JPH0191675A - Actuator - Google Patents

Actuator

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Publication number
JPH0191675A
JPH0191675A JP62248946A JP24894687A JPH0191675A JP H0191675 A JPH0191675 A JP H0191675A JP 62248946 A JP62248946 A JP 62248946A JP 24894687 A JP24894687 A JP 24894687A JP H0191675 A JPH0191675 A JP H0191675A
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JP
Japan
Prior art keywords
plunger
piezoelectric element
actuator
state
piezoelectric
Prior art date
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Pending
Application number
JP62248946A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Tsutsui
修 筒井
Hisato Haraga
久人 原賀
Hirobumi Takeuchi
博文 竹内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toto Ltd filed Critical Toto Ltd
Priority to JP62248946A priority Critical patent/JPH0191675A/en
Publication of JPH0191675A publication Critical patent/JPH0191675A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable the working of various devices, machines, and the like to be controlled at precision, by fitting a plunger concentrically and movably forward or backward along an axis, into a cylindrical actuator casing provided with front and rear walls. CONSTITUTION:So far as an actuator A is concerned, a plunger d is fitted concentrically and movably forward or backward along an axis, into a cylindrical actuator casing provided with front and rear a walls a, b. Besides, a piezoelectric element assembling unit B consisting of three piezoelectric elements e, f, g is concentrically is set on the outer peripheral surface of the plunger d. The piezoelectric elements e, f, g, are composed to be contracted when a power source is turned ON. In other words, the piezoelectric elements e, f, g are expanded in a state that current is not conducted to, and the plunger d is clamped by the elements, and in a state that current is conducted to, the elements are contracted to release the plunger d. In the meantime, the piezoelectric element g is in a state that it is expanded in the axial direction on the plunger d in a state that current is not conducted, and in a state that current is conducted, the element is contracted on the plunger d, and the full length in the axial direction is shortened.

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application The present invention relates to a direct acting actuator used to operate various devices.

(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。
(b) Prior Art Conventionally, various types of actuators, such as mechanical actuators, electrical actuators, and fluid actuators, have been known as such actuators.

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。
And by using such an actuator,
Various devices, machines, etc. can be made to perform desired operations automatically.

(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。
(c) Problems to be Solved by the Invention However, none of these conventional actuators could perform highly accurate positioning and could not precisely control the operations of various devices and machines.

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。
An object of the present invention is to provide an 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、前後壁を具備する筒状のアクチュエータケー
シング内に、同心円的にかつ軸線に沿って進退自在にプ
ランジャを取付け、同プランジャの外周面上であって前
後壁の内側に位置する個所にリング状の圧電素子を配設
するとともに、圧電素子間に円筒状の圧電素子を介設し
、同圧電素子に電圧を印加してプランジャをクランプ可
能とするとともに、圧電素子に電圧を印加してプランジ
ャの軸線方向に伸縮自在となし、かつ、前後壁の一方の
内面と圧電素子との間に、弾性体を介設したことを特徴
とするアクチュエータに係るものである。
(d) Means for Solving the Problems The present invention provides a plunger that is installed in a cylindrical actuator casing having front and rear walls so as to be movable back and forth concentrically and along the axis. A ring-shaped piezoelectric element is arranged inside the front and rear walls, and a cylindrical piezoelectric element is interposed between the piezoelectric elements, and the plunger can be clamped by applying voltage to the piezoelectric element. In addition, the actuator is characterized in that a voltage is applied to the piezoelectric element to make it expandable and retractable in the axial direction of the plunger, and an elastic body is interposed between the inner surface of one of the front and rear walls and the piezoelectric element. This is related.

(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。
(e) Actions and Effects With the configuration described above, the present invention has the following actions and effects.

■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μ麹のオーダに
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。
■The actuator moves the plunger forward and backward by activating three piezoelectric elements, so it can move the plunger forward and backward in μm order or sub-μ order depending on the number of voltage applications, making it suitable for various devices and machines. etc. can be operated precisely.

■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IJS!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。
■The actuator can move the plunger forward and backward on the μm order or sub-μm order, so
Various devices and IJS! There is no need to interpose a speed reduction mechanism or the like between the drive device and the driven object such as a machine, and the overall structure of various devices and machines can be made extremely compact.

(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。
(f) Examples The present invention will be specifically described below based on examples shown in the attached drawings.

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
FIG. 1 shows the configuration of an actuator A according to this embodiment.

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。
As shown in the figure, the actuator A has a plunger d installed in a cylindrical actuator casing C having front and rear walls a and b so as to be movable back and forth concentrically and along the axis. Concentrically,
Three piezoelectric elements e.

12g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。
It is constructed by arranging a piezoelectric element assembly B consisting of 12 g.

そして、この圧電素子e、f、gは、電源をオンした際
に縮むように構成されている。
The piezoelectric elements e, f, and g are configured to contract when the power is turned on.

即ち、圧電素子e、  fは、通電していない状態では
伸びてプランジャdをクランプするとともに、通電状態
では縮んでプランジャdを解除する。−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。
That is, the piezoelectric elements e and f extend and clamp the plunger d when not energized, and contract and release the plunger d when energized. - side, piezoelectric element g
is extended in the axial direction on the plunger d when it is not energized, and when it is energized, it contracts on the plunger d, shortening its total length in the axial direction.

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。
The plunger d then connects these three piezoelectric elements e and f.
, g can be moved in the axial direction by appropriately controlling.

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、このリングが収縮するよ
うに構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric elements e and f are ring-shaped elements formed by laminating a large number of piezoelectric element pieces concentrically around the axis of the plunger d, and the ring is attached to the plunger d. Electrodes are attached to the outside as well as the inside in contact with d, and the ring is configured to contract when a voltage is applied.

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。
Moreover, as shown in FIGS. 1 and 3, the piezoelectric element g is
It is a cylindrical element formed by laminating a large number of piezoelectric element pieces at right angles to the axis of the plunger d. Electrodes are provided at both ends of the cylinder, and it is configured to contract by applying a voltage to both ends. ing.

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あり、圧電素子e。
Furthermore, h is an elastic body such as a disc spring interposed between the rear end of the piezoelectric element g and the rear wall, and the piezoelectric element e.

f、gを常時前壁aに向けて弾性的に押圧して圧電素子
組立体Bの一体化を図るものである。
The piezoelectric element assembly B is integrated by always elastically pressing f and g toward the front wall a.

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。
Further, in FIG. 1, i and j are U seals provided to improve the watertightness of actuator A.

なお、上記構成において、圧電素子e、  r、  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4図及び第5図に示す如く、分割片
から形成することもできる。
Note that in the above configuration, piezoelectric elements e, r, g
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. 4 and 5.

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。
In addition, since the plunger d is clamped many times by the piezoelectric elements e, f, and g, it has a small linear expansion coefficient, high hardness, strength, creep resistance, and wear resistance, and has high processing accuracy. It is preferable to use a ceramic material, for example, a ceramic material.

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6図〜第8図を参照して
説明する。
Next, the movement of the plunger d by the actuator A having such a configuration will be explained with reference to FIGS. 6 to 8.

第6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。
As shown in FIG. 6, the plunger d is clamped while leaving the piezoelectric element f as it is, and a voltage is applied to the piezoelectric element e to contract it and release the plunger clamp.

次に、第7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「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。
Next, as shown in Fig. 7, when a voltage is applied to the piezoelectric element g to contract it, the piezoelectric element ``moves in the direction of the arrow, and the plunger d clamped by the piezoelectric element f also moves in the same direction. do.

その後、第8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。
Thereafter, as shown in FIG. 8, when a voltage is applied to the piezoelectric element f to release the clamp of the plunger d and at the same time the voltage applied to the piezoelectric element g is released, the piezoelectric element g extends in the direction of the arrow, and the piezoelectric element f also extends in the same direction.

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
とり生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。
After that, by repeating the above operation, plunger d
can be moved in a linear manner with a stroke on the μm order or sub-μm order, and various devices and machines can be operated precisely.

また、第9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、湯水混合線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。
Further, FIG. 9 shows an application example of the actuator A according to this embodiment, which is an example in which the actuator is applied to an automatic opening/closing valve that functions as a hot water mixing line.

第9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−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。
In FIG. 9, reference numeral 10 denotes a casing in the form of a cylindrical box, and the casing 10 has two cylindrical bodies 11 and 12 with openings at both ends protruding from the negative side wall thereof, and a single tube inside. It forms side channels 13,14.

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。
The − side flow paths 13 and 14 function as the water supply flow path and the hot water supply flow path for the hot and cold mixer faucet, and their outer open ends 13a and 14a communicate with the water supply pipe 15 and the hot water supply pipe 16, respectively. .

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10の両端に形成した隔室
17゜18と連通している。
On the other hand, the inner opening ends 13b, 14 of the − side flow path 13.14
b communicate with compartments 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。
Further, a T-shaped cylinder 19 with openings at both ends protrudes from the other side wall of the casing 10, and a T-shaped other side flow path 20 is formed in the T-shaped cylinder 19. There is.

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。
The other side flow path 20 functions as a mixed water flow path of a hot and cold water mixer faucet, and its outer open end 20a communicates with the mixed water pipe 21, while its inner bifurcated open end 20b , 20c communicate with compartment 17.18.

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22.2
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。
Further, valve seats 22 and 23 are provided at the inner bifurcated opening of the T-shaped cylinder 19, respectively.
3, the valve seat 2 is moved back and forth in the axial direction within the casing 10.
2, 23, inner bifurcated opening ends 20b, 20c
Valve bodies 24 and 25 made of diaphragm valves that open and close are provided.

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。
Furthermore, actuators A are attached to both ends of the casing 10, respectively.

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。
Each actuator A has a plunger d whose tip can come into contact with the rear part of the valve body 24.25.
.. 25 can be opened and closed freely.

なお、第9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クAを作動させ、適温制御
をさせるものである。
In addition, in FIG. 9, 30 is a temperature sensor provided in the other side flow path 20, which detects the temperature of the mixed water, feeds back the detected value to the control unit, and causes the control unit to automatically control the temperature based on the detected value. Both actuates A of the on-off valve are operated to control the temperature appropriately.

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。
The operation of the automatic on-off valve having such a configuration will be briefly explained 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13.14
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 detected value from the temperature sensor 30 is fed back to the control section and the control section separately operates both actuators A of the automatic opening/closing valve based on the detected value, the valve body 24.25 opens at the set opening degree. Open and close the - side flow path 13.14
The amount of water supplied and the amount of hot water flowing into the other side channel 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。
In this operation, since the valve bodies 24 and 25 are operated by the actuator A, flow rate control can be performed more reliably, and appropriate temperature control can be performed more reliably.

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。
As described above, the invention according to this embodiment has the following functions and effects.

■アクチュエータAは、三つの圧電素子e、f。■Actuator A has three piezoelectric elements e and 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。
Since the plunger d is moved forward and backward by operating g, the plunger d can be moved forward and backward on the μm order or sub-μm order depending on the number of voltage applications, and various devices and machines can be operated precisely. can be done.

■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。
■Since the actuator A can move the plunger d forward and backward on the μm order or sub-μm order, there is no need to interpose a speed reduction mechanism etc. between the actuator and driven objects such as various devices and machines. The overall structure can be made extremely compact.

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

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−I線及び■−n線による横
断面図、第4図及び第5図は他の実施例にかかる圧電素
子の横断面図、第6図〜第8図はアクチュエータの作動
状態説明図、第9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 a:前壁        b:後壁 C:アクチエエータケーシング dニブランジャ     e:圧電素子f:圧電素子 
     g:圧電素子h:弾性体 第 1 図 第6図 第8図
FIG. 1 is a cross-sectional side view of an actuator according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views taken along lines 1-I and 1-n in FIG. 1, and FIGS. 4 and 5 are views of other embodiments. A cross-sectional view of the piezoelectric element according to the example, FIGS. 6 to 8 are explanatory views of the operating state of the actuator, and FIG. 9 is a cross-sectional side view of an automatic on-off valve equipped with the above-mentioned actuator. In the figure, A: actuator B: piezoelectric element assembly a: front wall b: rear wall C: actuator casing d nib plunger e: piezoelectric element f: piezoelectric element
g: Piezoelectric element h: Elastic body Figure 1 Figure 6 Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.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、同プランジャ(
d)の外周面上であって前後壁(a)(b)の内側に位
置する個所にリング状の圧電素子(e)(f)を配設す
るとともに、圧電素子(e)(f)間に円筒状の圧電素
子(g)を介設し、同圧電素子(e)(f)に電圧を印
加してプランジャ(d)をクランプ可能とするとともに
、圧電素子(g)に電圧を印加してプランジャ(d)の
軸線方向に伸縮自在となし、かつ前後壁(a)(b)の
一方の内面と圧電素子(f)との間に、弾性体(h)を
介設したことを特徴とするアクチュエータ。
1. A plunger (d) is installed in a cylindrical actuator casing (c) having front and rear walls (a) and (b) so as to be movable back and forth concentrically and along the axis.
Ring-shaped piezoelectric elements (e) and (f) are disposed on the outer circumferential surface of d) and located inside the front and rear walls (a) and (b), and the piezoelectric elements (e) and (f) are A cylindrical piezoelectric element (g) is interposed in the piezoelectric element (g), and a voltage is applied to the piezoelectric elements (e) and (f) to enable clamping of the plunger (d), and a voltage is applied to the piezoelectric element (g). The plunger (d) is expandable and retractable in the axial direction, and an elastic body (h) is interposed between the inner surface of one of the front and rear walls (a) and (b) and the piezoelectric element (f). actuator.
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