JPH0521896Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、マスフローコントローラなどの制御
弁やその他自動流量制御装置の微小駆動部として
用いられる圧電アクチユエータの改良に関する。

〔従来の技術〕

圧電アクチユエータを構成するピエゾスタツク
は、例えば圧電効果を示すチタン酸鉛やジルコン
酸鉛などを素材とする、例えば直径10〜50mm、厚
さ0.1〜0.5mmの薄い円板状のピエゾ素子（その両
面は適宜のメツキが施してある）を複数個（例え
ば100〜200個程度）積層してなるもので、各ピエ
ゾ素子に100〜200Vの直流電圧を印加すると、印
加電圧に比例してその積層方向に伸長する。

第４図は従来の圧電アクチユエータの構成を示
し、同図において、８０はピエゾ素子８１…を複
数個積層してなるピエゾスタツクで、その上下両
端には金属製のプレート８２，８３が接着剤など
によつて設けてある。そして、各ピエゾ素子８１
…の表面にはエポキシ樹脂などのように電気絶縁
性に優れた樹脂８４がコーテイングしてある。な
お、８５はピエゾ素子８１…に電圧を供給するた
めの給電線である。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、上記ピエゾ素子８１…はすでに説明
したように、その一つ一つはきわめて薄く、この
ようなピエゾ素子８１…を100個積層してもピエ
ゾスタツク８０の高さはせいぜい10〜50mm程度で
あり、その上下両端に設けられるプレート８２，
８３間の距離はきわめて小さい。従つて、このよ
うなピエゾスタツク８０に、100〜200Vの直流電
圧を印加した場合、たとえ前記ピエゾスタツク８
０にシール性の絶縁コーテイングが施してあつた
り、或いは、熱収縮チユーブでシールが施してあ
つても、ときによつてはプレート８２，８３間で
放電が生ずることがある。特に、ピエゾスタツク
８０をバブルケースに収納しただけの圧電アクチ
ユエータにおいては、空気中に含まれる水分が増
えると放電を起こしやすくなり、その結果、ピエ
ゾ素子８１が早く劣化したり、あるいは、圧電ア
クチユエータが動作不良をひき起こすといつた不
都合があつた。

本考案は、上述の事柄に留意してなされたもの
で、その目的とするところは、プレート間で放電
が生じないで、且つ、容器の外径が大きくなく、
コンパクトであると共に、優れた動作特性を有す
る圧電アクチユエータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本考案に係る圧電
アクチユエータは、複数のピエゾ素子を積層して
なるピエゾスタツクを、電気絶縁性ガスを封入し
た金属製の密封容器内に収容すると共に、この密
封容器の一部に、前記ピエゾスタツクの伸長する
方向に伸長する可動部を形成し、この可動部の外
径を前記密封容器の外径よりも小さくした点に特
徴がある。

〔作用〕

上記構成によれば、複数のピエゾ素子を積層し
て形成してなるピエゾスタツクは電気絶縁性ガス
を封入した金属製の密封容器内に収容されている
から、ピエゾ素子に所定の直流電圧を印加しても
上下のプレート間で放電が生ずることがない。ま
た、前記密封容器の一部には、電圧印加によつて
ピエゾスタツクが伸長する方向に伸長する可動部
が形成してあるから、ピエゾスタツクの上下方向
の動きに合わせて密封容器も上下動することにな
り、密封容器の気密性は維持され、内部に封入し
てある電気絶縁性ガスが漏出することがない。さ
らに、可動部の外径を前記密封容器の外径よりも
小さくしてあるから、密封容器の外径そのものを
大きくしなくても済み、それだけコンパクトな圧
電アクチユエータを得ることができる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を、図面に基づいて説明
する。

第１図は所謂ノルマルオープンタイプのマスフ
ローコントローラの一例を示し、同図において、
１は本体ブロツク、２，３は本体ブロツク１に形
成された流体入口、流体出口である。４は流体入
口２と流体出口３との間に形成される流体流路
で、マスフローメータ部５と流量制御部としての
制御弁６とが設けてある。尚、図示する例におい
ては、マスフローメータ部５が制御弁６よりも上
流側に設けてあるが、この配置を逆にしてもよ
い。

前記マスフローメータ部５は、流体流路４に臨
むように開設された測定流路入口７と測定流路出
口８との間を接続する例えば薄肉毛細管よりなる
導管９に例えば熱式質量流量センサよりなる抵抗
体１０，１０を巻回してなるもので、熱式質量流
量センサ１０，１０は図外の信号処理装置に接続
してある。１１は流体流路４に形成された定分流
比特性を有するバイパス部である。

そして、前記制御弁６は、次のように構成され
ている。即ち、前記バイパス部１１よりも下流側
の流体流路４に弁口１２を備えたオリフイスブロ
ツク１３が設けられると共に、弁頭部１４とプラ
ンジヤ部１５とからなり、弁口１２の開度を調節
する弁体１６が弁頭部１４を弁口１２に近接した
状態で設けられている。そして、この弁体１６は
本体ブロツク１の上部に設けられた弁ブロツク１
７の下部空間内に設けられた金属製のダイヤフラ
ム１８によつて、通常時、オリフイスブロツク１
３との間に若干の隙間が形成されるように、上下
動自在に保持されている。１９はダイヤフラム１
８と、プランジヤ部１５に固着されたばね受け２
０との間に介装されたばねである。

２１は弁体１６を所定の方向に押圧駆動する圧
電アクチユエータで、弁ブロツク１７に螺着され
た筒状のバルブケース２２内に収容されている。
この圧電アクチユエータ２１の構成およびその保
持構造について、第２図をも参照しながら説明す
る。

２３は複数のピエゾ素子２４…を積層し、その
表面にエポキシ樹脂のように電気絶縁性の優れた
樹脂２５をコーテイングしてなるピエゾスタツク
で、その上端側には金属製の上プレート２６が固
着してあり、その下部可動部２７には可動軸２８
を介して下プレート２９が固着してある。３０は
金属製の密封容器で、その上端は上プレート２６
にろう付などの手段により接合してあり、下端に
は密封容器３０よりも小径のベローズよりなる可
動部３１が形成してあり、この可動部３１の下端
は下プレート２９にろう付などの手段により接合
してある。

そして、詳細には図示してないが、密封容器３
０の上部はハーメチツクシールが施してあり、そ
のシール部分からは電圧供給用の給電線３２，３
２と電気絶縁性ガスを充填するためのパイプ３３
が立設してある。電気絶縁性ガスを密封容器３０
に充填するには、第２図に示すように、密封容器
３０内にピエゾスタツク２３を収容した状態にお
いて、密封容器３０内に水分を適宜の乾燥手段で
十分に除去した後、窒素ガス、乾燥空気、フロン
ガス、六フツ化イオウガスなどのように電気絶縁
性に優れたガスを前記パイプ３３を介して密封容
器３０内に充填する。この場合、密封容器３０内
のガス圧力が１〜10気圧程度になるようにするの
がよい。所定のガス充填後はパイプ３３を圧着切
断してパイプ口を封止し、さらに、封止口にはん
だ付を行つてガスの漏出を防止する。

第３図はフロンガス、六フツ化イオウガス、乾
燥空気をそれぞれ密封容器３０内に加圧した状態
で封入して、ピエゾスタツク２３に電圧を印加し
た場合におけるコロナ放電開始電圧とガス圧力と
の関係を示す図で、同図において、直線Ａ，Ｂ，
Ｃはそれぞれフロンガス、六フツ化イオウガス、
乾燥空気の特性直線を示す。

再び、第１図および第２図において、前記圧電
アクチユエータ２１の上部固定部である肩部３４
は斜め下方に傾斜した所謂テーパ面に形成してあ
り、バルブケース２２の上部外周に形成したねじ
部に螺着されるユニオンナツト形状の調整ナツト
３５のつば部３６のリング状の内部当接面３７を
球面状に形成して、この内部当接面３７と前記圧
電アクチユエータ２１の上部固定部３４とを当接
させてある。

また、圧電アクチユエータ２１のプレート２９
の下面中央には円錐形状の凹み３８が形成してあ
り、一方、弁体１６のプランジヤ部１５の上面中
央には前記凹み３８と上下対称の逆円錐形状の凹
み３９が形成してあり、これら両凹み３８，３９
に挟持されるようにして真球４０を介装して球面
軸受部４１が前記プレート２９とプランジヤ部１
５との間に形成されている。

なお、第１図においては、４２はロツクナツ
ト、４３〜４９はシール部材としての金属製Ｏリ
ングである。

而して、上記構成において、複数のピエゾ素子
２４…を積層して形成してなるピエゾスタツク２
３は電気絶縁性ガスを封入した金属製の密封容器
３０内に収容されているから、ピエゾ素子２４に
所定の直流電圧を印加しても上下のプレート２
６，２９間で放電が生ずることがない。また、前
記密封容器３０の一部には、電圧印加によつてピ
エゾスタツク２３が伸長する方向に伸長するベロ
ーズよりなる可動部３１が形成してあるから、ピ
エゾスタツク２３の上下方向の動きに合わせて密
封容器２３も上下動することになり、密封容器２
３の気密性は維持され、内部に封入してある電気
絶縁性ガスが漏出することがない。

そして、可動部３１の外径を密封容器３０の外
径よりも小さくしてあるので、密封容器３０の外
径そのものを大きくしなくても済み、それだけコ
ンパクトな圧電アクチユエータ２１を得ることが
できる。

また、電気絶縁性ガスとして、特に、フロンガ
ス、六フツ化イオウガスを１〜10気圧程度に加圧
して密封容器３０内に封入すれば、より絶縁効果
が大きくなり、従つて、ピエゾ素子２４…にはそ
れだけ高い直流電圧を印加することができるの
で、同じ伸び（出力）を得る場合、ピエゾ素子２
４…の積層数を少なくすることができ、小型の圧
電アクチユエータ２１を得ることができる。

また、第１図において、プランジヤ部１５を省
略し、弁頭部１４に真球４０を直接当接させるよ
うに構成してもよい。

〔考案の効果〕

本考案は上述の通り構成されているので、次の
ような効果を奏する。

即ち、ピエゾ素子に所定の直流電圧を印加して
も上下のプレート間で放電が生ずることがなく、
高電圧を連続して印加することができるので、信
頼性の高い圧電アクチユエータが得られ、密封容
器の外径そのものを大きくしなくても済み、それ
だけコンパクトな圧電アクチユエータを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本考案の一実施例を示し、
第１図は本考案に係る圧電アクチユエータを組み
込んだノルマルオープンタイプのマスフローコン
トローラを示す縦断面図、第２図は圧電アクチユ
エータの構成の一例を示す部分断面図である。第
３図は本考案に係る圧電アクチユエータにおける
ガス圧力とコロナ放電開始電圧との特性を示すグ
ラフである。第４図は従来の圧電アクチユエータ
を示す部分断面図である。 ２１……圧電アクチユエータ、２３……ピエゾ
スタツク、２４……ピエゾ素子、３０……密封容
器、３１……可動部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数のピエゾ素子を積層してなるピエゾスタツ
   クを、電気絶縁性ガスを封入した金属製の密封容
   器内に収容すると共に、この密封容器の一部に、
   前記ピエゾスタツクの伸長する方向に伸長するベ
   ローズよりなる可動部を形成し、この可動部の外
   径を前記密封容器の外径よりも小さくしてあるこ
   とを特徴とする圧電アクチユエータ。