JPH0287689A - 圧電アクチュエータ - 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、各種装置を作動させるために用いる（口）従
来の技術 従来、圧電アクチュエータの一形態として、軸方向に移
動するグランジャと、同プランジャをつかむクランプと
、クランプを作動させる圧電素子と、プランジャを移動
させるストローク用圧電素子とにより構成され、パルス
状の駆動電圧で作動させるようにしたものがある。

（ハ）発明が解決しようとする課題 ところが、かかる圧電アクチュエータは、駆動電圧の立
上がりが急であると、圧電素子の作動が急激に行われて
騒音を発生する性質があり、従来の駆動回路では、圧電
アクチュエータを低速で駆動するためにパルスの周期を
長くした場合でも、駆動電圧の立上がりが急であるなめ
、上記と同様に騒音を発していた。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明では、ケーシング内に軸方向に進退可能なプラン
ジャと、ストローク用圧電素子と、クランプ部材を介し
てプランジャをクランプするクランプ用圧電素子とを具
備し、パルス状の駆動電圧により、プランジャを進退作
動させるようにした圧電アクチュエータにおいて、駆動
回路に電流値制御可能の定電流手段を備えたことを特徴
とする圧電アクチュエータを提供せんとするものである
。

（ホ）作用・効果 本発明は、駆動回路に備えた電流値制御可能の定電流手
段、すなわち定電流素子または定電流回路で圧電素子を
チャージする電流を一定に制御して、圧電アクチュエー
タを低速で駆動するときは、上記電流値を小さくして、
圧電素子に印加される駆動電圧の立上がりを緩やかにし
、同素子の急激な作動を緩和して、圧電アクチュエータ
低速駆動時の騒音発生を防止する事ができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例にもとづき、本発明を詳説す
る。

第１図に、本実施例に係る圧電アクチュエータ（八）の
全体構成を示す。

図示するように、圧電アクチュエータ（Ａ）は、前後壁
（ａ）（ｂ）を具備する筒状のケース（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（Ｐ）
を取付け、更に、プランジャ（Ｐ）の外周面に、同心円
的に、それぞれクランプ部材（ｋ）（＋）を具備する一
対のクランプ用圧電素子（ｅｌｆ）と、ストローク用圧
電素子（（１）とを配設することによって構成している
。

すなわち、クランプ用圧電素子（ｅ）は、ケース（Ｃ）
の中央部に取付けた保持具（Ｈ）の下側に配設・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（ａ）とは保持具（１１）の上側に配役
・支持されている。

次に、各圧電素子（ｅ）（ｆ）（（］）の構成および作
用について説明する。

圧電素子（ｅｌｆ）は、非通電状態では、クランプ部材
（ｋ）（１）で一定のクランプ力でプランジャ（Ｐ）を
クランプしており、逆電圧を印加するとクランプ力を増
加し、正電圧を印加するとクランプ力が減少するか、完
全には消失しないようにしている。

一方、圧電素子（ｇ）は、正電圧印加状態ではプランジ
ャ（Ｐ）上を軸線方向に短縮し、逆電圧印加状態′では
仲−長するようにしている。

なお、図中（ｒ）はパツキンである。

また、第２図に上記構成を有する圧電アクチュエータＦ
Ａ）を制御する為の制御装置（Ｃ）の構成を示している
。

制御装置（Ｃ）は、マイクロプロセッサ（Ｒ）と、Ａ／
Ｄ　、　Ｄ／八突変換器よりなる入出力インターフェー
ス（ｆ）（０）と、上記圧電素子（ｅ）（ｆＨｇ）の駆
動順序プログラムを記憶したメモリー（Ｕ）とから構成
され、入力インターフェース（１）を介して入力されな
センサ（Ｓ）　＊なはスイッチ（ＳＷ）等からの入力信
号に基づき、前記した駆動プログラムにしたがって制御
信号を出力インターフェース（０）を介して、圧電素子
（ｅ）（ｆ）（ｇ）と接続した駆動回路（Ｄ）（ＤＨＤ
）に出力するように構成している。

ついで、かかる構成を有するアクチュエータ（Ａ）によ
るグランジャ（Ｐ）の移動について、第３図〜第５図を
参照して説明する。

第２図に示すスイッチ（ＳＷ）などから、制御装置（Ｃ
）に駆動信号が入力すると、メモリ（Ｕ）がら読み出し
た駆動順序プログラムに従い、第３図に示すように、圧
電素子は）に逆電圧を印加してプランジャ（Ｐ）をクラ
ンプさせ、しかるのち、圧電素子（ｅ）に正電圧を印加
してプランジャ（Ｐ）のクランプを解除する。

次に、第４図に示すように、圧電素子（（＋）に正電圧
を印加して収縮させると、圧電素子（ｇ）は矢印の方向
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（Ｐ）も矢印方向に移動する。

その後、第５図に示すように、圧電素子（ｅ）に逆電圧
を印加してプランジャｆＰ）をクランプさせ、しかるの
ち、圧電素子（ｆ）に正電圧を印加してプランジャ（Ｐ
）のクランプを解除する。

そして、第６図で示すように圧電素子（ｇ）に逆電圧を
印加して伸長さぜると圧電素子（Ｆ）だけが矢印方向に
移動して第３図の状態に復帰する。

その後、上記動作を繰り返すことにより、プランジャＣ
Ｐ）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
を精密に動作させることができる。

第７図は、−例として圧電素子ｆｅ）の駆動回路（Ｄ）
を示しており、池の圧電素子（ｆ）（ｇ）の駆動回路（
Ｄ）も同一構成である。

図中（に）（Ｋ）は、定電流手段であって、制御装置（
Ｃ）により電流値が、圧電アクチュエータ（八）を低速
で駆動するときは小さくなるように制御されている。

（Ｇ）はグラウンド、（Ｓ）は定電圧電源、（ｓｌ）（
ｓ２Ｈｓ３）（ｓ４）はスイッチング素子であり、制御
装置（Ｃ）からの信号で、スイッチング素子（ｓｌ）（
ｓ３）がＯＮ　（ＯＦＦ）の時は、スイッチング素子（
Ｓ２）（Ｓ４）がＯＦＦ　（ＯＮ）になるように回路を
切り替えて、圧電素子（ｅ）に正逆双方向から交互に電
圧を印加するようにしている。

このように、圧電素子（ｅ）にはスイッチング素子（３
１）　（Ｓ２）（ｓ３）（ｓ４）を介して定電圧電源（
Ｓ）と接続されるのであるが、定電流手段（Ｋ）（Ｋ）
によって圧電素子（ｅ）には一定の電流か流れ込み１．
シかも、電流値が、圧電アクチュエータ（八）を低速で
駆動するときは小さくなるように制御されているので、
第８図で示すように、圧電素子（ｅ）に印加される駆動
電圧（Ｖｎ）は、従来の駆動電圧（Ｖｃ）に比べて非常
に立上がりの鞍やかな台形状になり、圧電素子ｆｃ）の
作動を緩やかにして、騒音の発生を防止している。

定電流手段（に）には、定電流ダイオードなどの定電流
素子、または、第９図で示すようにＦ　Ｅ　Ｔ（［）の
ピンチオフ電圧をＦ　Ｅ　Ｔ　（Ｆｌ）で切換えるよう
にしたもの、また、第１０図で示すように、抵抗（Ｒ１
）の電圧降下を、トランジスタ（Ｔｒｉ　）を介し、圧
電素子とグラウンド（Ｇ）との間に介設した１〜ランジ
スタ（Ｔｒ２）のベースにフィードパ・ンクして定電流
化をはかり、トランジスタ（Ｔｒ２）のＶ　ＢＥ　Ｋ−
電流値を変更できるようにしたもの、また、第１１図で
示すようにオベアンフ責Ｏｐ）の反転入力端子に、抵抗
（Ｒ２）の電圧降下をフィードバックして、トランジス
タ（Ｔｒ３）を制御して定電流化をはかり、オペアンプ
（Ｏｐ）の非反転入力端子に入力する電圧で電流値を可
変とするようにしたものなどがある。

次に、本発明の圧電アクチュエータを組込んだ湯水混合
装置（Ｂ）を説明する。

第１２図は湯水混合装置（Ｂ）を示し、湯側及び水側流
量調整弁（Ｖｌ）（Ｖ２）の流入口には、それぞれ給湯
管と給水管とを連通させ、各弁ｍ）（Ｖ２）の流出口を
対向状態に配置して互いに連通させて、給湯管と給水管
とから供給された湯と水との流量比及び流量の和を、湯
側及び水側流量調整弁（ｖｌ）（ｖ２）で調整して、設
定された温度と流量とを保持するようにしている。

湯側と水制流量調整弁（Ｖｌ）（Ｖ２）は、通過する流
体が湯と水とで異なるだけで他は路間−構成であり、下
記のように構成されている。

すなわち、本体（１）の−側方に流入管（２Ｎ２）を、
他方に流出管（３）を形成し、流出管（３）を流入管ｆ
２Ｎ２）との交差部の内部に延出させて、間管（３）の
端面に主弁座（４）（４）を形成し、同主弁Ｊｆｆｌ（
４１１（４）の外周を囲繞した流入管（２Ｎ２）の上端
面にダイヤプラム（５）（５）を張設し、同ダイヤフラ
ム（５）［５）の中央にパイロット弁座（６０６）、同
周縁部にオリフィス（７）（７）を設けて、それぞれ流
出管（３）と流入管（２）（２）とに連通させ、ダイヤ
フラム（５）ｆ５）の上方をアクチュエータ取付基台（
８０８）で閉塞して、同基台（８）（８）とダイヤフラ
ム（５）（５）との間に圧力室［９）（９）を形成して
いるや アクチュエータ取付基台（８）（８）の上面には、前述
の圧電アクチュエータ（Ａ１）（Ａ２）が配設されてお
り、同アクチュエータ（ＡＩ　）　（Ａ２）のプランジ
ャ（Ｐ）（Ｐ）から延出した弁体（１１）（１１）と、
前記パイロット弁座（６０６）との接離によりダイヤフ
ラム（５）（５）を作動させることで、主弁７Ｍ（４）
（４）とダイヤフラム（５）（５）下面とを接離させて
湯側及び水明流量調整弁（Ｖｌ）（Ｖ２）の開閉を行う
ように構成している。

そして、流出管（３）に設けた温度センサ（１２）の検
出値に基いて各アクチュエータ（八１）（Ａ２）を作動
させて、流出管（３）から吐出する混合湯水の温度を、
あらかじめ設定した目標温度に制御するように構成して
いる。

上記湯水混合装置（８）は、前述したように低速作動時
の騒音発生が抑制されているので、作動が静粛になると
いう効果がある。

Ｄ）：駆動回路 に）：定電流手段 Ｐ）ニブランジャ Ｃ）：ゲース ｅ）（ｆ）（ｇ）　：圧電素子 ｋ）（＋）　：クランプ部材

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧電アクチュエータの断面説明図
、第２図は制御装置の構成を示すブロック図、第３図〜
第６図は同アクチュエータの作動説明図、第７図は駆動
回路図、第８図は駆動電圧の波形図、第９図、第１０図
及び第１１図は定電流手段の構成を示す回路図、第１２
図は本発明による圧電アクチュエータを装着した湯水混
合装置の断面説明図。 （Ａ）：圧電アクチュエータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ケーシング（ｃ）内に軸方向に進退可能なプランジ
   ャ（Ｐ）と、ストローク用圧電素子（ｇ）と、クランプ
   部材（ｋ）（ｌ）を介してプランジャ（Ｐ）をクランプ
   するクランプ用圧電素子（ｅ）（ｆ）とを具備し、パル
   ス状の駆動電圧により、プランジャ（Ｐ）を進退作動さ
   せるようにした圧電アクチュエータにおいて、駆動回路
   （Ｄ）に電流値制御可能の定電流 手段を備えたことを特徴とする圧電アクチ ュエータ。