JPH041597B2

JPH041597B2 -

Info

Publication number: JPH041597B2
Application number: JP61261445A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Fujii
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1992-01-13
Also published as: JPS63115977A

Description

【発明の詳細な説明】利用産業分野この発明は、流量制御弁やスイツチ等の種々の
用途に用いるアクチユエータの改良に係り、特に
積層圧電体を用い、その圧電効果の利用効率にす
ぐれ、駆動電圧の低減を可能としたアクチユエー
タに関する。

背景技術各種アクチユエータのうち、特に積層圧電体を
配設してなるアクチユエータは、圧電材料に電圧
を印加すると、その大きさに応じて素子が伸縮す
るという圧電効果を利用したもので、流動体の流
量制御弁、各種スイツチ、リレー等、多方面に応
用、利用されている。

積層圧電体を有するアクチユエータを流量制御
弁に適用した例について説明すると、第３図に示
す如く、有底筒状体１は、その上部に流動体６の
流入口２、中央部に流出口３を設けるとともに、
流入口２と流出口３間の有底筒状体１内周面に弁
座４を突設してあり、さらに、底部５には、厚み
方向に分極された複数の圧電板１１を、互いに隣
接した圧電板１１の分極向き（図においては上下
方向）が逆になるよう内部電極１２を介して交互
に積層固着し、各内部電極１２を並列接続する外
部電極（図示せず）を設けてなる積層圧電体１０
を立設してある。

この有底筒状体１に内蔵される可動体２０は円
板状であり、図で下方端面側が前記積層圧電体１
０に固着されるとともに、上方端面側には流動体
６が位置し、さらに、可動体２０中心部に、前記
弁座４に対向配置して流路を開閉する弁部２１が
立設されている。

このような構成において、積層圧電体１０に所
要電圧を印加すると、圧電効果により積層方向
（図中上下方向）に変位し、それに応じて可動体
２０上部に配置される弁部２１が流路を開閉する
ことになる。

この際、流動体６が有底筒状体１内の積層圧電
体１０配設側に流入しないよう、通常、可動体２
０外周面にはゴム製または金属製のＯリング２２
を周設してある。

しかし、可動体２０の移動にともない有底筒状
体１の内周面と接触するＯリング２２は、可動体
２０の円滑移動を妨げることは否めず、特に、低
電圧駆動を要求されるこの分野では好ましくな
く、弁座４を通過した流動体の積層圧電体配設側
への流入遮断効果を失うことなく、かつ、圧電効
果を効率よく活用できる構成が望まれていた。

また、積層圧電体を有するアクチユエータを電
気接点の開閉に用いた例を説明すると、第４図に
示す如く、有底筒状体３０は太筒部３２と細筒部
３３とから形成され、太筒部３２の底部３１には
前述の構成からなる積層圧電体１０が立設され、
その上端部には板状の可動体２０が、積層圧電体
１０の圧電効果に応じて軸方向に移動可能に配設
されている。

また、有底筒状体３０の細筒部３３の頭部に
は、一対の接点８，８が配設され、可動体２０と
前記接点８，８間には、導電性の流動体７が収納
されている。

かかるアクチユエータにおいて、積層圧電体１
０の変位は、パスカルの原理に基づき拡大され、
導電性の流動体７を上昇させ、接点８，８を電気
的に開閉することが可能となる。

この構成においても、第３図の構成と同様に、
流動体７の積層圧電体１０配設側への流入遮断
は、ゴム製等のＯリング２２を用いているため、
可動体２０の円滑移動を妨げ、要求される駆動電
圧の低減化が困難であつた。

発明の目的この発明は、上記現状に鑑み、有底筒状体内の
可動体にＯリング等の機械的なシール部材を用い
ることなく、これらと同等以上の遮断効果を有
し、かつ、積層圧電体の低電圧駆動が可能なアク
チユエータを目的としている。

発明の構成と効果この発明は、通常、積層圧電体の変位量が、数
μｍ〜100μｍ程度であることから、使用する流
動体の粘度等の諸特性に応じて可動体の厚さ、及
び有底筒状体内周面との間隙寸法等を選定するこ
とにより、該間隙部を流動体の表面張力にて密封
遮断することが可能であることを知見したもので
ある。

すなわち、この発明は、厚み方向に分極した複
数の厚電磁器板を、隣接した圧電磁器板間で分極
向きが相互に逆となるよう、内部電極を介して交
互に積層固着し、各内部電極を外部電極にて接続
した積層圧電体を、有底筒状体の底部に配設し、
かつ、積層圧電体の他端面と有底筒状体内を軸方
向に移動する可動体の一方端面を連結し、可動体
の他方端面側筒状体内に流動体を収納したアクチ
ユエータにおいて、可動体外周面と有底筒状体内
周面間に、前記流動体の表面張力により流動体の
積層圧電体配設側への流入を遮断し得る空隙部を
形成したことを特徴とするアクチユエータであ
る。

この発明において、積層圧電体は、分極向きが
相互に逆となるよう、内部電極を介して交互に積
層固着し、各内部電極を外部電極にて接続した構
成であれば、圧電板の材質、積層方法、外部電極
の構成等を、所要特性等に応じて適宜選定でき
る。

また、有底筒状体内に入れる流動体は、気体、
液体のいずれでもよく、用途に応じて導電性を有
するものを用いてもよい。

発明の図面に基づく開示第１図と第２図はこの発明によるアクチユエー
タの縦断説明図である。

第１図は流量制御弁に適用した例であり、有底
筒状体１は、その上部に流体６の流入口２、中央
部に流出口３を設けるとともに、流入口２と流出
口３間の有底筒状体１内周面に弁座４を突設して
あり、さらに、底部５には、厚み方向に分極され
た複数の厚電板１１を、互いに隣接した圧電板１
１の分極向き（図においては上下方向）が逆にな
るよう内部電極１２を介して交互に積層固着し、
各内部電極１２を並列接続する外部電極（図示せ
ず）を設けてなる積層圧電体１０を立設してあ
る。

有底筒状体１に内蔵する円板状の可動体２０
は、図で下方端面側が前記積層圧電体１０に固着
されるとともに、上方端面側には流動体６が位置
し、さらに、可動体２０中心部に、前記弁座４に
対向配置して流路を開閉する弁部２１が立設され
ている。

さらに、可動体２０と外周端面と有底筒状体１
内周面との間に隙間Lgを設けてある。この隙間
Lgを設けると、流動体６の表面張力により、積
層圧電体１０側への流動体６の流入を遮断でき、
密封効果を得ることができる。かかる隙間Lgは、
流動体の粘度等の特性及び可動体２０の板厚Ｈ等
に応じて設定する。

以上の構成により、積層圧電体１０に所要電圧
を印加すると、圧電効果により積層方向（図中上
下方向）に変位し、連結する可動体２０の上部に
配置される弁部２１が流路を開閉し、また、流動
体６は積層圧電体１０側へ流入することがない。

可動体２０の移動に際して、有底筒状体１の内
周面と接触する部材が全くないため、可動体２０
が極めて円滑に移動し、低電圧駆動が可能とな
る。すなわち、この考案によるアクチユエータ
は、弁座４を通過した流動体の積層圧電体配設側
への流入遮断効果を失うことなく可動体２０のシ
ール部材をなくしたもので、圧電効果を効率よく
活用できる構成である。

第２図は電気接点の開閉に適用した例であり、
太筒部３２と細筒部３３とから形成された有底筒
状体３０は、太筒部３２の底部３１に前述の構成
からなる積層圧電体１０が立設され、その上端部
には円板状の可動体２０が、接続されている。

さらに、可動体２０の外周端面と有底筒状体１
内周面との間には、流動体７の表面張力により、
積層圧電体１０側への流動体７の流入を遮断で
き、密封効果を得ることができるように、流動体
の粘度等の特性及び可動体２０の板厚Ｈ等に応じ
て設定する隙間Lgが設けてある。

以上の構成からなるアクチユエータは、積層圧
電体１０側への流動体７の流入を遮断できるた
め、積層圧電体１０の変位は、パスカルの原理に
基づき拡大され、導電性の流動体７が細筒部３３
内を上昇することにより、接点８，８に接触して
通電させ、また、流動体７が細筒部３３内を降下
することにより、接点８，８間の通電を絶つこと
ができ、スイツチングが可能となり、可動体２０
の移動に際して、太筒部３２の内周面と接触する
部材が全くないため、可動体２０が極めて円滑に
移動し、低電圧駆動が可能となる。

実施例変位量が50μｍの積層圧電体を用いて、第１図
に示す構成の制御弁を組立て、有底筒状体の内径
Ｄを９〜15mm、可動体厚みを10〜20mm、隙間Lg
を0.003〜0.005mmに設定し、水を流動体とする流
路の開閉を行なつたところ、駆動電圧250Vにて
弁駆動が可能であり、水の圧電積層体側への流入
が全くなく、良好な密封効果を得ていることが確
認できた。

発明の効果この発明によるアクチユエータは、流動体の積
層圧電体配設側への流入遮断効果を失うことなく
可動体のシール部材をなくしたもので、圧電効果
を効率よく活用できる構成であり、可動体の移動
に際して、有底筒状体の内周面と接触する部材が
全くないため、可動体が極めて円滑に移動し、低
電圧駆動が可能となり、応答性も向上する利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明によるアクチユエー
タの縦断説明図である。第３図と第４図は従来の
アクチユエータの縦断説明図である。１，３０……有底筒状体、２……流入口、３…
…流出口、４……弁座、５，３１……底部、６，
７……流動体、１０……積層圧電体、１１……圧
電板、１２……内部電極、２０……可動体、２１
……弁部、２２……Ｏリング、３２……太筒部、
３３……細筒部。

Claims

【特許請求の範囲】

１厚み方向に分極した複数の圧電磁器板を、隣
接した圧電磁器板間で分極向きが相互に逆となる
よう、内部電極を介して交互に積層固着し、各内
部電極を外部電極にて接続した積層圧電体を、有
底筒状体の底部に配設し、かつ、積層圧電体の他
端面と有底筒状体内を軸方向に移動する可動体の
一方端面を連結し、可動体の他方端面側筒状体内
に流動体を収納したアクチユエータにおいて、可
動体外周面と有底筒状体内周面間に、前記流動体
の表面張力により流動体の積層圧電体配設側への
流入を遮断し得る空隙部を形成したことを特徴と
するアクチユエータ。