JPH02203577A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、アクチュエータに関し、特に可変流發ポン
プやショックアブソーバ等に適用される圧電素子を用い
たアクチュエータにｌ￥１する。

〔従来の技術〕

従来のこの種のアクチュエータとしては、例えば特開昭
５９−２０６６６８号公報や特開昭６２−２９４１０号
公報に開示されたものがある。前者のアクチュエータは
電圧を印加又は除去することによる圧電素子の変位を利
用する一方、後者の７クチユエータは流体の作動面積比
による変位拡大機構を備えて圧電素子の変位を被作動物
の大きな変位に変換するように構成されている。

ところで、前者の圧電素子は積層型をなしているため、
アクチュエータを水中や粉塵雰囲気内で作動させると圧
電素子間に水分や塵埃等が付着するおそれがあり、経年
後には漏電による素子破壊のおそれがある。

これに対し、特開昭６２−２５８８４４号公報に本出願
人が開示したように圧電素子室を０リング等のシール材
でシールし、圧電素子室内を気密状態にすれば素子破壊
を防止することができる。

第３図はこのような従来のアクチュエータを示し、ハウ
ジング１０１内には圧電素子室１０２を形成する素子室
カバー１０３がＯリング１０４を介し摺接して設けられ
、圧電素子室１０２内には電極１０５ａ、１０５ｂから
所定の電圧が印加される圧電素子１０６が設けられてい
る。ハウジング１０１に摺接するピストン１０７と素子
室カバー１０３には０リング１０８を介して摺接するナ
ブピストン１０９が連結されている。ピストン１０７と
ノズル１１０との間には油圧室１１１が形成されこの油
圧室１１１にはチエツク弁１１２を介して適宜部が供給
される。また、ピストン１０７と素子室カバー１０３と
の間には油圧背圧室１１３が形成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕 ところで、圧電素子に電圧を印加又は除去して圧電素子
を伸長又は収縮する場合、同電圧を印加しても圧電素子
に与えられる荷重が異なるとその変位も異なることが知
られている。すなわち、変位拡大機構を用いた場合には
、その変位拡大率が異なる。

前述した従来技術にあっては、圧電素子室１０２は気密
状態となっており、油圧室１１１と油圧背圧室１１３と
は受圧面積に差があるため圧電素子１０６が歪んで変位
拡大率が変動するおそれがある。このためこの種のアク
チュエータが適用される可変流暢ポンプやショックアブ
ソーバ等の出力の安定化を計れないという不都合を呈す
る。

この発明は、上記課題に着目してなされたちので、水中
や粉Ｗ！雰囲気内でも使用可能でありながら、圧電素子
の変位拡大率を安定化できるアクチュエータを提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明は、圧電素子に電圧
を印加することにより第２ピストンを作動させ、これに
より１ｆｆｉ調節器が作動することで第１ピストンの移
動量を調整するアクチュエータであって、前記圧電素子
を圧電素子室内にて絶縁性の弾性膜により覆うと共にこ
の弾性膜と前記圧電素子との間に絶縁性の流体を充填し
たことを特徴とする。

〔作用〕

弾性膜及び絶縁性の流体を介しで加圧されるので圧電素
子には全方向から圧力が付与される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図はこの発明に係るアクチュエータを可変流ｍポン
プに適用した例を示している。

まず構成を説明すると、アクチュエータ１が収納され１
いるハウジング２は円筒状をなしその内部には油が充填
されてＪ３す、一端に圧力を解放するノズル３が形成さ
れている。ハウジング２内にはその内周面２ａに摺接す
る第１ピストンとしての主ピストン４及び副ピストン５
が設けられ、副ピストン５は主ピストン４のノズル３側
に位置している。

主ピストン４と副ピストン５との間には第１油密室６が
画成され、ｎ１ピストン５とハウジング２の端壁２ｂと
の間には第２油密室７が画成されている。主ピストン４
及び副ピストン５の外周部には夫々凹部４ａ、５ａが形
成され、この四部４ａ。

５ａ内には０リング８．８が嵌着されて第１及び第２油
密室６．７が夫々油密に保持されている。

又、第２油密室７内には副ピストン５を主ピストン４側
に付勢するリターンスプリング９が弾設されている。ハ
ウジング２には逆止弁１０が設けられ、逆止弁１０は第
２油密室７が負圧になると第２油密室７に油が供給され
るようになっている。

主ピストン４にはロッド１１が連結され、このロッド１
１は図示しないモータ等に連結されて一定のストローク
が与えられる構成となっている。

ロッド１１の外径はハウジング２の内径２ａより若干小
さく設定され、両者１１．２ａ間にロッド室１２が画成
されている。主ピストン４には油流路１３が形成され、
油流路１３は流ｆｆｌ調節器としてのスプール弁１４を
介して第１油密室６とロッド室１２とを連通可能として
いる。このようなロッド室１２には油が油供給管１５を
通して常時供給されている。

ロッド１１内には圧電素子室１６が画成されている。こ
の圧電素子室１６内には主ピストン４側に第２ピストン
としての圧力調整ピストン１７がロッド１１の内周面１
１ａに病接して設けられ、圧力調整ピストン１７の主ピ
ストン４側には油圧室１８が画成されている。圧電素子
室１６はロッド１１に形成された貫通孔１９によりロッ
ド室１２と連通され、油圧室１８はスプール弁１４の作
動部側に連通されている。又、油圧室１８が油中雰囲気
より低圧になると、油圧室１８にはロッド１１に設けら
れた逆止弁２０によりａラド室１２から適宜油が供給さ
れる。

油圧室１８にはスプリング２１が弾設され、このスプリ
ング２１により圧力調整ピストン１７が【】ラド１１側
に付勢されている。又、圧力調整ピストン１７の外周部
には四部１７ａが形成され、この四部１７ａ内には０リ
ング２２が嵌着されて圧電素子室１６及び油圧室１８が
夫々油密に保持されている。

圧力調整ピストン１７には例えば鉄やアルミ等の金属よ
りなる剛性台２３が固着され、剛性台２３には８Ｎ層型
の圧電素子（電歪素子）２４の一端が固定されている。

圧電素子２４の他端は金属台２５に固定され、金属台２
５は圧電素子室１６の端壁２６に形成された凹部２８ａ
内に嵌装されている。圧電素子２４は複数の素子が積層
されており一方向に分極されている。金属台２５内には
ガラス又はアクリル等の絶縁台２７がエポキシ系統の絶
縁性接着剤により接着され、絶縁台２７には穴が形成さ
れてこの穴内に圧電素子２４の分極方向に電圧を印加す
る電極２８が設けられている。

又、金属台２５の外周部には四部２５ａが形成され、こ
の凹部２５ａ内にはＯリング２９がｖ！着されて圧電素
子室１６が油密に保持されている。

圧電素子２４は、電極２８により分極方向に電圧を印加
するとハウジング２の軸方向に伸長する一方、分極方向
と逆方向に電圧を印加すると収縮する構成となっている
。

圧電素子２４の外周は圧電素子ｖ１６内にあってＮ　Ｂ
　Ｔ＜膜や塩化ビニル膜等の絶縁性弾性１Ｉ３０により
覆われ、且つ圧電素子２４と絶縁性弾性膜３０との間に
はシリコンオイル、アルキルベンゼン、ナフタリン等の
絶縁性流体３１が充填されている。弾性ｇ１３０の一端
は剛性台２３に接着剤による接着又は焼き付は等により
固定され、他端はサークリップ等の弾性輪３２により固
定されている。

尚、弾性膜３０は鉄箔やジェラルミン箔等の金属箔であ
ってもよく、弾性１１３０の固定方法は上記のものに限
定されない。

上記構成のアクチュエータ１は例えば以下のように製造
される。

即ち、剛性台２３と弾性ｌｌ１Ｉ３０とを固定した状態
で圧電素子２４及び金属台２５を弾性Ｗ４３０内に挿入
し、絶縁性流体３１中で金属台２５に弾性膜３０を組み
付ける。

次に作用を説明する。

上記構成において、図示しないモータによりロッド１１
をストロークすると主ピストン４が第１油密室６を加圧
し、副ピストン５を介して第２油密室７を加圧しノズル
３から油が噴出する。

その後、主ピストン４が４１退すると副ピストン５が第
１油密室６を介しての負圧及びリターンスプリング９の
付勢力により後退する。この際、第２油密至７が負圧に
なり逆止弁１０から油が流入する。

電極２８により圧電素子２４に電圧を印加すると圧力調
整ピストン１７がストｌ］−りしてスプール弁１４が開
弁じ、油流路１３が開放されて第１油密室６とロッド室
１２とが連通する。ここで、第１油密室６とロッド室１
２とで差圧が生じたとぎには油流路１３を油が流れるが
、その流路面積はスプール弁１４のストロークにより決
定され、従ってノズル３からの噴出憬を制御することが
できる。

この実施例においては、ロッド１１に形成された目通孔
１９から圧電素子室１６に流入した油は弾性膜３０を介
して絶縁性流体３１を加圧するため、圧電素子２４と圧
力調整ピストン１７とには同圧が付与される。又、ロッ
ド１１と圧力調整ピストン１７との間隙から油が入りこ
むためこのピストン１７の両面の油圧が同圧であり、油
中雰囲気の圧力が変動してら圧力調整ピストン１７が圧
電素子２４を押し付ける荷重は常時−・定となる。

尚、この荷重はスプリング２１のセット荷重と等しいこ
とはいうまでもない。

圧電素子２４に電圧を印加又は除去して素子２４を伸長
又は収縮する場合、同電圧を印加しても素子２４のセッ
ト荷重が異なるとその伸長率も異なるが、この実施例で
はセット荷重が一定であるため圧電素子２４の伸び及び
これに伴う発生力が変動せず、圧電素子２４には全方向
から油圧が加わるためその歪が微小となり安定した出力
が得られる。

上記のようにこの実施例によれば以下のような効果を得
ることができる。

（１）　　ノズル３から油を噴出することができるため
、ポンプとして使用１１Ｔ能である。

（り　圧電素子２４が弾性膜３０で覆われ且つ絶縁性流
体３１がそれらの間に充填されているため、水中や粉塵
雰囲気中でも使用可能である。

（３）　　圧力調整ピストン１７と剛性台２３との間に
シール部材を設けなくてよく、小型化が図れると共に部
品点数及び加工工程数が減少しコストダウンを図ること
ができる。

第２図に、この発明をショックアブソーバに適用した他
の実施例を示す。前記実施例と同一の部材については同
一符号を付し説明を省略づる。外１ｉ３３内に嵌装され
た内筒３４には前述の主ピストン４のみが摺動自在に嵌
入され、第１油圧室６ｂ及び第２油圧室１２ｂは第１及
び第２油流路３５．３６により逆止弁３７．３８を介し
て連通可能となっている。上記構成において電極２８に
電圧を印加又は除去することによりショックアブソーバ
の減衰力を可変とすることができる。

この実施例によればセット荷重を常時一定にすることが
できるため正確な出力を得ることができる。

尚、この発明は上記構成のものに限定されず、例えば圧
電素子２４の座台たる金属台２５及び剛性台２３を剛性
台２３のみで代替しても同様な効果を得ることができる
。

又、可変流母ポンプやショックアブソーバの他に、ハイ
ドセンサと組み合わぜて精密且つ微小な高さを調整する
台の脚に適用してもよく、ピストンが受ける油圧を圧電
素子２４の出力電圧から測定する圧力センサとしてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、水中や粉塵雰囲
気中で使用可能でありながら、圧電素子に全方向から油
圧が加えられ歪を抑えて圧力変動を生じる雰囲気内でも
圧電素子の変位拡大率を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るアクチュエータ１の
断面図、第２図は他の実施例の断面図、第３図は従来例
の断面図である。 （符号の説明） ２・・・・・・ハ「ンジング ４・・・・・・第１ピストン ６・・・・・・第１油密至（油密室） １３・・・・・・油流路 １４・・・・・・スプール弁（流量調節器）１６・・・
・・・圧電素子室 １７・・・・・・圧力調整ピストン（第２ピストン）１
８・・・・・・油圧室 ２４・・・・・・圧電素子 ３０・・・・・・弾性膜 １・・・・・・絶縁性流体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウジング内に摺動自在に設けられた第１ピスト
   ンと、この第１ピストンの端面側に形成された油密室及
   び前記第１ピストンの背面側に形成された圧電素子室と
   、前記油密室と前記圧電素子室とを流量調節器を介して
   連通可能にする油流路と、前記圧電素子室内に摺動自在
   に設けられた第２ピストンと、この第２ピストンの流量
   調節器側端面と前記第１ピストンとの間に形成された油
   圧室と、前記第２ピストンの他面側に設けられた圧電素
   子と、を備え、この圧電素子に電圧を印加することによ
   り前記第２ピストンの移動と連動して前記流動調節器が
   作動することで前記第１ピストンの移動量を調整アクチ
   ュエータであつて、 前記圧電素子を前記圧電素子室内にて絶縁性の弾性膜に
   より覆うと共にこの弾性膜と前記圧電素子との間に絶縁
   性流体を充填したことを特徴とするアクチュエータ。