JPH1122845A - 圧電アクチュエータ及びマスフローコントローラ - Google Patents
圧電アクチュエータ及びマスフローコントローラInfo
- Publication number
- JPH1122845A JPH1122845A JP9176208A JP17620897A JPH1122845A JP H1122845 A JPH1122845 A JP H1122845A JP 9176208 A JP9176208 A JP 9176208A JP 17620897 A JP17620897 A JP 17620897A JP H1122845 A JPH1122845 A JP H1122845A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal member
- metal
- piezoelectric element
- fixed
- piezoelectric actuator
- 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.)
- Pending
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】 環境温度が変化しても伸縮量の変化が少ない
圧電アクチュエータを、また環境温度が変化しても流量
特性の変化が少ないマスフローコントローラを提供する
こと。 【解決手段】 積層型圧電素子体４０の一端に固着した
第１の金属部材５１と、もう一方端に固着した第２の金
属部材５２と、軸方向の伸縮機能を有し前記第１の金属
部材と第２の金属部材に固着した金属ケース５０とを有
し、前記第１の金属部材５１と第２の金属部材５２及び
金属ケース５０のうち少なくとも第１の金属部材と第２
の金属部材をＮｉが３０〜５０重量％であるＦｅ−Ｎｉ
系合金あるいはＮｉが２８重量％以上でありかつＮｉ＋
Ｃｏが３０〜５０重量％であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金
で形成した圧電アクチュエータ５である。またこの圧電
アクチュエータを用いたマスフローコントローラであ
る。
圧電アクチュエータを、また環境温度が変化しても流量
特性の変化が少ないマスフローコントローラを提供する
こと。 【解決手段】 積層型圧電素子体４０の一端に固着した
第１の金属部材５１と、もう一方端に固着した第２の金
属部材５２と、軸方向の伸縮機能を有し前記第１の金属
部材と第２の金属部材に固着した金属ケース５０とを有
し、前記第１の金属部材５１と第２の金属部材５２及び
金属ケース５０のうち少なくとも第１の金属部材と第２
の金属部材をＮｉが３０〜５０重量％であるＦｅ−Ｎｉ
系合金あるいはＮｉが２８重量％以上でありかつＮｉ＋
Ｃｏが３０〜５０重量％であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金
で形成した圧電アクチュエータ５である。またこの圧電
アクチュエータを用いたマスフローコントローラであ
る。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電効果素子を積
層した圧電アクチュエータに関し、特にこの圧電効果素
子を金属ケースに封入した圧電アクチュエータ及びこの
圧電アクチュエータを用いたマスフローコントローラに
関するものである。
層した圧電アクチュエータに関し、特にこの圧電効果素
子を金属ケースに封入した圧電アクチュエータ及びこの
圧電アクチュエータを用いたマスフローコントローラに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気エネルギーを機械的エネルギ
ーに変換する圧電効果素子を利用した圧電アクチュエー
タは、マスフローコントローラの流量制御弁やＸＹテー
ブル駆動などの工業分野で使用されている。これらは通
常、高湿度雰囲気や耐食性ガスに対する耐環境性を高め
るために、金属ケース内に封入した密封構造として用い
ることが多い。
ーに変換する圧電効果素子を利用した圧電アクチュエー
タは、マスフローコントローラの流量制御弁やＸＹテー
ブル駆動などの工業分野で使用されている。これらは通
常、高湿度雰囲気や耐食性ガスに対する耐環境性を高め
るために、金属ケース内に封入した密封構造として用い
ることが多い。
【０００３】図３はその一例を示す金属ケース入り圧電
アクチュエータの縦断面図である。この圧電アクチュエ
ータ９は、断面が矩形の圧電効果素子と内部電極とを交
互に積層して形成した積層型の圧電効果素子体を有して
おり、その両端側面からリード線９３a、９３bが取り出
され端部にリード端子９４a、９４bが取り付けられてい
る。そして積層型圧電素子体４０の両端は、嵌合凹部９
５を介してステンレス材からなる金属部材９１と同じく
金属部材９２に接着剤により固着されている。さらにベ
ローズ等の伸縮機能を有するステンレス材製の金属ケー
ス９０を金属部材９１に溶接し、積層圧電素子体４０に
対し圧縮力が掛かるように金属部材９２に圧着して圧電
効果素子体４０を気密封止している。この圧電アクチュ
エータ９は、リード端子９４aと９４bとの間に駆動電圧
が印可されると、積層型圧電素子体４０は図中矢印で示
す方向に微少な変位を生じ、金属ケース９０の伸縮機能
と相まって全体として矢印の方向に数10μｍ程度伸縮す
るものである。
アクチュエータの縦断面図である。この圧電アクチュエ
ータ９は、断面が矩形の圧電効果素子と内部電極とを交
互に積層して形成した積層型の圧電効果素子体を有して
おり、その両端側面からリード線９３a、９３bが取り出
され端部にリード端子９４a、９４bが取り付けられてい
る。そして積層型圧電素子体４０の両端は、嵌合凹部９
５を介してステンレス材からなる金属部材９１と同じく
金属部材９２に接着剤により固着されている。さらにベ
ローズ等の伸縮機能を有するステンレス材製の金属ケー
ス９０を金属部材９１に溶接し、積層圧電素子体４０に
対し圧縮力が掛かるように金属部材９２に圧着して圧電
効果素子体４０を気密封止している。この圧電アクチュ
エータ９は、リード端子９４aと９４bとの間に駆動電圧
が印可されると、積層型圧電素子体４０は図中矢印で示
す方向に微少な変位を生じ、金属ケース９０の伸縮機能
と相まって全体として矢印の方向に数10μｍ程度伸縮す
るものである。
【０００４】次ぎに、従来の圧電アクチュエータを用い
たマスフローコントローラを図４を用いて説明する。図
のマスフローコントローラ１Ｂは、微量流体（以下ガス
を例にとって説明する。）の質量流量を検出するセンサ
部２と、圧電アクチュエータ部８０を備えた流量制御弁
８と、これらを制御する制御回路部３（詳細は図示せ
ず）とにより主に構成されている。このマスフローコン
トローラ１Ｂでは、まず流入口（流入側継手）７１から
流入したガスは流入流路７２aの途中でセンサパイプ２
０と、このパイプと同一のパイプを所定数だけ詰めて所
定の流量比率に設定されたバイパス管路７５とに分岐し
て流れ、これらは再び流入流路７２b部分で合流し流入
流路７２ｃまで流れるようになっている。一方、上記し
た質量流量センサからの流量信号は、増幅回路によって
増幅され、その後比較制御回路へ入力される。ここで予
め設定された設定流量信号と比較され、その差分を無く
すような駆動信号（バルブ駆動電圧）が圧電アクチュエ
ータ部に入力され、その結果、流量制御弁８の開度を調
節してガス流量を制御することができる。
たマスフローコントローラを図４を用いて説明する。図
のマスフローコントローラ１Ｂは、微量流体（以下ガス
を例にとって説明する。）の質量流量を検出するセンサ
部２と、圧電アクチュエータ部８０を備えた流量制御弁
８と、これらを制御する制御回路部３（詳細は図示せ
ず）とにより主に構成されている。このマスフローコン
トローラ１Ｂでは、まず流入口（流入側継手）７１から
流入したガスは流入流路７２aの途中でセンサパイプ２
０と、このパイプと同一のパイプを所定数だけ詰めて所
定の流量比率に設定されたバイパス管路７５とに分岐し
て流れ、これらは再び流入流路７２b部分で合流し流入
流路７２ｃまで流れるようになっている。一方、上記し
た質量流量センサからの流量信号は、増幅回路によって
増幅され、その後比較制御回路へ入力される。ここで予
め設定された設定流量信号と比較され、その差分を無く
すような駆動信号（バルブ駆動電圧）が圧電アクチュエ
ータ部に入力され、その結果、流量制御弁８の開度を調
節してガス流量を制御することができる。
【０００５】次ぎに図の流量制御弁８は、金属ダイアフ
ラムを直接上下動させる流量制御弁である。すなわち流
入流路７２cに設けられた金属製弁座８１と、この弁座
８１に対向してダイアフラム押さえ８３によって挟持さ
れ、中央に平坦部を有しその外側に半円環状の弾性変形
部を形成した金属ダイアフラム８２と、内部に積層型圧
電素子体８０を収容し、金属ダイアフラム８２を押圧す
るようになした弁棒８４と、この弁棒８４を常時弁座８
１に当接させて閉弁状態におくためのバネ部材８８等か
ら構成されている。ここで積層型圧電素子体８０の上端
は調節部材８９に係止されており、一方の下端は弁棒８
４を貫通してブロック状本体７に載置されたブリッジ部
材８５に支持されている。そして、積層型圧電素子体８
０は裸のまま使用されることもあるし、また上記したよ
うに金属ケースに内封して使用することもある。
ラムを直接上下動させる流量制御弁である。すなわち流
入流路７２cに設けられた金属製弁座８１と、この弁座
８１に対向してダイアフラム押さえ８３によって挟持さ
れ、中央に平坦部を有しその外側に半円環状の弾性変形
部を形成した金属ダイアフラム８２と、内部に積層型圧
電素子体８０を収容し、金属ダイアフラム８２を押圧す
るようになした弁棒８４と、この弁棒８４を常時弁座８
１に当接させて閉弁状態におくためのバネ部材８８等か
ら構成されている。ここで積層型圧電素子体８０の上端
は調節部材８９に係止されており、一方の下端は弁棒８
４を貫通してブロック状本体７に載置されたブリッジ部
材８５に支持されている。そして、積層型圧電素子体８
０は裸のまま使用されることもあるし、また上記したよ
うに金属ケースに内封して使用することもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の金属ケース入り
圧電アクチュエータは、線膨張係数が例えば約1.7×10
−６／℃の積層型圧電素子体４０と線膨張係数が約17.5
×10−６／℃の金属ケース９０が同じく約17.5×10−６
／℃の金属部材９１及び９２を介して連結された構造と
なっている。尚、圧電素子体は負の線膨張係数を持つも
のもあり、ほとんどが０に近い値を持っている。従っ
て、このように線膨張係数が著しく異なる部材同士が連
結されているため周囲温度が上昇した場合、金属ケース
と金属部材の熱膨張による引張力が積層型圧電素子体に
加わり剥離したり甚だしい場合には素子が破断すること
がある。そこで、金属ケース９０にはベローズ等を付け
て伸縮機能を持たせている。ところが一方で、圧電アク
チュエータはその発生力を有効に利用するために、予め
積層型圧電素子体に１０〜８０Ｋｇｆ程度の圧縮力を素
子の積層方向に加わわるように金属ケース９０のバネ定
数（圧縮力）を設定して組み立てることが必要になって
いる。以上のことから使用前の組立時には圧縮力を調整
してバネ定数を設定し、その上で使用中の部材同士間の
熱膨張差を考慮して前記バネ定数に補正を加える。この
ようなことが必要になっていたが、両者を兼ね合わせて
設定することは困難なことであった。
圧電アクチュエータは、線膨張係数が例えば約1.7×10
−６／℃の積層型圧電素子体４０と線膨張係数が約17.5
×10−６／℃の金属ケース９０が同じく約17.5×10−６
／℃の金属部材９１及び９２を介して連結された構造と
なっている。尚、圧電素子体は負の線膨張係数を持つも
のもあり、ほとんどが０に近い値を持っている。従っ
て、このように線膨張係数が著しく異なる部材同士が連
結されているため周囲温度が上昇した場合、金属ケース
と金属部材の熱膨張による引張力が積層型圧電素子体に
加わり剥離したり甚だしい場合には素子が破断すること
がある。そこで、金属ケース９０にはベローズ等を付け
て伸縮機能を持たせている。ところが一方で、圧電アク
チュエータはその発生力を有効に利用するために、予め
積層型圧電素子体に１０〜８０Ｋｇｆ程度の圧縮力を素
子の積層方向に加わわるように金属ケース９０のバネ定
数（圧縮力）を設定して組み立てることが必要になって
いる。以上のことから使用前の組立時には圧縮力を調整
してバネ定数を設定し、その上で使用中の部材同士間の
熱膨張差を考慮して前記バネ定数に補正を加える。この
ようなことが必要になっていたが、両者を兼ね合わせて
設定することは困難なことであった。
【０００７】また、上記したマスフローコントローラの
流量制御弁では、このことが使用環境温度の変化が流量
特性に影響を与える結果となっていた。例えば、図５は
ノーマリクローズ型の流量制御弁の流量特性を示し、そ
の縦軸が流量、横軸が印可電圧である。（ａ）は周囲環
境温度５℃の場合、（ｂ）は周囲環境温度４５℃の場合
をそれぞれ示している。両者を比較すると、流量の少な
い初期の段階では両者の流量勾配はほとんど同じである
が、印可電圧が高くなると即ち、伸張量が大きくなる
と、上記した熱膨張差とバネ定数が変化することから流
量特性は、（ａ）に対して（ｂ）はおよそ２／３に減少
している。以上のことより、従来のものでは環境温度が
高くなると、ノーマリクローズ型の流量制御弁では流量
が減少する方向に、またノーマリオープン型の流量制御
弁では弁が締め切らない方向になるという問題として生
じていた。
流量制御弁では、このことが使用環境温度の変化が流量
特性に影響を与える結果となっていた。例えば、図５は
ノーマリクローズ型の流量制御弁の流量特性を示し、そ
の縦軸が流量、横軸が印可電圧である。（ａ）は周囲環
境温度５℃の場合、（ｂ）は周囲環境温度４５℃の場合
をそれぞれ示している。両者を比較すると、流量の少な
い初期の段階では両者の流量勾配はほとんど同じである
が、印可電圧が高くなると即ち、伸張量が大きくなる
と、上記した熱膨張差とバネ定数が変化することから流
量特性は、（ａ）に対して（ｂ）はおよそ２／３に減少
している。以上のことより、従来のものでは環境温度が
高くなると、ノーマリクローズ型の流量制御弁では流量
が減少する方向に、またノーマリオープン型の流量制御
弁では弁が締め切らない方向になるという問題として生
じていた。
【０００８】従って、本発明は環境温度が変化しても伸
縮量の変化が少ない圧電アクチュエータを、また環境温
度が変化しても流量特性の変化が少ないマスフローコン
トローラを提供することを目的とする。
縮量の変化が少ない圧電アクチュエータを、また環境温
度が変化しても流量特性の変化が少ないマスフローコン
トローラを提供することを目的とする。
【０００９】
【発明を解決するための手段】本発明は、積層型圧電素
子体の一端に固着した第１の金属部材と、積層型圧電素
子体の他端に固着した第２の金属部材と、軸方向の伸縮
機能を有し前記第１の金属部材と第２の金属部材に固着
した金属ケースとを有する圧電アクチュエータにおい
て、前記第１の金属部材と第２の金属部材及び金属ケー
スのうち少なくとも第１の金属部材と第２の金属部材を
Ｎｉが３０〜５０重量％であるＦｅ−Ｎｉ系合金で形成
した圧電アクチュエータである。また、前記第１の金属
部材と第２の金属部材及び金属ケースのうち少なくとも
第１の金属部材と第２の金属部材をＮｉが２８重量％以
上でありかつＮｉ＋Ｃｏが３０〜５０重量％であるＦｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で形成した圧電アクチュエータとす
ることもできる。尚、第１の金属部材と第２の金属部材
及び金属ケースの全てを上記Ｆｅ−Ｎｉ系合金あるいは
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で構成することは望ましい。
子体の一端に固着した第１の金属部材と、積層型圧電素
子体の他端に固着した第２の金属部材と、軸方向の伸縮
機能を有し前記第１の金属部材と第２の金属部材に固着
した金属ケースとを有する圧電アクチュエータにおい
て、前記第１の金属部材と第２の金属部材及び金属ケー
スのうち少なくとも第１の金属部材と第２の金属部材を
Ｎｉが３０〜５０重量％であるＦｅ−Ｎｉ系合金で形成
した圧電アクチュエータである。また、前記第１の金属
部材と第２の金属部材及び金属ケースのうち少なくとも
第１の金属部材と第２の金属部材をＮｉが２８重量％以
上でありかつＮｉ＋Ｃｏが３０〜５０重量％であるＦｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で形成した圧電アクチュエータとす
ることもできる。尚、第１の金属部材と第２の金属部材
及び金属ケースの全てを上記Ｆｅ−Ｎｉ系合金あるいは
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で構成することは望ましい。
【００１０】また本発明は、センサ流路内を流れる流体
の流量を検出する流量センサ部と、流体の流量を制御す
る流量制御弁と、制御回路部とを有するマスフローコン
トローラにおいて、前記流量制御弁は、圧電アクチュエ
ータの伸縮を利用して金属製ダイアフラムと弁座とを接
離して流量制御を行うものであって、前記圧電アクチュ
エータを、積層型圧電素子体の一端に固着した第１の金
属部材と、積層型圧電素子体の他端に固着した第２の金
属部材と、軸方向の伸縮機能を有し前記第１の金属部材
と第２の金属部材に固着した金属ケースとから形成し、
前記第１の金属部材と第２の金属部材及び金属ケースの
うち少なくとも第１の金属部材と第２の金属部材をＮｉ
が３０〜５０重量％であるＦｅ−Ｎｉ系合金で形成した
マスフローコントローラである。また、前記第１の金属
部材と第２の金属部材及び金属ケースのうち少なくとも
第１の金属部材と第２の金属部材をＮｉが２８重量％以
上でありかつＮｉ＋Ｃｏが３０〜５０重量％であるＦｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で形成したマスフローコントローラ
とすることもできる。尚、第１の金属部材と第２の金属
部材及び金属ケースの全てを上記Ｆｅ−Ｎｉ系合金ある
いはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で構成することは望まし
い。
の流量を検出する流量センサ部と、流体の流量を制御す
る流量制御弁と、制御回路部とを有するマスフローコン
トローラにおいて、前記流量制御弁は、圧電アクチュエ
ータの伸縮を利用して金属製ダイアフラムと弁座とを接
離して流量制御を行うものであって、前記圧電アクチュ
エータを、積層型圧電素子体の一端に固着した第１の金
属部材と、積層型圧電素子体の他端に固着した第２の金
属部材と、軸方向の伸縮機能を有し前記第１の金属部材
と第２の金属部材に固着した金属ケースとから形成し、
前記第１の金属部材と第２の金属部材及び金属ケースの
うち少なくとも第１の金属部材と第２の金属部材をＮｉ
が３０〜５０重量％であるＦｅ−Ｎｉ系合金で形成した
マスフローコントローラである。また、前記第１の金属
部材と第２の金属部材及び金属ケースのうち少なくとも
第１の金属部材と第２の金属部材をＮｉが２８重量％以
上でありかつＮｉ＋Ｃｏが３０〜５０重量％であるＦｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で形成したマスフローコントローラ
とすることもできる。尚、第１の金属部材と第２の金属
部材及び金属ケースの全てを上記Ｆｅ−Ｎｉ系合金ある
いはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で構成することは望まし
い。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。図１は本発明の一実施例を示す圧電ア
クチュエータの縦断面図である。図２はそれを用いたマ
スフローコントローラの縦断面図である。
照して説明する。図１は本発明の一実施例を示す圧電ア
クチュエータの縦断面図である。図２はそれを用いたマ
スフローコントローラの縦断面図である。
【００１２】この圧電アクチュエータ５は、０．１〜
０．２ｍｍ厚さの圧電セラミックスと金属薄板あるいは
ペースト状の内部電極導体を塗布、乾燥させて、これら
を交互に数百枚積み重ね、高さ２０ｍｍ程度に積層して
積層型圧電素子体４０を構成している。この積層体の側
面には内部電極体の端部が露出しているので、端部を選
択的にガラス絶縁膜で被覆した後、外部電極体を側面に
形成して内部電極導体を一層おきに交互に接続して２つ
のくし歯形電極を形成する。そしてリード線５３a、５
３bを外部電極導体５６にはんだ付けで接続し、側面だ
けを樹脂で被覆する。そしてリード端子５４a、５４bに
電圧を印加すると電圧の印加に応じ積層圧電素子体は数
十μｍ、例えば４０μｍ程度の微少な伸張と共に８０ｋ
ｇｆ程度の高い推力を発生することができる。
０．２ｍｍ厚さの圧電セラミックスと金属薄板あるいは
ペースト状の内部電極導体を塗布、乾燥させて、これら
を交互に数百枚積み重ね、高さ２０ｍｍ程度に積層して
積層型圧電素子体４０を構成している。この積層体の側
面には内部電極体の端部が露出しているので、端部を選
択的にガラス絶縁膜で被覆した後、外部電極体を側面に
形成して内部電極導体を一層おきに交互に接続して２つ
のくし歯形電極を形成する。そしてリード線５３a、５
３bを外部電極導体５６にはんだ付けで接続し、側面だ
けを樹脂で被覆する。そしてリード端子５４a、５４bに
電圧を印加すると電圧の印加に応じ積層圧電素子体は数
十μｍ、例えば４０μｍ程度の微少な伸張と共に８０ｋ
ｇｆ程度の高い推力を発生することができる。
【００１３】そして、積層型圧電素子体４０の一端は、
Ｎｉが３２重量％、Ｃｏ５重量％、Ｆｅ及び不可避不純
物６３重量％であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる金
属部材５１の嵌合凹部５５に接着剤により固着されてい
る。また積層型圧電素子体４０のもう一端は同じ材質か
らなる金属部材５２の嵌合凹部５５に接着剤により固着
されている。さらに３２Ｎｉ重量％−５Ｃｏ重量％−６
３Ｆｅ及び不可避不純物であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金
製で軸方向に複数本の凹部を形成してベローズ状の伸縮
機能を持たせた金属ケース５０のつば部５０ｃと金属部
材５１のつば部５１ｃとを圧着あるいは接着剤で固着
し、その後積層圧電素子体４０に対し適度な圧縮力が掛
かるように金属部材５２のつば部５２ｄと金属ケースの
つば部５０ｄとの間の距離を調節し圧着あるいは接着剤
で固着する。その結果積層圧電素子体４０は適度なバネ
定数を保持して金属ケース内に気密封止している。ここ
で他の実施例としては、金属部材５１と金属部材５２及
び金属ケース５０をＮｉが３０〜５０重量％、望ましく
は３６％ＮｉであるＦｅ−Ｎｉ系合金で形成して実施す
ることが出来る。
Ｎｉが３２重量％、Ｃｏ５重量％、Ｆｅ及び不可避不純
物６３重量％であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる金
属部材５１の嵌合凹部５５に接着剤により固着されてい
る。また積層型圧電素子体４０のもう一端は同じ材質か
らなる金属部材５２の嵌合凹部５５に接着剤により固着
されている。さらに３２Ｎｉ重量％−５Ｃｏ重量％−６
３Ｆｅ及び不可避不純物であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金
製で軸方向に複数本の凹部を形成してベローズ状の伸縮
機能を持たせた金属ケース５０のつば部５０ｃと金属部
材５１のつば部５１ｃとを圧着あるいは接着剤で固着
し、その後積層圧電素子体４０に対し適度な圧縮力が掛
かるように金属部材５２のつば部５２ｄと金属ケースの
つば部５０ｄとの間の距離を調節し圧着あるいは接着剤
で固着する。その結果積層圧電素子体４０は適度なバネ
定数を保持して金属ケース内に気密封止している。ここ
で他の実施例としては、金属部材５１と金属部材５２及
び金属ケース５０をＮｉが３０〜５０重量％、望ましく
は３６％ＮｉであるＦｅ−Ｎｉ系合金で形成して実施す
ることが出来る。
【００１４】また金属部材５１と金属部材５２は、上記
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金あるいはＦｅ−Ｎｉ系合金製と
なし、他方金属ケース５０は、従来と同様のステンレス
製のものを用いて実施することもできる。この場合は少
なくとも熱膨張による金属部材と積層圧電素子体の剥離
や破断を防止することが出来るし、金属部材５１及び金
属部材５２と金属ケース５０との固着手段を電子ビーム
溶接等を用いて行うことが出来るので組立てが容易とな
る。
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金あるいはＦｅ−Ｎｉ系合金製と
なし、他方金属ケース５０は、従来と同様のステンレス
製のものを用いて実施することもできる。この場合は少
なくとも熱膨張による金属部材と積層圧電素子体の剥離
や破断を防止することが出来るし、金属部材５１及び金
属部材５２と金属ケース５０との固着手段を電子ビーム
溶接等を用いて行うことが出来るので組立てが容易とな
る。
【００１５】ところで上記実施例で用いたＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ系合金の熱膨張係数は２０℃で0.1×10−６／℃程
度、同じくＦｅ−Ｎｉ系合金で0.9×10−６／℃程度で
あり、これらは約200℃まで不変である。従って、これ
らは積層圧電素子体の熱膨張係数（約1.7×10−６／
℃）に近似しており、上記したような温度変化による変
位量と発生力の変化はほとんど無視することが出来る。
Ｃｏ系合金の熱膨張係数は２０℃で0.1×10−６／℃程
度、同じくＦｅ−Ｎｉ系合金で0.9×10−６／℃程度で
あり、これらは約200℃まで不変である。従って、これ
らは積層圧電素子体の熱膨張係数（約1.7×10−６／
℃）に近似しており、上記したような温度変化による変
位量と発生力の変化はほとんど無視することが出来る。
【００１６】次ぎに、図２のマスフローコントローラ１
Ａは、ブロック状本体１ａと１ｂとからなり本体内に流
入口１１と流入流路１２ａ、バイパス部１５（図示せ
ず）、流入流路１２ｂ、流入流路１２ｃを形成し、流路
１２ｃの端部に金属製の弁座４をかしめ手段などにより
装着している。そして弁座４に対向して金属ダイアフラ
ム５が設けられており、これによって流入側流路１２と
流出側流路１３を仕切っている。金属ダイアフラム５と
弁座４の周囲には流入流路１３ａが拡がっており、その
後方に流入流路１３ｂと流出口１４が設けられている。
Ａは、ブロック状本体１ａと１ｂとからなり本体内に流
入口１１と流入流路１２ａ、バイパス部１５（図示せ
ず）、流入流路１２ｂ、流入流路１２ｃを形成し、流路
１２ｃの端部に金属製の弁座４をかしめ手段などにより
装着している。そして弁座４に対向して金属ダイアフラ
ム５が設けられており、これによって流入側流路１２と
流出側流路１３を仕切っている。金属ダイアフラム５と
弁座４の周囲には流入流路１３ａが拡がっており、その
後方に流入流路１３ｂと流出口１４が設けられている。
【００１７】金属製ダイアフラム５は、ダイアフラム押
さえ６２によってその周縁部を挟着し、その上にハウジ
ング６３を載せた上でフタ６４をボルトを用いて本体１
ａに組付けている。一方、金属ダイアフラム５の上面に
は円盤状のダイアフラムスペーサ６１が乗せられてお
り、これは調芯作用のある硬球６４とピエゾスペーサ６
６及び軸受け６６ａを介して圧電アクチュエータ６０の
押圧力を伝達するようになっている。
さえ６２によってその周縁部を挟着し、その上にハウジ
ング６３を載せた上でフタ６４をボルトを用いて本体１
ａに組付けている。一方、金属ダイアフラム５の上面に
は円盤状のダイアフラムスペーサ６１が乗せられてお
り、これは調芯作用のある硬球６４とピエゾスペーサ６
６及び軸受け６６ａを介して圧電アクチュエータ６０の
押圧力を伝達するようになっている。
【００１８】次ぎに圧電アクチュエータ６０は、上記実
施例の圧電アクチュエータ５と同様上下金属部材とケー
スは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなりこの中に積層型圧
電素子体を密封したものである（ベローズ部分は図示し
ていない）。従って、これら部材の熱膨張係数は近似し
ているから環境温度が変化しても変位量が減少すること
がなく流量特性は安定する。また、上記ピエゾスペーサ
６６やダオアフラムスペーサ６１等も同様のＦｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金あるいはＦｅ−Ｎｉ合金で形成することもで
きる。
施例の圧電アクチュエータ５と同様上下金属部材とケー
スは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなりこの中に積層型圧
電素子体を密封したものである（ベローズ部分は図示し
ていない）。従って、これら部材の熱膨張係数は近似し
ているから環境温度が変化しても変位量が減少すること
がなく流量特性は安定する。また、上記ピエゾスペーサ
６６やダオアフラムスペーサ６１等も同様のＦｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金あるいはＦｅ−Ｎｉ合金で形成することもで
きる。
【００１９】そして、この圧電アクチュエータ６０の上
部はハウジングキャップ６８ａとナット６８ｂによって
ハウジング６３に対し軸芯が一致した状態で螺合し組み
付けられている。尚、このマスフローコントローラは、
通常はばね６７によって圧電アクチュエータ６０を押し
上げ開弁状態となし、通電によってばね力に抗してダイ
アフラムスペーサ６４を下方に押し下げ、金属ダイアフ
ラム５の移動量を調節して流量制御をするノーマリーオ
ープン型のマスフローコントローラである。これはもち
ろんノーマリクローズ型のマスフローコントローラで実
施することもできる。
部はハウジングキャップ６８ａとナット６８ｂによって
ハウジング６３に対し軸芯が一致した状態で螺合し組み
付けられている。尚、このマスフローコントローラは、
通常はばね６７によって圧電アクチュエータ６０を押し
上げ開弁状態となし、通電によってばね力に抗してダイ
アフラムスペーサ６４を下方に押し下げ、金属ダイアフ
ラム５の移動量を調節して流量制御をするノーマリーオ
ープン型のマスフローコントローラである。これはもち
ろんノーマリクローズ型のマスフローコントローラで実
施することもできる。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、環境温度
が変化しても積層型圧電素子体が剥離や破断することが
なく、伸縮量及び発生力の変化が少ない圧電アクチュエ
ータを提供することができる。また環境温度が変化して
も流量特性の変化が少なく、特に高温用として有利なマ
スフローコントローラを提供することができる。
が変化しても積層型圧電素子体が剥離や破断することが
なく、伸縮量及び発生力の変化が少ない圧電アクチュエ
ータを提供することができる。また環境温度が変化して
も流量特性の変化が少なく、特に高温用として有利なマ
スフローコントローラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す圧電アクチュエータ
の縦断面図である。
の縦断面図である。
【図２】 本発明の圧電アクチュエータを用いたマスフ
ローコントローラの縦断面図である。
ローコントローラの縦断面図である。
【図３】 従来の圧電アクチュエータの一例を示す縦断
面図である。
面図である。
【図４】 従来のマスフローコントローラの一例を示す
縦断面図である。
縦断面図である。
【図５】 従来の圧電アクチュエータを用いたマスフロ
ーコントローラにおいて、環境温度が変化したときの流
量特性線図である。
ーコントローラにおいて、環境温度が変化したときの流
量特性線図である。
１Ａ、１Ｂ：マスフローコントローラ ２：
センサー部 ３：制御回路部 ４：
弁座 ５、６０：圧電アクチュエータ ５０：
金属ケース ５１：第１の金属部材 ５２：
第２の金属部材 53a、53b：リード線 54a、54b：
リード端子 50ｃ、50ｄ：金属ケースのつば部 51ｃ、52ｄ：
金属部材のつば部 １１：流入口 12a、12b、12c：
流入流路 13a、13b：流出流路 １４：
流出口 ６：金属ダイアフラム ６１：
ダイアフラムスペーサ ６２：ダイアフラム押さえ ６３：
ハウジング ６４：フタ ６５：
硬球 ６６：ピエゾスペーサ 66a：
軸受け ６７：ばね 68a：
ハウジングキャップ
センサー部 ３：制御回路部 ４：
弁座 ５、６０：圧電アクチュエータ ５０：
金属ケース ５１：第１の金属部材 ５２：
第２の金属部材 53a、53b：リード線 54a、54b：
リード端子 50ｃ、50ｄ：金属ケースのつば部 51ｃ、52ｄ：
金属部材のつば部 １１：流入口 12a、12b、12c：
流入流路 13a、13b：流出流路 １４：
流出口 ６：金属ダイアフラム ６１：
ダイアフラムスペーサ ６２：ダイアフラム押さえ ６３：
ハウジング ６４：フタ ６５：
硬球 ６６：ピエゾスペーサ 66a：
軸受け ６７：ばね 68a：
ハウジングキャップ
Claims (4)
- 【請求項１】 積層型圧電素子体の一端に固着した第１
の金属部材と、積層型圧電素子体の他端に固着した第２
の金属部材と、軸方向の伸縮機能を有し前記第１の金属
部材と第２の金属部材に固着した金属ケースとを有する
圧電アクチュエータにおいて、前記第１の金属部材と第
２の金属部材及び金属ケースのうち少なくとも第１の金
属部材と第２の金属部材をＮｉが３０〜５０重量％であ
るＦｅ−Ｎｉ系合金で形成したことを特徴とする圧電ア
クチュエータ。 - 【請求項２】 積層型圧電素子体の一端に固着した第１
の金属部材と、積層型圧電素子体の他端に固着した第２
の金属部材と、軸方向の伸縮機能を有し前記第１の金属
部材と第２の金属部材に固着した金属ケースとを有する
圧電アクチュエータにおいて、前記第１の金属部材と第
２の金属部材及び金属ケースのうち少なくとも第１の金
属部材と第２の金属部材をＮｉが２８重量％以上であり
かつＮｉ＋Ｃｏが３０〜５０重量％であるＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ系合金で形成したことを特徴とする圧電アクチュエ
ータ。 - 【請求項３】 センサ流路内を流れる流体の流量を検出
する流量センサ部と、流体の流量を制御する流量制御弁
と、制御回路部とを有するマスフローコントローラにお
いて、前記流量制御弁は、圧電アクチュエータの伸縮を
利用して金属製ダイアフラムと弁座とを接離して流量制
御を行うものであって、前記圧電アクチュエータを、積
層型圧電素子体の一端に固着した第１の金属部材と、積
層型圧電素子体の他端に固着した第２の金属部材と、軸
方向の伸縮機能を有し前記第１の金属部材と第２の金属
部材に固着した金属ケースとから形成し、前記第１の金
属部材と第２の金属部材及び金属ケースのうち少なくと
も第１の金属部材と第２の金属部材をＮｉが３０〜５０
重量％であるＦｅ−Ｎｉ系合金で形成したことを特徴と
するマスフローコントローラ。 - 【請求項４】 センサ流路内を流れる流体の流量を検出
する流量センサ部と、流体の流量を制御する流量制御弁
と、制御回路部とを有するマスフローコントローラにお
いて、前記流量制御弁は、圧電アクチュエータの伸縮を
利用して金属製ダイアフラムと弁座とを接離して流量制
御を行うものであって、前記圧電アクチュエータを、積
層型圧電素子体の一端に固着した第１の金属部材と、積
層型圧電素子体の他端に固着した第２の金属部材と、軸
方向の伸縮機能を有し前記第１の金属部材と第２の金属
部材に固着した金属ケースとから形成し、前記第１の金
属部材と第２の金属部材及び金属ケースのうち少なくと
も第１の金属部材と第２の金属部材をＮｉが２８重量％
以上でありかつＮｉ＋Ｃｏが３０〜５０重量％であるＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で形成したことを特徴とするマス
フローコントローラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9176208A JPH1122845A (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 圧電アクチュエータ及びマスフローコントローラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9176208A JPH1122845A (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 圧電アクチュエータ及びマスフローコントローラ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1122845A true JPH1122845A (ja) | 1999-01-26 |
Family
ID=16009521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9176208A Pending JPH1122845A (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 圧電アクチュエータ及びマスフローコントローラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1122845A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005064474A (ja) * | 2003-07-31 | 2005-03-10 | Canon Inc | 位置決め機構、露光装置及びデバイスの製造方法 |
| JP2012533897A (ja) * | 2009-07-21 | 2012-12-27 | エプコス アーゲー | 電気的接点接続部を備える圧電アクチュエータ |
| JPWO2012026564A1 (ja) * | 2010-08-26 | 2013-10-28 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| WO2014034867A1 (ja) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| WO2014051087A1 (ja) * | 2012-09-29 | 2014-04-03 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| WO2014069540A1 (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| JP2016066677A (ja) * | 2014-09-24 | 2016-04-28 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子、圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| JP2018007360A (ja) * | 2016-06-29 | 2018-01-11 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| WO2020004269A1 (ja) * | 2018-06-28 | 2020-01-02 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ |
-
1997
- 1997-07-01 JP JP9176208A patent/JPH1122845A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4649136B2 (ja) * | 2003-07-31 | 2011-03-09 | キヤノン株式会社 | アクチュエータ、露光装置及びデバイス製造方法 |
| JP2005064474A (ja) * | 2003-07-31 | 2005-03-10 | Canon Inc | 位置決め機構、露光装置及びデバイスの製造方法 |
| JP2012533897A (ja) * | 2009-07-21 | 2012-12-27 | エプコス アーゲー | 電気的接点接続部を備える圧電アクチュエータ |
| JPWO2012026564A1 (ja) * | 2010-08-26 | 2013-10-28 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| JP5496341B2 (ja) * | 2010-08-26 | 2014-05-21 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| WO2014034867A1 (ja) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| JPWO2014034867A1 (ja) * | 2012-08-31 | 2016-08-08 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| JP5937692B2 (ja) * | 2012-09-29 | 2016-06-22 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| WO2014051087A1 (ja) * | 2012-09-29 | 2014-04-03 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| JP5795127B2 (ja) * | 2012-10-30 | 2015-10-14 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| WO2014069540A1 (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| US9455398B2 (en) | 2012-10-30 | 2016-09-27 | Kyocera Corporation | Piezoelectric actuator and mass flow controller provided with same |
| JP2016066677A (ja) * | 2014-09-24 | 2016-04-28 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子、圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラ |
| JP2018007360A (ja) * | 2016-06-29 | 2018-01-11 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| WO2020004269A1 (ja) * | 2018-06-28 | 2020-01-02 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| CN112236876A (zh) * | 2018-06-28 | 2021-01-15 | 京瓷株式会社 | 压电致动器 |
| JPWO2020004269A1 (ja) * | 2018-06-28 | 2021-07-01 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| EP3817076A4 (en) * | 2018-06-28 | 2022-03-23 | Kyocera Corporation | PIEZOELECTRICAL ACTUATOR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5113108A (en) | Hermetically sealed electrostrictive actuator | |
| US6512323B2 (en) | Piezoelectric actuator device | |
| US5050034A (en) | Pressure sensor and method of manufacturing same | |
| US6793829B2 (en) | Bonding for a micro-electro-mechanical system (MEMS) and MEMS based devices | |
| US6060811A (en) | Advanced layered composite polylaminate electroactive actuator and sensor | |
| US5268533A (en) | Pre-stressed laminated lid for electronic circuit package | |
| US20050258715A1 (en) | Piezoelectric actuator having minimal displacement drift with temperature and high durability | |
| EP0911623A2 (en) | High pressure sensor and method of forming | |
| JPH03175683A (ja) | 圧電アクチュエータおよびその製造方法 | |
| WO1998003134A1 (en) | Biocompatible, implantable hearing aid microactuator | |
| JPH1122845A (ja) | 圧電アクチュエータ及びマスフローコントローラ | |
| JPS6153175A (ja) | 低圧噴射弁用圧電磁器弁板とその製造方法 | |
| US6507140B1 (en) | Piezoelectric actuator with an outer electrode that is adapted for thermal expansion | |
| US3930823A (en) | High temperature transducers and housing including fabrication methods | |
| JP4844322B2 (ja) | 真空封止デバイスの製造方法 | |
| JPH1164137A (ja) | 半導体圧力センサ | |
| JP2001176365A (ja) | 圧力スイッチ | |
| US6633108B1 (en) | Piezo-actuator comprising a temperature compensator | |
| JPH07201353A (ja) | 燃料電池 | |
| JP3516182B2 (ja) | 密封式微動装置及びその製造方法 | |
| JPH10318385A (ja) | 金属ダイアフラム式流量調節弁 | |
| JP2606069B2 (ja) | 圧電素子変位増幅機構およびその駆動方法 | |
| JPH11135084A (ja) | 電池用アルミニウム製封口蓋 | |
| JPH05206536A (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JPH06283778A (ja) | 圧電素子組立体 |