JPH07174109A

JPH07174109A - 圧電アクチュエータ変位スイッチ

Info

Publication number: JPH07174109A
Application number: JP5324660A
Authority: JP
Inventors: Kunio Iwasaki; 邦雄岩崎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1995-07-11
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JP2591460B2

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電アクチュエータの微小変位を拡大変位し
てオン−オフの変位スイッチの機能をもたせる。【構成】圧電アクチュエータの動作で、高圧ガス５を
左室へ注入し、ピストン７を一定のストロークだけ移動
させ、その状態を押えピン１１で保持、次のアクチュエ
ータ動作で高圧ガス５を右室へ注入し、ピストン７を元
の状態に復帰し、押えピン１１でその状態を保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種のバルブの開閉制
御などに用いられる機械スイッチに関し、特に圧電アク
チュエータの作動を大変位に変換する機構を備えた圧電
アクチュエータ変位スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電セラミックスを利用した圧電
アクチュエータを変位スイッチとして使用する為には、
圧電アクチュエータ自身の動作変位量が極微小であるた
め、極近接の接点間の応用に限られ、かつ圧電アクチュ
エータに通電を継続することなく動作を保持できるスイ
ッチ機能を有していない。特開昭６３−１６９７７９号
に記載された「圧電アクチュエータの変位拡大構造」な
るものも知られているが、一定の変位を継続するために
は通電の継続を要した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の圧電アクチュエ
ータを変位スイッチとして使用する場合に、圧電アクチ
ュエータの極微小変位動作のみでは、変位量が少なすぎ
る為、装置の中に組み込んで使用する場合、微かな組立
状態の変動により長期間安定した変位量を確保すること
は困難であった。また変位拡大構造を有するものには、
圧電アクチュエータ自身の動作を保持したままの状態で
使用する際、通電を継続しなければならないといった問
題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明が提供する手段は、圧電アクチュエータの微
小変位を作動子の大きな変位に変換する圧電アクチュエ
ータ変位スイッチにおいて、圧電アクチュエータ（１）
とこの圧電アクチュエータ（１）の筐体（４）に固定さ
れているシリンダブロック（６ａ）と、このシリンダブ
ロック（６ａ）の筒形の内面に案内されて往復動をする
ピストン（７）と、このピストン（７）に固定されてい
て該ピストン（７）と共通の軸を有し、前記筒形内面に
直交する前記シリンダブロック（６ａ）の壁のうちの少
なくとも一方を貫通している作動子（７ａ）と、前記圧
電アクチュエータの微小変位を受ける弁（３）と、前記
筐体（４）に設けられ、前記弁（３）と密差する弁座
と、前記シリンダブロック（６ａ）を支点として前記弁
（３）に前記弁座に向く力を与え続ける予圧バネ（１
２）と、押えピン（１１）と、前記弁座の側から前記弁
（３）に圧力を加える高圧ガス（５）を導く手段と、前
記弁（３）は、前記圧電アクチュエータの微小変位に直
結して前記予圧バネ（１２）の弾力に抗して押されたと
き、前記弁座との間に微小な間隙を生じ、前記ピストン
（７）は、軸方向の中央近傍に隔壁のある筒状体であ
り、前記隔壁の左右に１つずつ穴を有し、前記シリンダ
ブロック（６ａ）は、前記ピストン（７）がストローク
の片方の端まで寄せられたときに前記弁（３）と弁座と
の微小間隙を通った前記高圧ガス（５）を前記隔壁の左
側の穴に導く第１の穴と、前記ピストン（７）がストロ
ークの他方の端まで寄せられたときに前記弁（３）の微
小間隙を通った前記高圧ガス（５）を前記隔壁の右側の
穴に導く第２の穴と、前記ピストン（７）がストローク
の片方の端まで寄せられたとき該ピストン（７）が接触
しなくなる前記筒形内面から外気に通じる第１のガス抜
き穴と、前記ピストン（７）がストロークの他方の端ま
で寄せられたとき該ピストン（７）が接触しなくなる前
記筒形内面から外気に通じる第２のガス抜き穴と、前記
押えピン（１１）を摺動自在に案内する押えピン案内穴
とを有し、前記ピストン（７）は、ストロークの両端位
置において前記押えピンが係合する第１及び第２の保持
ミゾ（９）を有することを特徴とする圧電アクチュエー
タ変位スイッチである。

【０００５】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の圧電アクチュエータ変位
スイッチを示す縦断面図である。

【０００６】この実施例は、圧電アクチュエータ１、プ
ランジャー２、弁３、圧電アクチュエータ１に固定され
ている筐体４、高圧ガス５、ボス部６、ガス注入口キャ
ップ１３、ｏリング１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、圧電アク
チュエータ１を作動させる電圧を供給するリード線１
８、リード線取出口封止用樹脂１９、底蓋２０（筐体４
の一部分）、ネジ２３ａ，２３ｂを備えてなる。

【０００７】圧電アクチュエータ１はリード線１８から
直流電圧を受けると軸方向（図１の上下方向）に微小な
距離だけ伸縮する。筐体４には高圧ガス５が封入されて
いる。ボス部６はネジ２２で筐体４に強く固定されてい
る。ネジ２２は、図１に現れているもの以外に、ボス部
６の手前側および奥側にも設けられている。ガス注入口
キャップ１３は、ガス注入口を塞ぐ蓋であり、ガス注入
口にネジ込まれて高圧ガス５を筐体４内に封止してい
る。

【０００８】ボス部６は、シリンダブロック６ａ（蓋６
ｂを含む）と、ピストン７と、押えピン１１と、板バネ
１０と、ネジ２１，２２，２４と、予圧皿バネ１２とで
なる。シリンダブロック６ａにはガス抜け穴８ａ，８ｂ
が設けてある。ピストン７には押えピン１１が嵌まる保
持ミゾ９が２箇所に形成してある。軸７ａは、ピストン
７に固定され、ピストン７と一体で軸方向に動き、この
実施例の変位スイッチの作動子として作用し、この実施
例により変位を伝えられる弁機構等に接触する。

【０００９】シリンダブロック６ａの四角筒状の内壁に
案内されてピストン７が軸方向に往復動する。その内壁
およびこれに接触するピストン７の外面の横断面は正方
形である。軸７ａはピストン７の中央の隔壁と一体であ
り、軸７ａの横断面は円形である。ピストン７の最大変
位量は、図１において、ピストン７の右端と蓋６ｂの左
端との間隙の間隔である。

【００１０】ピストン７の下面およびシリンダブロック
６ａの下部には高圧ガス５が通るための穴が図１の中央
に対して左右にそれぞれ１つずつ、計２つ設けてある。
予圧皿バネ１２は、弁３をプランジャー２に常時押し付
けている。

【００１１】いま、図１に示す位置にピストン７があ
り、押えピン１１が右側の保持ミゾ９に嵌まってピスト
ン７を図１の位置に保持しているとする。この時に、リ
ード線１８を介して圧電アクチュエータ１に０．５秒程
度のパルス状直流電圧を加えて、プランジャー２で弁３
を上に押し、予圧皿バネ１２の弾力に抗して弁３を上に
押し上げると、高圧ガス５は弁３と弁座（筐体４側の皿
状の穴の縁）との間隙を通り、更にシリンダブロック６
ａの下部の左側の穴およびピストン７の下面の左側の穴
を通ってピストン７の中央隔壁より左側の空間（左室）
に入り、ピストン７を右へ変位させる。ピストン７が右
へ変位するとき、ピストン７の中央隔壁より右の空間の
気体はピストン７の変位量に応じてガス抜け穴８ｂから
外へ排出される。ピストン７の右端は蓋６ｂに当って止
り、この時に押えピン１１が左側の保持ミゾ９に嵌まり
ピストン７をその位置に保持するから、圧電アクチュエ
ータ１に印加されている電圧がゼロに戻ってもピストン
７はその位置を保持する。したがって、軸７ａを一定位
置に保持するのに、この実施例では通電を必要としな
い。

【００１２】上に述べた作動により、ピストン７が図１
において右端に位置している状態で、上に述べた時と同
じ極性の０．５秒程度のパルス状直流電圧をアクチュエ
ータ１に加えると、シリンダブロック６ａの下部の右側
の穴がピストン７の下面の右側の穴に連通しているの
で、高圧ガス５はピストン７の右側の室（右室）に入
り、ピストン７を左へ変位させ、ピストン７の左側端が
シリンダブロック６ａの左奥の壁に当ってピストン７は
止り、押えピン１１が右側の保持ミゾ９に嵌まり、ピス
トン７をその位置に保持する。

【００１３】上述の如く、図１の実施例では直流電圧を
間隔を置いて圧電アクチュエータ１に加えるだけで、軸
７ａを右及び左に交互に変位させることができる。軸７
ａのストローク（変位量）は、ピストン７の軸方向長さ
とシリンダブロック６ａの内壁の左右両端間距離との差
だけで一義的に決まり、圧電アクチュエータ１の変位量
で決まるのではないから、経年変化をほとんど受けず、
安定である。したがって、図１の実施例の変位スイッチ
は信頼性に優れている。

【００１４】図２はボス部６を圧電アクチュエータ１か
ら離し、変換媒体となる高圧ガスを高圧チューブ２６で
供給する実施例である。図２の構造では、ボス部６だけ
を作用箇所に配置できるから、限られた空間にも簡単に
変位スイッチを装着できる。

【００１５】

【発明の効果】以上に説明したように本発明は、圧電ア
クチュエータの微小変位を大変位に変換して、かつ圧電
アクチュエータの動作１回毎にオン−オフの状態を交互
に保持できるスイッチ機能を有する。この発明により、
圧電アクチュエータの動作量の変動にかかわらず、迅速
なる一定のストローク移動変換を簡単に実現できる。ま
たストック量および動作スピードについてもピストン７
（可動シリンダ）の寸法、形状やガス圧力度によって選
べられるので、迅速に応答する変位スイッチを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図。

【図２】本発明の他の実施例を示す正面図。

【符号の説明】

１圧電アクチュエータ２プラジャー３弁座４筐体５高圧ガス６ボス部６ａシリンダブロック７ピストン７ａ軸８ガス抜け穴９保持ミゾ１０板バネ１１押えピン１２予圧皿バネ１３ガス注入口キャップ１４ｏリング２６高圧チューブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電アクチュエータの微小変位を作動子
の大きな変位に変換する圧電アクチュエータ変位スイッ
チにおいて、圧電アクチュエータ（１）とこの圧電アクチュエータ
（１）の筐体（４）に固定されているシリンダブロック
（６ａ）と、このシリンダブロック（６ａ）の筒形の内
面に案内されて往復動をするピストン（７）と、このピ
ストン（７）に固定されていて該ピストン（７）と共通
の軸を有し、前記筒形内面に直交する前記シリンダブロ
ック（６ａ）の壁のうちの少なくとも一方を貫通してい
る作動子（７ａ）と、前記圧電アクチュエータの微小変
位を受ける弁（３）と、前記筐体（４）に設けられ、前
記弁（３）と密差する弁座と、前記シリンダブロック
（６ａ）を支点として前記弁（３）に前記弁座に向く力
を与え続ける予圧バネ（１２）と、押えピン（１１）
と、前記弁座の側から前記弁（３）に圧力を加える高圧
ガス（５）を導く手段と、前記弁（３）は、前記圧電アクチュエータの微小変位に
直結して前記予圧バネ（１２）の弾力に抗して押された
とき、前記弁座との間に微小な間隙を生じ、前記ピストン（７）は、軸方向の中央近傍に隔壁のある
筒状体であり、前記隔壁の左右に１つずつ穴を有し、前記シリンダブロック（６ａ）は、前記ピストン（７）
がストロークの片方の端まで寄せられたときに前記弁
（３）と弁座との微小間隙を通った前記高圧ガス（５）
を前記隔壁の左側の穴に導く第１の穴と、前記ピストン
（７）がストロークの他方の端まで寄せられたときに前
記弁（３）の微小間隙を通った前記高圧ガス（５）を前
記隔壁の右側の穴に導く第２の穴と、前記ピストン
（７）がストロークの片方の端まで寄せられたとき該ピ
ストン（７）が接触しなくなる前記筒形内面から外気に
通じる第１のガス抜き穴と、前記ピストン（７）がスト
ロークの他方の端まで寄せられたとき該ピストン（７）
が接触しなくなる前記筒形内面から外気に通じる第２の
ガス抜き穴と、前記押えピン（１１）を摺動自在に案内
する押えピン案内穴とを有し、前記ピストン（７）は、ストロークの両端位置において
前記押えピンが係合する第１及び第２の保持ミゾ（９）
を有することを特徴とする圧電アクチュエータ変位スイ
ッチ。
【請求項２】前記押えピン（１１）を前記ピストン
（７）に常に押し付ける板バネ（１０）が前記シリンダ
ブロック（６ａ）に取り付けてあることを特徴とする請
求項１に記載の圧電アクチュエータ変位スイッチ。