JPH0356343B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電歪素子を用いたアクチユエータの
組立技術に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、板状の電歪素子の一部に係止される
弁体によつて流路の開閉を行わせる弁などにおい
ては、従来、電歪素子の一端または両端を予め本
体内に形成されている溝などに嵌合させて装着す
ることが行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、板状の電歪素子は構造上外力などに
よつて変形されやすく形状が比較的不安定である
ため、上記のように本体内に予め形成されている
溝などに嵌合させて装着する場合には、電歪素子
自体の弾性などによる内部応力が生じた状態で組
み付けられることとなり、電歪素子から得られる
駆動力が設計値から変動したり、調整が困難であ
るなどの問題がある。

このことは、板状の電歪素子を用いる場合など
に限らず、積層形の電歪素子の伸縮変位を梃子部
材などを介して揺動変位に変換して取り出す構造
のアクチユエータなどにおいても同様である。

本発明の目的は、本体に対する電歪素子の組み
付けおよび調整を、簡便かつ精度良く行うことが
可能な電歪素子を用いたアクチユエータの組立方
法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電歪素子を用いたアクチユエータの組
立方法は、電歪素子を支持する支持部材を支持軸
を介して該電歪素子の作動方向における変位を拘
束することなく本体に対して軸支させ、本体に対
して支持部材および電歪素子を組み付けた後に、
支持軸を介して支持部材を本体に固定するもので
ある。

〔作用〕

上記した本発明の電歪素子を用いたアクチユエ
ータの組立方法によれば、個々の電歪素子に形状
のばらつきなどがあつても、組立時に電歪素子を
特定の形状に拘束することに起因する内部応力の
発生を生じることなく、確実に電歪素子を本体に
固定することができる。これにより、たとえば電
歪素子から得られる駆動力などが設計値から大き
くずれることがなく、本体に対する電歪素子の組
み付けや調整を簡便かつ精度良く行うことが可能
となる。

実施例 １ 第１図は本発明の一実施例である組立方法によ
つて製造される電歪素子を用いたアクチユエータ
の要部を示す断面図であり、第２図は前記第１図
において線−で示される部分の断面図であ
る。

本実施例においては、電歪素子を用いたアクチ
ユエータが弁として構成されている。

すなわち、本体１の内部には弁体室２が形成さ
れ、蓋体３によつて密閉されている。

本体１には壁面を貫通する流体入口IN（流路）
および排出口EXH（流路）が対向して設けられて
おり、弁体室２に対する開口部には弁座４および
弁座５がそれぞれ突設されている。

本体１の側面には、弁体室２に連通される流体
出口OUT（流路）が形成されている。

弁体室２の内部において対向される流体入口
INおよび排出口EXHの弁座４および弁座５との
間には、たとえば板状の電歪素子６の一端が挿入
されており、その弁座４および弁座５に対向する
面には弾性体などからなり該弁座４および５にそ
れぞれ接離される弁体７および弁体８が係止され
ている。

前記の電歪素子６は、たとえば、第３図に示さ
れるように、金属板６ａを介して、チタン酸ジル
コン酸鉛（PZT）系の磁器などからなる圧電磁
器６ｂおよび圧電磁器６ｃを貼り合わせ、圧電磁
器６ｂおよび６ｃの各々の表面には銀などの電極
６ｄおよび電極６ｅが焼き付けられた、いわゆる
バイモルフとして構成されており、所定の直流電
源V_Dから金属板６ａと電極６ｄまたは６ｅとの
間に所望の極性で直流電圧を印加することによ
り、破線で示されるような所望の方向への湾曲変
位が発生されるものである。

電歪素子６において弁体８が係止された面と排
出口EXHの弁座５との間には、ばね９が介設さ
れており、反対側の面に係止されている弁体７が
流体入口INの弁座４に密着する方向に付勢され
ている。

そして、電歪素子６の一端を固定した状態での
湾曲変位により、ばね９の付勢力に抗して弁体７
を弁座４から離脱させ、流体入口INを開放する
と同時に、弁体８を弁座５に密着させて排出口
EXHを閉止することにより、弁体室２を介して
流体入口INと流体出口OUTとを連通させる動作
が行われるものである。

この場合、電歪素子６の固定端は支持部材１０
に保持されており、さらにこの支持部材１０は、
組立時には両端が本体１に固定された支持軸１１
に対して電歪素子６の作動時の湾曲方向に回動自
在に軸支されている。

すなわち、組立時における非通電状態での電歪
素子６に湾曲などがあつても、電歪素子は外力に
よつて拘束されることなく、したがつて内部応力
などを生じることなく自然に本体１の内部に組み
込まれ、たとえば電歪素子６に係止された弁体７
は、ばね９の付勢力のみによつて弁座４に密着さ
れた状態とされる。

そして、本実施例の組立方法では、電歪素子６
を上記のような自然な状態で本体１の内部に組み
込んだ後、電歪素子６の端部を保持する支持部材
１０と支持軸１１とを、たとえば、ろう材１０３
を用いたろう付けなどによつて確実に固定する。
これにより、通電時に電歪素子６の弁体７および
８が係止された自動端側に揺動変位が発生し、該
弁体７および８が駆動される状態となる。

以下、上述のような本実施例の組立方法によつ
て製造されたアクチユエータの作用について説明
する。

まず、電歪素子６に対して電圧が印加されない
状態では、ばね９の付勢力によつて流体入口IN
の弁座４に弁体７が密着され、流体入口INは閉
止されている。

ここで、前述のように電歪素子６が内部応力な
どを生じることなく、自然な状態で本体１に組み
込まれているため、ばね９の設計された値の付勢
力によつて、弁体７が弁座４に確実に押圧され、
流体入口INが流体の漏洩などを生じることなく
確実に閉止される。

次に、電歪素子６に対して所定の極性の直流電
圧を印加すると、第４図に示されるようにばね９
の付勢力に抗して電歪素子６が湾曲変形され、該
電歪素子６に係止された弁体７が弁座４から離脱
されるとともに弁体８が排出口EXHの弁座５に
密着され、流体入口INが開放されるとともに排
出口EXHが閉止される。

そして、流体入口INから流入される流体は弁
体室２を介して流体出口OUTに供給される。

また、この状態で電歪素子６に対する電圧の印
加を解除すると、ばね９の付勢力によつて弁座５
から弁体８が離脱されるとともに弁体７は弁座４
に確実に密着され、流体入口INが閉止されると
ともに排出口EXHが開放され、流体出口OUTの
内部の残圧などが排出口EXHを通じて外部に排
出される。

このように、本実施例の組立方法によつて得ら
れるアクチユエータにおいては、電歪素子６がそ
の作動方向における変位が拘束されないように自
然状態で本体１に組み込まれるため、外力などの
拘束に起因する内部応力の発生が防止される。こ
のため、たとえば、ばね９の付勢力がそのまま弁
体７の弁座４に対する密着力に寄与することとな
り、ばね９の付勢力などの設計が容易となるとと
もに、電歪素子６の取付け位置の調整を行うなど
の目的で、該電歪素子６と本体１との間にばねや
ねじなどの複雑な機構を設けたり、部品の精度を
必要以上に高くする必要がなくなり、アクチユエ
ータの構造が簡単化される。

この結果、本体１に対する電歪素子６の組み付
けおよび調整などを簡単な構造で正確かつ容易に
行うことができる。

実施例 ２ 第５図は、本発明の他の実施例である組立方法
によつて製造される電歪素子を用いたアクチユエ
ータの断面図であり、第６図はその一部を取り出
して示す斜視図である。

本体１２の内部には、弁体室１３が設けられて
いる。

本体１２の壁面には、流体入口INおよび流体
出口OUTが壁面を貫通して形成され、流体入口
INの弁体室１３に対する開口部には弁座１４が
突設されている。

弁体室１３の内部には、一端が前記弁座１４に
対向するように位置されるとともに他端部がＬ字
形の支持部材１５に係合される梃子部材１６が設
けられている。

この支持部材１５と梃子部材１６との間には外
部から直流電圧を印加することによつて伸縮変位
を発生する積層形の電歪素子１７が介設されてお
り、この積層形の電歪素子１７の伸縮変位が弁座
１４の側における梃子部材１６の先端部の揺動変
位に拡大されて出力されるように構成されてい
る。

梃子部材１６の先端部には、弁座１４に対向す
る部位に弁体１８が係止されている。

また、梃子部材１６において弁体１８が係止さ
れる部位の背面側と本体１２の壁面との間には、
ばね１９が介設されており、梃子部材１６に係止
された弁体１８が弁座１４に密着する方向に付勢
される構造となつている。

そして、積層形の電歪素子１７による梃子部材
１６の揺動動作によつて、梃子部材１６をばね１
９の付勢力に抗して変位させることにより、弁体
１８が弁座１４から離脱されて流体入口INが開
放されるとともに、ばね１９の付勢力によつて弁
体１８を弁座１４に密着させることにより、流体
入口INが閉止されるものである。

この実施例の場合、本体１２に対する組み付け
時において、梃子部材１６の一端が係合される支
持部材１５は該支持部材１５と一体にされた支持
軸２０を介して、積層形の電歪素子１７による該
梃子部材１６の作動方向における変位が拘束され
ないように軸支されている。

すなわち、本実施例の組立方法では、積層形の
電歪素子１７に対して直流電圧が印加されない自
然状態において、当該電歪素子１７を搭載した支
持部材１５およびこの支持部材１５に係合される
梃子部材１６などが外力などによつて拘束されな
い状態で本体１２に対して組み付け、その後、支
持軸２０と本体１２とを、たとえばろう材１０２
を用いたろう付けなどによつて相互に固定する。
これにより、支持軸２０を介して支持部材１５が
本体１２に対して固定された状態となる。

以下、本実施例の組立方法によつて得られたア
クチユエータの作用について説明する。

まず、積層形の電歪素子１７に対して直流電圧
が印加されない状態では、ばね１９の付勢力によ
つて梃子部材１６に係止された弁体１８は弁座１
４に密着され、流体入口INは閉止されている。

この時、梃子部材１６や積層形の電歪素子１７
および支持部材１５などには組立時の外力による
拘束などに起因する内部応力などが存在しないた
め、ばね１９から梃子部材１６に作用される付勢
力がそのまま弁体１８を弁座１４に密着させる動
作に寄与することとなり、流体入口INは確実に
閉止される。

次に、積層形の電歪素子１７に対して所定の極
性の直流電圧を印加することにより、該積層形の
電歪素子１７には伸長する方向に変位が発生し、
梃子部材１６は弁座１４から遠ざかる方向に揺動
し、弁体１８は弁座１４から離脱されて流体入口
INが開放され、所定の流体が弁体室１３を介し
て流体出口OUTに供給される。

このように、本実施例の組立方法によるアクチ
ユエータにおいては、支持部材１５および梃子部
材１６、さらには電歪素子１７などが支持部材１
５と一体にされた支持軸２０を介して本体１２に
軸支され、外力などに拘束されることなく自然状
態で本体に組み付けられた後、本体１２に対して
支持軸２０をろう付けすることなどによつて固定
されるため、電歪素子１７の寸法のばらつきなど
に起因する組立時の内部応力の発生がない。

このため、たとえば、ばね１９の付勢力がその
まま弁体１８の弁座１４に対する密着力に寄与す
ることとなり、ばね１９の付勢力などの設計が容
易となるとともに、積層形の電歪素子１７の取付
け位置の調整を行うなどの目的で、該電歪素子１
７と本体１２との間にばねやねじなどの複雑な機
構を設けたり、部品の精度を必要以上に高くする
必要がなくなり、アクチユエータの構造が簡単化
される。

この結果、本体１２に対する支持部材１５およ
び梃子部材１６、さらには電歪素子１７などの組
み付けおよび調整などを簡単な構造で正確かつ容
易に行うことができる。

実施例 ３ 第７図は本発明の他の実施例である組立方法に
よつて得られる電歪素子を用いたアクチユエータ
の斜視図である。

本実施例においては、電歪素子を用いたアクチ
ユエータがリレーとして構成されている。

すなわち、本体２１の一端には所定の間隔で接
点２２および接点２３が対向して配設されてい
る。

そして、これらの接点２２と２３との間には、
導体からなる梃子部材２４の一端が介在されてい
る。

梃子部材２４の他端部はＬ字形の支持部材２５
に係合されるとともに、該支持部材２５と梃子部
材２４との間には積層形の電歪素子２６が介設さ
れている。

また、梃子部材２４と本体２１との間にはばね
２７が介設されており、梃子部材２４が接点２３
に接する方向に付勢されている。

そして、積層形の電歪素子２６の伸縮変位によ
つて接点２２と２３との間に介在される梃子部材
２４の端部の揺動動作が行われ、梃子部材２４に
接続される導線Ｃと、接点２２に接続される導線
Ａまたは接点２３に接続される導線Ｂとの間の電
気的な接続の切り換え操作が行われるものであ
る。

この場合、支持部材２５を、本体２１の側に一
体に設けられた支持軸２８によつて軸支させるこ
とにより、梃子部材２４の作動方向における変位
を拘束しないように該本体２１に組み付け、その
後、支持軸２８に対して、たとえばろう材１０３
を用いてろう付けする。これにより、梃子部材２
４および電歪素子２６を搭載した支持部材２５は
当該支持軸２８を介して本体２１に固定された状
態となる。

以下、本実施例の組立方法によつて製造される
アクチユエータの作用について説明する。

まず、積層形の電歪素子２６に対して電圧が印
加されない状態では、ばね２７の付勢力によつて
梃子部材２４は接点２３に確実に接触され、導線
Ｃと導線Ｂとが接続されている。

次に、積層形の電歪素子２６に対して所定の極
性の直流電圧を印加することにより、積層形の電
歪素子２６には伸長する方向に変位が発生し、梃
子部材２４はばね２７の付勢力に抗して接点２２
の側に変位し、梃子部材２４は接点２３から離間
されるとともに接点２２に接触し、導線Ｃは接点
２３の導線Ｂから接点２２の導線Ａに対して接続
状態が切り換えられる。

このように、本実施例３の組立方法では、支持
部材２５および梃子部材２４、さらには電歪素子
２６などを、支持部材２５と一体にされた支持軸
２８を介して本体２１に軸支させ、外力などに拘
束されることなく自然状態で本体に組み付けた
後、本体２１に対して支持軸２８をろう付けなど
によつて固定するため、構成部材における内部応
力の発生がない。

このため、たとえば、電歪素子２６に対して電
圧が印加されない状態では、ばね２７の付勢力に
よつて梃子部材２４が接点２３に確実に接触し、
ばね２７の付勢力などの設計が容易となるととも
に、積層形の電歪素子２６の取付け位置の調整を
行うなどの目的で、該電歪素子２６と本体２１と
の間にばねやねじなどの複雑な機構を設けたり、
部品の精度を必要以上に高くする必要がなく、ア
クチユエータの構造が簡単化される。

この結果、本体２１に対する支持部材２５およ
び梃子部材２４、さらには電歪素子２６などの組
み付けおよび調整などを簡単な構造で正確かつ容
易に行うことができる。

なお、本発明は前記実施例になんら限定される
ものではなく、たとえば、支持部材と支持軸との
固定はろう付けなどに限らず溶接、半田付けおよ
び接着剤を用いる方法でもよく、さらに焼嵌めや
冷し嵌めなどの方法を用いてもよいものである。

〔発明の効果〕

(1) 本発明の電歪素子を用いたアクチユエータの
組立方法によれば、電歪素子を支持する支持部
材を支持軸を介して該電歪素子の作動方向にお
ける変位を拘束することなく本体に対して軸支
させ、前記本体に対して前記支持部材および前
記電歪素子を組み付けた後に、前記支持軸を介
して前記支持部材を前記本体に固定するので、
組立時に、電歪素子が外部から拘束されること
がなく、内部応力などを生じない自然な姿勢で
装着され、電歪素子から得られる駆動力など
が、設計値などから大きくずれることがなく、
本体に対する電歪素子の組み付けおよび調整を
簡便かつ精度良く行うことができる。

(2) 前記(1)の結果、アクチユエータの構成部品の
精度を必要以上に高くする必要が無くなり、電
歪素子を用いたアクチユエータをより安価に製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電歪素子を用
いたアクチユエータの断面図、第２図は前記第１
図において線−で示される部分の断面図、第
３図はその要部を取り出して示す断面図、第４図
は同じくその作動状態を示す断面図、第５図は本
発明の他の実施例である電歪素子を用いたアクチ
ユエータの断面図、第６図はその一部を取り出し
て示す斜視図、第７図は本発明のさらに他の実施
例である電歪素子を用いたアクチユエータの斜視
図である。 １…本体、２…弁体室、３…蓋体、４，５…弁
座、６…電歪素子、６ａ…金属板、６ｂ，６ｃ…
圧電磁器、６ｄ，６ｅ…電極、７，８…弁体、９
…ばね、１０…支持部材、１１…支持軸、１２…
本体、１３…弁体室、１４…弁座、１５…支持部
材、１６…梃子部材、１７…積層形の電歪素子、
１８…弁体、１９…ばね、２０…支持軸、V_D…
直流電源、IN…流体入口（流路）、OUT…流体
出口（流路）、EXH…排出口（流路）、２１…本
体、２２，２３…接点、２４…梃子部材、２５…
支持部材、２６…積層形の電歪素子、２７…ば
ね、２８…支持軸、Ａ，Ｂ，Ｃ…導線、１０１，
１０２，１０３…ろう材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電歪素子を支持する支持部材を支持軸を介し
   て該電歪素子の作動方向における変位を拘束する
   ことなく本体に対して軸支させ、前記本体に対し
   て前記支持部材および前記電歪素子を組み付けた
   後に、前記支持軸を介して前記支持部材を前記本
   体に固定することを特徴とする電歪素子を用いた
   アクチユエータの組立方法。