JPH0626723Y2 - 電・空変換器 - Google Patents
電・空変換器Info
- Publication number
- JPH0626723Y2 JPH0626723Y2 JP1987049235U JP4923587U JPH0626723Y2 JP H0626723 Y2 JPH0626723 Y2 JP H0626723Y2 JP 1987049235 U JP1987049235 U JP 1987049235U JP 4923587 U JP4923587 U JP 4923587U JP H0626723 Y2 JPH0626723 Y2 JP H0626723Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- nozzle
- laminated piezoelectric
- laminated
- flapper
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この考案は、例えば４〜２０ｍＡＤＣの電流を0.2〜1.0
kgf/cm2の空気圧等に変換する電・空変換器、特にノズ
ルフラッパ部に特徴を有する電・空変換器に関する。
kgf/cm2の空気圧等に変換する電・空変換器、特にノズ
ルフラッパ部に特徴を有する電・空変換器に関する。
（ロ）従来の技術 一般によく知られた電・空変換器の原理的構成を第３図
に示している。同図において、４〜２０ｍＡのＤＣの電
流入力Ｉｉが電流／電圧変換器３１で、入力電圧Ｖｉに
変換され、差動増幅器３２に入力される。一方、給気圧
ＰＳがパイロットリレーバルブ３３を介して、ノズル３
４より噴出される。ノズル３４には、フラッパ３５が対
設されており、このノズル３４とフラッパ３５で形成さ
れる空隙に応じて背圧がパイロットリレーバルブ３３で
増幅されて、出力空気圧ＰＯとして導出される。また、
この出力空気圧ＰＯは、圧力センサ３６で電圧信号ＶＰ
に変換され、差動増幅器３２に入力される。差動増幅器
３２は、入力電圧Ｖｉと帰還電圧ＶＰの差を増幅した電
圧ＶＣを出力し、フラッパ３５に印加する。今、例えば
Ｖｉ＞ＶＰであると、その差電圧ＶＣにより、フラッパ
３５は、ノズル３４との空隙を縮めるように変位し、し
たがって背圧がさらに大きくなり、出力空気圧が大きく
なり、電圧ＶＰは、より入力電圧Ｖｉに近づく。Ｖｉ＝
ＶＰとなると、それに応じた空隙で安定する、つまり入
力電圧Ｖｉに応じた出力空気圧ＰＯが出力される。この
種の電・空変換器のフラッパとして、近年圧電素子アク
チュエータが用いられる。圧電素子の構造としては、バ
イモルフ形と積層形がある。
に示している。同図において、４〜２０ｍＡのＤＣの電
流入力Ｉｉが電流／電圧変換器３１で、入力電圧Ｖｉに
変換され、差動増幅器３２に入力される。一方、給気圧
ＰＳがパイロットリレーバルブ３３を介して、ノズル３
４より噴出される。ノズル３４には、フラッパ３５が対
設されており、このノズル３４とフラッパ３５で形成さ
れる空隙に応じて背圧がパイロットリレーバルブ３３で
増幅されて、出力空気圧ＰＯとして導出される。また、
この出力空気圧ＰＯは、圧力センサ３６で電圧信号ＶＰ
に変換され、差動増幅器３２に入力される。差動増幅器
３２は、入力電圧Ｖｉと帰還電圧ＶＰの差を増幅した電
圧ＶＣを出力し、フラッパ３５に印加する。今、例えば
Ｖｉ＞ＶＰであると、その差電圧ＶＣにより、フラッパ
３５は、ノズル３４との空隙を縮めるように変位し、し
たがって背圧がさらに大きくなり、出力空気圧が大きく
なり、電圧ＶＰは、より入力電圧Ｖｉに近づく。Ｖｉ＝
ＶＰとなると、それに応じた空隙で安定する、つまり入
力電圧Ｖｉに応じた出力空気圧ＰＯが出力される。この
種の電・空変換器のフラッパとして、近年圧電素子アク
チュエータが用いられる。圧電素子の構造としては、バ
イモルフ形と積層形がある。
（ハ）考案の解決しようとする問題点 圧電素子に電圧を印加し、印加電圧に応じた変位を得、
さらに印加電圧を除去し、元の状態に復帰させる状態を
繰り返しあるいは、連続的に電圧を印加すると、電圧を
除去しても、電圧による変位方向に圧電材料が変形する
いわゆるクリープ現象が生じる。このクリープ現象はバ
イモルフ形で特に顕著に発生する。
さらに印加電圧を除去し、元の状態に復帰させる状態を
繰り返しあるいは、連続的に電圧を印加すると、電圧を
除去しても、電圧による変位方向に圧電材料が変形する
いわゆるクリープ現象が生じる。このクリープ現象はバ
イモルフ形で特に顕著に発生する。
通常、ノズル・フラッパの間隔は、数１０ミクロンであ
り、これに対し、パイロットリレーバルブがらの出力を
0.2〜1.0kgf／ｃｍ２の範囲で空気圧を変化させるのに
必要な間隔の変化は１０ミクロン弱である。クリープ現
象が現れる圧電素子アクチュエータを用いて、空気圧を
一定に保とうとすると、圧電素子アクチュエータに印加
する電圧は、その絶対値を減少させる方向に、時間とと
もに変位する。クリープが大であると、回路の制御範囲
を外れることもあるし、電気入力が無くなった場合の空
気出力がどこに行くかもわからないという問題がある。
これらの問題は、積層形を用いることで解消するが、し
かし積層形では、変位が大きく取れず、温度による熱歪
等を吸収できないという別の不具合がある。
り、これに対し、パイロットリレーバルブがらの出力を
0.2〜1.0kgf／ｃｍ２の範囲で空気圧を変化させるのに
必要な間隔の変化は１０ミクロン弱である。クリープ現
象が現れる圧電素子アクチュエータを用いて、空気圧を
一定に保とうとすると、圧電素子アクチュエータに印加
する電圧は、その絶対値を減少させる方向に、時間とと
もに変位する。クリープが大であると、回路の制御範囲
を外れることもあるし、電気入力が無くなった場合の空
気出力がどこに行くかもわからないという問題がある。
これらの問題は、積層形を用いることで解消するが、し
かし積層形では、変位が大きく取れず、温度による熱歪
等を吸収できないという別の不具合がある。
この考案は、上記に鑑み、クリープ現象による問題点を
解消するとともに、温度変化による熱歪によるフラッパ
制御電圧等の変化を無くし、かつ電圧による変位を大き
く取り得る電・空変換器を提供することを目標としてい
る。
解消するとともに、温度変化による熱歪によるフラッパ
制御電圧等の変化を無くし、かつ電圧による変位を大き
く取り得る電・空変換器を提供することを目標としてい
る。
（ニ）問題点を解決するための手段及び作用 この考案の電・空変換器は、入力電流と出力圧に応じた
電圧を差動増幅し、その電圧を圧電素子アクチュエータ
に印加して、フラッパとノズルの空隙を変化させ、入力
電流に応じた出力空気圧を導出するものにおいて、前記
圧電素子アクチュエータは、同一材質でかつ同一厚みの
積層形圧電素子を２個備え、これら２個の積層形圧電素
子を互いに段差を有して並設し、一方の積層形圧電素子
の積層方向の一端部にノズルを設けるとともに、他方の
積層形圧電素子の積層方向の一端部に、前記ノズルに変
位部が対面するフラッパの一端を固設し、かつ前記２個
の積層形圧電素子は、印加電圧に対し伸縮が逆となるよ
うに接続し、前記差動電圧を印加するようにしている。
電圧を差動増幅し、その電圧を圧電素子アクチュエータ
に印加して、フラッパとノズルの空隙を変化させ、入力
電流に応じた出力空気圧を導出するものにおいて、前記
圧電素子アクチュエータは、同一材質でかつ同一厚みの
積層形圧電素子を２個備え、これら２個の積層形圧電素
子を互いに段差を有して並設し、一方の積層形圧電素子
の積層方向の一端部にノズルを設けるとともに、他方の
積層形圧電素子の積層方向の一端部に、前記ノズルに変
位部が対面するフラッパの一端を固設し、かつ前記２個
の積層形圧電素子は、印加電圧に対し伸縮が逆となるよ
うに接続し、前記差動電圧を印加するようにしている。
この電・空変換器では、圧電素子に、積層形を用いてい
るので、クリープ現象による影響が極めて小さい。ま
た、温度変化により、圧電素子が熱的歪を受けても、並
設される２個の圧電素子が同一方向に伸び、あるいは縮
むことになるので、ノズルとフラッパの空隙は、変化せ
ず温度変化による変化分が吸収される。さらに、制御電
圧ＶＣが圧電素子に印加された場合、２個の積層形の圧
電素子は、伸縮が逆となるように接続されているので電
圧が印加されて一方が伸びるなら、他方が縮むのでノズ
ルとフラップの空隙変化つまり変位を大きく取れる。
るので、クリープ現象による影響が極めて小さい。ま
た、温度変化により、圧電素子が熱的歪を受けても、並
設される２個の圧電素子が同一方向に伸び、あるいは縮
むことになるので、ノズルとフラッパの空隙は、変化せ
ず温度変化による変化分が吸収される。さらに、制御電
圧ＶＣが圧電素子に印加された場合、２個の積層形の圧
電素子は、伸縮が逆となるように接続されているので電
圧が印加されて一方が伸びるなら、他方が縮むのでノズ
ルとフラップの空隙変化つまり変位を大きく取れる。
（ホ）実施例 以下実施例により、この考案をさらに詳細に説明する。
第１図は、この考案の一実施例の要部を示す電・空変換
器のノズルフラップ部の側面図である。実施例電・空変
換器のノズルフラップ部以外の他の部分は、第３図にに
示すものと特に変わるところは無い。
器のノズルフラップ部の側面図である。実施例電・空変
換器のノズルフラップ部以外の他の部分は、第３図にに
示すものと特に変わるところは無い。
第１図において、２個の積層形圧電アクチュエータ１，
２が、段差を有する基台３に、段違いに並設されてい
る。これら積層形電圧アクチュエータ１、２は同一材
料、同一寸法のもの、つまり同タイプのものが使用され
ている。積層形圧電アクチュエータ１は、第２図に一部
拡大図を示すように、２個１対の圧電素子４ａ，４ｂ
と、これら圧電素子４ａ，４ｂ間に接合される金属導体
５ａ，５ｂから構成される層が複数層に亘り、積層され
て構成されている。なお、圧電素子４ａ，４ｂ内に示し
た矢印は、分極方向を示している。圧電アクチュエータ
２も、上記したように、圧電アクチュエータ１と同一タ
イプであり、同一の構造を示している。
２が、段差を有する基台３に、段違いに並設されてい
る。これら積層形電圧アクチュエータ１、２は同一材
料、同一寸法のもの、つまり同タイプのものが使用され
ている。積層形圧電アクチュエータ１は、第２図に一部
拡大図を示すように、２個１対の圧電素子４ａ，４ｂ
と、これら圧電素子４ａ，４ｂ間に接合される金属導体
５ａ，５ｂから構成される層が複数層に亘り、積層され
て構成されている。なお、圧電素子４ａ，４ｂ内に示し
た矢印は、分極方向を示している。圧電アクチュエータ
２も、上記したように、圧電アクチュエータ１と同一タ
イプであり、同一の構造を示している。
積層形圧電アクチュエータ１の積層方向の下端は、絶縁
部材６を介して、基台３の上端部３ａに取付けられ、上
端には絶縁部材７を介して、フラッパ８の一端が固定さ
れている。また、積層形圧電アクチュエータ２の一端
は、絶縁部材９を介して、基台３の下端部３ｂに取付け
られ、積層方向の上端には、絶縁部材１０を介し、ノズ
ル１１が設けられており、ノズル１１とフラッパ８の先
端部が対面するように構成されている。
部材６を介して、基台３の上端部３ａに取付けられ、上
端には絶縁部材７を介して、フラッパ８の一端が固定さ
れている。また、積層形圧電アクチュエータ２の一端
は、絶縁部材９を介して、基台３の下端部３ｂに取付け
られ、積層方向の上端には、絶縁部材１０を介し、ノズ
ル１１が設けられており、ノズル１１とフラッパ８の先
端部が対面するように構成されている。
積層形圧電アクチュエータ１の金属導体５ｂは共通接続
され、また金属導体５ａも互に共通接続され、金属導体
５ｂと５ａ間に、制御電圧ＶＣが印加されるようになっ
ている。積層形圧電アクチュエータ２の金属導体５ａと
５ｂも同様に共通接続されているが、制御電圧ＶＣは、
積層形圧電アクチュエータ１とは、逆極性で印加される
ように、接続されている。
され、また金属導体５ａも互に共通接続され、金属導体
５ｂと５ａ間に、制御電圧ＶＣが印加されるようになっ
ている。積層形圧電アクチュエータ２の金属導体５ａと
５ｂも同様に共通接続されているが、制御電圧ＶＣは、
積層形圧電アクチュエータ１とは、逆極性で印加される
ように、接続されている。
今、ノズルフラッパ部の積層形圧電アクチュエータ１，
２に電圧ＶＣが印加されると、例えば積層形圧電アクチ
ュエータ１が縮むと、これに応じフラッパ８の先端部が
下方に変位する。一方、積層形圧電アクチュエータ２
は、電圧ＶＣが逆極性に印加されるので、積層方向に伸
びる。そのため、ノズル１１の先端が上方に移動しノズ
ル１１とフラッパ８の先端部は、より接近する。すなわ
ち、電圧ＶＣによる変位が、一個の積層形圧電アクチュ
エータを設ける場合に比し、２倍取れることになる。
２に電圧ＶＣが印加されると、例えば積層形圧電アクチ
ュエータ１が縮むと、これに応じフラッパ８の先端部が
下方に変位する。一方、積層形圧電アクチュエータ２
は、電圧ＶＣが逆極性に印加されるので、積層方向に伸
びる。そのため、ノズル１１の先端が上方に移動しノズ
ル１１とフラッパ８の先端部は、より接近する。すなわ
ち、電圧ＶＣによる変位が、一個の積層形圧電アクチュ
エータを設ける場合に比し、２倍取れることになる。
次に、電圧ＶＣの変化がない状態で、周囲温度が変化し
た場合を想定する。例えば周囲温度が上昇したとする
と、積層形圧電アクチュエータ１は、膨張により伸び
る。一方、積層形圧電アクチュエータ２も、同形のもの
を用いているので、同様に伸びる。したがって、ノズル
１１とフラッパ８の間隔は、何ら変化しない。逆に、周
囲温度が下降すると、応じて積層形圧電アクチュエータ
１，２とも縮むので、ノズル１１とフラッパ８の間隔は
やはり、何ら変化しない。つまり、圧電素子の周囲温度
の変化による伸び縮みは、積層形圧電アクチュエータ
１、２とも、それぞれ同距離だけ伸び縮みすることにな
り、ノズル１１とフラッパ８で互いに相殺される。
た場合を想定する。例えば周囲温度が上昇したとする
と、積層形圧電アクチュエータ１は、膨張により伸び
る。一方、積層形圧電アクチュエータ２も、同形のもの
を用いているので、同様に伸びる。したがって、ノズル
１１とフラッパ８の間隔は、何ら変化しない。逆に、周
囲温度が下降すると、応じて積層形圧電アクチュエータ
１，２とも縮むので、ノズル１１とフラッパ８の間隔は
やはり、何ら変化しない。つまり、圧電素子の周囲温度
の変化による伸び縮みは、積層形圧電アクチュエータ
１、２とも、それぞれ同距離だけ伸び縮みすることにな
り、ノズル１１とフラッパ８で互いに相殺される。
積層形圧電アクチュエータ１，２の、具体仕様として、
積層厚さ２０mm，変位量１６μｍ／150VDC，線膨張係数
1,1〜3.0×１０+6／℃とし、金属の線膨張係数１１〜２
３×１０-6／℃のものを使用し、金属と圧電素子の差を
１０×１０-6／℃とすると、１０℃の温度変化で２０mm
×１０×１０-6×１０＝２μｍ変位する。これは、動作
電圧にして１５０÷（１６／２）≒１９Ｖに相当する。
もし、単一の積層形圧電アクチュエータを使用するなら
ば、この程度の温度誤差を生じることになる。
積層厚さ２０mm，変位量１６μｍ／150VDC，線膨張係数
1,1〜3.0×１０+6／℃とし、金属の線膨張係数１１〜２
３×１０-6／℃のものを使用し、金属と圧電素子の差を
１０×１０-6／℃とすると、１０℃の温度変化で２０mm
×１０×１０-6×１０＝２μｍ変位する。これは、動作
電圧にして１５０÷（１６／２）≒１９Ｖに相当する。
もし、単一の積層形圧電アクチュエータを使用するなら
ば、この程度の温度誤差を生じることになる。
なお、上記実施例では、２個の積層形圧電アクチュエー
タは、分極方向同一のものを使用し、印加電圧が逆極性
となるようにしたが、分極方向が逆となるようにし、電
圧が同極性で印加されるようにしてよい。
タは、分極方向同一のものを使用し、印加電圧が逆極性
となるようにしたが、分極方向が逆となるようにし、電
圧が同極性で印加されるようにしてよい。
（ヘ）考案の効果 この考案によれば、圧電アクチュエータとして積層形の
ものを用いているので、クリープ現象が極めて少ないの
みならず、２個の圧電アクチュエータを並設し電圧印加
で、一方が伸びるに対し、他方が縮むように構成してい
るので、比較的大きな変位を得ることができる。また同
タイプの積層形圧電アクチュエータを並設し、一方の先
端にノズルを、他方の先端にフラッパを設けているの
で、周囲温度が変化して、積層形圧電アクチュエータが
膨張、収縮しても、互いに相殺するので温度変化の影響
を受けることがない。
ものを用いているので、クリープ現象が極めて少ないの
みならず、２個の圧電アクチュエータを並設し電圧印加
で、一方が伸びるに対し、他方が縮むように構成してい
るので、比較的大きな変位を得ることができる。また同
タイプの積層形圧電アクチュエータを並設し、一方の先
端にノズルを、他方の先端にフラッパを設けているの
で、周囲温度が変化して、積層形圧電アクチュエータが
膨張、収縮しても、互いに相殺するので温度変化の影響
を受けることがない。
第１図は、この考案の１実施例電・空変換器のノズルフ
ラッパ部を示す側面図、第２図は、同ノズルフラッパ部
を構成する積層形圧電アクチュエータの構造を具体的に
示す一部拡大図、第３図は、電・空変換器の原理的構成
を示す図である。 １，２：積層形圧電アクチュエータ ３：基台，８：フラッパ １１：ノズル。
ラッパ部を示す側面図、第２図は、同ノズルフラッパ部
を構成する積層形圧電アクチュエータの構造を具体的に
示す一部拡大図、第３図は、電・空変換器の原理的構成
を示す図である。 １，２：積層形圧電アクチュエータ ３：基台，８：フラッパ １１：ノズル。
Claims (1)
- 【請求項１】入力電流と出力圧に応じた電圧を差動増幅
し、その電圧を圧電素子アクチュエータに印加して、フ
ラッパとノズルの空隙を変化させ、入力電流に応じた出
力空気圧を導出する電・空変換器において、 前記圧電素子アクチュエータは、同一材質でかつ同一厚
みの積層形圧電素子を２個備え、これら２個の積層形圧
電素子を並設し、一方の積層形圧電素子の積層方向の一
端部にノズルを設けるとともに、他方の積層形圧電素子
の積層方向の一端部に、前記ノズルに変位部が対面する
フラッパの一端を固設し、かつ前記２個の積層形圧電素
子は、印加電圧に対し伸縮が逆となるように接続し、前
記差動電圧を印加するようにした電・空変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987049235U JPH0626723Y2 (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 電・空変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987049235U JPH0626723Y2 (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 電・空変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63157501U JPS63157501U (ja) | 1988-10-17 |
| JPH0626723Y2 true JPH0626723Y2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=30871499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987049235U Expired - Lifetime JPH0626723Y2 (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 電・空変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0626723Y2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9333884B2 (en) | 2011-03-31 | 2016-05-10 | Ts Tech Co., Ltd. | Conveyance seat |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6155501U (ja) * | 1984-09-19 | 1986-04-14 |
-
1987
- 1987-03-31 JP JP1987049235U patent/JPH0626723Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9333884B2 (en) | 2011-03-31 | 2016-05-10 | Ts Tech Co., Ltd. | Conveyance seat |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63157501U (ja) | 1988-10-17 |
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