられる。
In addition, the main xylem of the plunger (4) is plexi s −
(12) (13) Via piezoelectric elements (a) (b) (c)
Because it is clamped many times, it has a large friction coefficient unlike the sliding/moving parts at the tip, and also has a small coefficient of linear expansion, and has high hardness, strength, creep resistance, and wear resistance1, making it easy to process. It is desirable to use a material with high precision; for example, a ceramic material may be used.

また、第8図に、上記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0図示す
るように、制御装置(C)は、マイクロプロセッサ(「
)と、入出力インターフェース(S)(1)と、上記圧
電素子(a)(b)(c)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。
Further, FIG. 8 shows the configuration of a control device (C) for controlling the piezoelectric actuator (A). As shown in FIG.
), an input/output interface (S) (1), and a memory (U) that stores a drive order program for the piezoelectric elements (a), (b), and (c).

次に、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(4)の移動について、第9図〜第12図を
参照して説明する。
Next, the movement of the plunger (4) by the actuator (A) having such a configuration will be explained with reference to FIGS. 9 to 12.

第8図に示すアクチュエータ駆動ボタン(U)を押すと
、制御装置(C)が、メモリから読み出しな駆動順序プ
ログラムに従って、第9図に示すように、圧電素子(a
)の電圧の印加を解除して、同圧。
When the actuator drive button (U) shown in FIG. 8 is pressed, the control device (C) drives the piezoelectric element (a) as shown in FIG.
), and the voltage is the same.

電素子(a)を拡径させることにより、プランジャ(4
)のクランプを解除するとともに、圧電素子(b)に電
圧を印加して、同圧電素子(b)を縮径させることによ
り、プランジャ(4)をクランプする。
By expanding the diameter of the electronic element (a), the plunger (4
), the plunger (4) is clamped by applying a voltage to the piezoelectric element (b) and reducing the diameter of the piezoelectric element (b).

次に、第10図に示すように、圧電素子(C)の電圧の
印加を解除して、同圧電素子(C)を短縮させると、圧
電素子(C)が矢印方向に移動し、これに伴って圧電素
子(b)がクランプするプランジャ(4)も矢印方向に
移動する。
Next, as shown in FIG. 10, when the voltage application to the piezoelectric element (C) is released and the piezoelectric element (C) is shortened, the piezoelectric element (C) moves in the direction of the arrow, and Accordingly, the plunger (4) clamped by the piezoelectric element (b) also moves in the direction of the arrow.

その後、第11図に示すように、圧電素子(a)に電圧
を印加して、同圧電素子(a)を縮径させることにより
、プランジャ(4)をクランプするとともに、圧電素子
(b)の電圧の印加を解除して、同圧電素子(1))を
拡径させることにより、プランジャ(4)のクランプを
解除する。
Thereafter, as shown in FIG. 11, a voltage is applied to the piezoelectric element (a) to reduce the diameter of the piezoelectric element (a), thereby clamping the plunger (4) and increasing the diameter of the piezoelectric element (b). By removing the voltage application and expanding the diameter of the piezoelectric element (1), the clamp on the plunger (4) is released.

次に、第12図に示すように、圧電素子(C)に電圧を
印加して、同圧電素子(C)を伸長させると、圧電素子
(C)が矢印方向に移動し、これに伴ってプランジャ(
4)のクランプを解除した圧電素子(b)も矢印方向に
移動する。
Next, as shown in FIG. 12, when a voltage is applied to the piezoelectric element (C) and the same piezoelectric element (C) is expanded, the piezoelectric element (C) moves in the direction of the arrow, and along with this, the piezoelectric element (C) moves in the direction of the arrow. Plunger (
The piezoelectric element (b) whose clamp is released in 4) also moves in the direction of the arrow.

その後、上記動作を繰り返すことにより、プランジャ(
4)をμmオーダ或はサブμmオーダのストロークで尺
とり生状に移動することができ、プランジャ(4)の先
端部(4a)に連結、接続した各種作動装置を精密に動
作させることができることになる。
After that, by repeating the above operation, the plunger (
4) can be moved in a linear manner with a stroke on the μm order or sub-μm order, and various actuating devices connected to the tip (4a) of the plunger (4) can be precisely operated. become.

なお、ここで、微小距離無段階駆動式アクチュエータと
は、積層式圧電アクチュエータ、圧電バイモルフアクチ
ュエータ、ステッピングリニヤモータ、圧電リニヤモー
タ、超音波モータ(回転式ンと回転ねじの組み合わせ、
ステッピングモータ(回転式)と回転ねじの組み合わせ
等をいう。
In this case, the micro-distance stepless drive actuator refers to a laminated piezoelectric actuator, a piezoelectric bimorph actuator, a stepping linear motor, a piezoelectric linear motor, an ultrasonic motor (a combination of a rotary motor and a rotating screw,
A combination of a stepping motor (rotary type) and a rotating screw.

次に、本実施例にかかるアクチュエータ(八)の適用例
を説明すると、第13図に示すものは、単水路用バルブ
として、流量HM及び止水を行うためのバルブに適用し
た構造であり、アクチュエータケーシング(3)には、
プランジャ(4)の先端方向においてバルブケース(1
6)が連設されており、同バルブケース(16)は略し
字状に折曲形成されており、一方は、流水入口【17)
、他方は流水出口(18)とし、流水入口(17)から
流水出口(18)に至る流路(I4)は、バルブケース
(16)に沿った略し字状に形成され、略し字状の折曲
部分にはダイアフラム弁からなる弁体(19)が配設さ
れている。
Next, to explain an application example of the actuator (8) according to this embodiment, the one shown in FIG. 13 has a structure applied to a valve for performing flow rate HM and water stop as a single channel valve. The actuator casing (3) includes:
In the direction of the tip of the plunger (4), the valve case (1
6) are connected in series, the valve case (16) is bent into an abbreviated shape, and one side is connected to the water inlet [17].
, the other is a water outlet (18), and the flow path (I4) from the water inlet (17) to the water outlet (18) is formed in an abbreviated shape along the valve case (16), and the flow path (I4) is formed in an abbreviated shape along the valve case (16). A valve body (19) made of a diaphragm valve is disposed in the curved portion.

弁体(19)の後側壁には、プランジャ(4)の先端部
(4a)が当接自在であり、プランジャ(4)の進退作
動によって、弁体(19)が流路(旧の開閉を行うべく
構成されている。
The tip (4a) of the plunger (4) can freely come into contact with the rear wall of the valve body (19), and as the plunger (4) advances and retreats, the valve body (19) opens and closes the flow path (the old opening and closing). is configured to do so.

(20)は、流水入口(17)に連通した入水流路、(
21)は流水出口(18)に連通した出水流路であり、
(22)は入水流路(2G)と出水流路(21)との間
に介設した隔壁であり、(23)は出水流路(21)の
基部に形成した弁受体を示す。
(20) is a water inlet channel that communicates with the water inlet (17);
21) is a water outlet communicating with the water outlet (18);
(22) is a partition interposed between the water inlet channel (2G) and the water outlet channel (21), and (23) indicates a valve receiver formed at the base of the water outlet channel (21).

弁受体(23)には、ダイアフラム弁からなる弁体(1
9)が圧接、離反自在であり、プランジャ(4)が進行
作動すると弁体(19)が後側壁から押圧されて、ダイ
ヤフラム弁の機能にもとづき弁受体(23)に弁体(1
9)が圧接され、出水流路(21)の基部が弁体(19
)により閉塞されて流路が遮断される。
The valve receiver (23) has a valve body (1) made of a diaphragm valve.
9) can be press-contacted and separated, and when the plunger (4) advances, the valve body (19) is pressed from the rear wall, and the valve body (19) is attached to the valve receiver (23) based on the function of the diaphragm valve.
9) is pressed into contact with the valve body (19), and the base of the water outlet channel (21) is pressed against the valve body (19).
) and the flow path is blocked.

他方、プランジャ(4)が退去作動すると、ダイヤフラ
ム弁のパイロット孔から同プランジャ(4)の′先端部
(4a)が離隔し、ダイヤプラムの機能にもとづき弁体
(19)が弁受体(23)から離反して出水流路(21
)の基部が開放されて流路(旧が連通し、流塞作動によ
って、止水操作も可能となる水入口(17)からの流水
が流水出口(18)から流出することになるものである
On the other hand, when the plunger (4) is operated to retreat, the tip (4a) of the plunger (4) separates from the pilot hole of the diaphragm valve, and the valve body (19) moves toward the valve receiver (23) based on the function of the diaphragm. ) away from the outflow channel (21
) is opened and the flow channel (formerly) is opened, and water from the water inlet (17), which can also be operated to shut off the water by blocking the flow, flows out from the water outlet (18). .

また、プランジャ(4)の前後移動範囲を、アクチュエ
ータ(^)の圧電素子(a)(b)(c)の作用にて@
調節することにより、弁体(19)の開放度合いを調整
して流水量の調整も行えるものである。
In addition, the forward and backward movement range of the plunger (4) is controlled by the action of the piezoelectric elements (a), (b), and (c) of the actuator (^).
By adjusting the opening degree of the valve body (19), the amount of water flowing can also be adjusted.

また、第14図に示すものは、混合路用バルブとして湯
水混合栓に利用した場合を示すものであり、温度調整、
流水量調整、止水の各作用を行う混合栓バルブに、本実
施例のアクチュエータ(^)を適用した例を示すもので
ある。
Moreover, the one shown in Fig. 14 shows the case where it is used as a mixing path valve in a hot water mixing faucet, and is used for temperature adjustment,
This figure shows an example in which the actuator (^) of this embodiment is applied to a mixing faucet valve that performs water flow adjustment and water shutoff functions.

すなわち、左右側にアクチュエータ(A)(A)を互い
に対向する状態で配設し、その間に、混合栓バルブケー
ス(24)を介設し、同バルブケース(24)中には、
左右側のアクチュエータ(A)(^)のプランジャ(4
)(4)の先端部分位置に、ダイヤフラムからなる弁体
(19)(19°)を左右対向して配設し、同弁体(1
9)(19”)は、その間に介設した筒状の混合湯水筒
(25)の両端開口縁に圧接、離反自在に配設し、同混
合湯水筒(25)の両端開口縁が左右の弁受体(23)
 (23°)を形成する。
That is, the actuators (A) (A) are disposed on the left and right sides facing each other, and a mixing faucet valve case (24) is interposed between them, and in the valve case (24),
Plungers (4) of left and right actuators (A) (^)
) (4), a valve body (19) (19°) consisting of a diaphragm is arranged facing left and right at the tip of the valve body (19).
9) (19”) is disposed so as to be able to press against and separate from the opening edges at both ends of the cylindrical mixing water tank (25) interposed therebetween, so that the opening edges at both ends of the mixing water tank (25) are connected to the left and right sides. Valve receptor (23)
(23°).

同混合湯水筒(25)の両端開口部は、左右の弁体(1
9)(19°)を介して、入水流路(26)と入湯流路
(27)に連通されており、入水流路(26)と入湯流
路(27)とは、−本の管を中央隔壁(28)で仕切っ
て形成しており、また、混合湯水f@(25)の中央部
には、混合湯流路C29)が連通されている。
The openings at both ends of the mixed hot water and water cylinder (25) are connected to the left and right valve bodies (1
9) (19°), the water inlet flow path (26) and the hot water entry flow path (27) are connected to each other through the - pipes. It is partitioned by a central partition wall (28), and a mixed hot water channel C29) is communicated with the central part of the mixed hot water f@(25).

従って、アクチュエータ(^)の圧電素子(a)(b)
(C)の適宜の通電操作によって、プランジャ(4)を
前後方向に進退作動せしめることにより、左右の弁体(
19) (19°)が弁受体(23)(23°)を開閉
し、或は開閉度合の調整を行い、入水流路(2e)から
の水と入湯流路(27)からの湯を、適当な調整割合の
らとに混合湯水筒(25)中に流入せしめて、混合湯流
路(29)から流出給湯せしめるものであり、プランジ
ャ(4)の進退度合いに応じて、弁体(23)は、入水
流路(26)と入湯流路(27)とからの水と湯の量を
調整して温度の調整を行いうると共に、全体の量の調整
も行えるものであり、また弁体(23)の閉ものである
Therefore, the piezoelectric elements (a) (b) of the actuator (^)
The left and right valve bodies (
19) (19°) opens and closes the valve receiver (23) (23°), or adjusts the degree of opening and closing, and connects water from the water inlet flow path (2e) and hot water from the hot water flow path (27). , the hot water flows into the mixed hot water cylinder (25) at an appropriate adjustment ratio, and the hot water flows out from the mixed hot water flow path (29), and the valve body ( 23) can adjust the temperature by adjusting the amount of water and hot water from the water inlet flow path (26) and the hot water input flow path (27), and can also adjust the overall amount. The body (23) is closed.

この発明の実施例は上記のように構成されているもので
あり、同実施例によれば以下のような作用効果が生起さ
れる。
The embodiment of the present invention is constructed as described above, and the following effects are produced according to the embodiment.

■プランジャ(4)が圧電素子(a)(b)(c)によ
って作動すると共に、同プランジャ(4)の先端部(4
a)周面、若しくは同先端部(4a)の周面に密着する
パツキン(14)の表面に、同先端部(4a)の摺動抵
抗を小さくするための摺動抵抗低減N(5)を形成して
いるために、同プランジャ(4)の精密な進退作動を可
能とし、機構が簡易となってコンパクト化が図れる。
■The plunger (4) is actuated by the piezoelectric elements (a), (b), and (c), and the tip (4) of the plunger (4)
a) A sliding resistance reduction N (5) is applied to the circumferential surface or the surface of the gasket (14) that is in close contact with the circumferential surface of the tip (4a) in order to reduce the sliding resistance of the tip (4a). Because of this, the plunger (4) can be moved forward and backward with precision, and the mechanism can be simplified and made more compact.

■かかる構成を具備する圧電アクチュエータ(八)を温
度調整、流量調整、止水等の操作の必要なバルブに応用
すると、正確に温度、流量の調整等が行える。
(2) When the piezoelectric actuator (8) having such a configuration is applied to a valve that requires operations such as temperature adjustment, flow rate adjustment, and water shutoff, temperature and flow rate adjustments can be made accurately.

■パツキン(14)の摩耗が少ないので、同パツキン(
14)による水密性を良好に保つことができて、圧電ア
クチュエータ(A)の機能も良好に確保でき、パツキン
(14)のメンテナンス回数等を少なくすることができ
る。
■Since there is less wear on the packing (14), the packing (14) has less wear.
14) can be maintained well, the function of the piezoelectric actuator (A) can also be ensured well, and the frequency of maintenance of the seal (14) can be reduced.

■グリースよりも安価で永続性に優れたフッ素含有樹脂
等の摺動抵抗低減層(5)を形成することができるため
に、製造コストの低減、永続性の確保及びプランジャ(
4)の円滑作動の確保を図ることができる。
■Since it is possible to form a sliding resistance reducing layer (5) made of fluorine-containing resin, etc., which is cheaper and more durable than grease, it reduces manufacturing costs, ensures permanence, and reduces plunger (
4) smooth operation can be ensured.

■摺動抵抗低減層(5)は、グリースのようにプランジ
ャ(4)のクランプ部につくことがないために、圧電ア
クチュエータ(八)の基本機能を良好に確保することが
できる。
(2) Since the sliding resistance reducing layer (5) does not stick to the clamp part of the plunger (4) like grease, the basic functions of the piezoelectric actuator (8) can be ensured well.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のアクチュエータを示す断面説明図、第
2図はプランジャの先端部の一部切欠拡大断面図、第3
図はパツキンの拡大図、第4図は第1図I−I線による
断面図、第5図〜第7図は圧電素子の他の具体例の説明
図、第8図は制御装置の構成説明図、第9図〜12図は
、本発明のアクチュエータの作動順序を示す説明図、第
13図は本発明のアクチュエータを応用した単水路用の
バルブの断面説明図、第1・4図は本発明のアクチュエ
ータを応用した混合路用のバルブの断面説明図である。 (八):圧電アクチュエータ (a)(b)(c)  :圧電素子 (1):前壁 (2):後壁 (3):アクチュエータケーシング (4)ニブランジャ (5):摺動抵抗低減層 (7):挿通孔
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing the actuator of the present invention, FIG. 2 is an enlarged partially cutaway cross-sectional view of the tip of the plunger, and FIG.
The figure is an enlarged view of the packing, Figure 4 is a sectional view taken along the line I-I in Figure 1, Figures 5 to 7 are illustrations of other specific examples of piezoelectric elements, and Figure 8 is an explanation of the configuration of the control device. Figures 9 to 12 are explanatory diagrams showing the operating sequence of the actuator of the present invention, Figure 13 is a cross-sectional explanatory diagram of a single channel valve to which the actuator of the present invention is applied, and Figures 1 and 4 are illustrations of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional explanatory diagram of a valve for a mixing path to which the actuator of the invention is applied. (8): Piezoelectric actuator (a) (b) (c): Piezoelectric element (1): Front wall (2): Rear wall (3): Actuator casing (4) Nib plunger (5): Sliding resistance reduction layer ( 7): Insertion hole

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1)アクチュエータケーシング(3)内に、パルス状電
圧によって微小距離無段階駆動可能なプランジャ(4)
を進退自在に収納すると共に、同プランジャ(4)の先
端部(4a)を、アクチュエータケーシング(3)の前
壁(1)に設けた挿通孔(7)中に外部へ突出状に挿通
させ、同挿通孔(7)の周面に沿って、プランジャ(4
)の先端部(4a)周面に密着してアクチュエータケー
シング(3)内の水密性を高めるパッキン(14)を設
け、同パッキン(14)の表面若しくはプランジャ(4
)の先端部(4a)周面の少なくとも一方に、同先端部
(4a)の摺動抵抗を小さくするための摺動抵抗低減層
(5)を形成してなる微小距離無段階駆動式アクチュエ
ータ。
1) Inside the actuator casing (3), there is a plunger (4) that can be driven steplessly over minute distances using pulsed voltage.
The plunger (4) is inserted into the insertion hole (7) provided in the front wall (1) of the actuator casing (3) so as to protrude outward. The plunger (4) is inserted along the circumference of the insertion hole (7).
) is provided with a packing (14) that is in close contact with the circumferential surface of the tip (4a) of the actuator casing (3) to improve the watertightness inside the actuator casing (3), and the surface of the packing (14) or the plunger (4
) is formed with a sliding resistance reducing layer (5) on at least one of the circumferential surfaces of the tip (4a) to reduce the sliding resistance of the tip (4a).
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