JPS60113673A - Actuator using piezoelectric element - Google Patents

Actuator using piezoelectric element

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JPS60113673A
JPS60113673A JP58220285A JP22028583A JPS60113673A JP S60113673 A JPS60113673 A JP S60113673A JP 58220285 A JP58220285 A JP 58220285A JP 22028583 A JP22028583 A JP 22028583A JP S60113673 A JPS60113673 A JP S60113673A
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piezoelectric element
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actuator
group
voltage
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Shigekazu Nagai
茂和 永井
Tetsuo Kukuminato
久々湊 哲夫
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Shoketsu Kinzoku Kogyo KK
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Shoketsu Kinzoku Kogyo Co Ltd
Shoketsu Kinzoku Kogyo KK
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Abstract

PURPOSE:To increase the displaced amount of an actuator and to improve the frequency response by displacing a piezoelectric element group which elongates by the polarity of the applied voltage and a piezoelectric element group which shrinks. CONSTITUTION:A bearing 4 is secured to a support 2, and a piezoelectric element group 8 which is formed by laminating a piezoelectric element 6 is engaged with the end of the bearing 4. Then, a U-shaped bearing 10 is engaged with the end of the group 8, and a piezoelectric element group 14 formed by laminating a piezoelectric element 12 is engaged with the end of the bearing 10, and a rod 16 is secured to the end. A voltage for shrinking the element 6 is applied to the element 6 of the group 8, and a voltage for elongating the elemet 12 for forming the group 14 is applied to the element 12.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧電素子を用いたアクチュエータに関し、一
層詳細には電場を加えることによって伸長する圧電素子
群と収縮する圧電素子群とを組み合わせることにより機
械的変位を増幅し、これにより弁の開閉等を行うように
構成した往復形アクチュエータに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an actuator using piezoelectric elements, and more specifically, to an actuator that amplifies mechanical displacement by combining a piezoelectric element group that expands and a piezoelectric element group that contracts by applying an electric field. , relates to a reciprocating actuator configured to open and close a valve, etc.

油圧または空気圧等の流体エネルギを用いてIa械的な
仕事をする機器、すなわちアクチュエータとして油圧シ
リンダ、空気圧シリンダが広汎に採用されている。この
場合、流体の制御をはかるために電磁弁が一般的に組み
込まれている。然しなから、このように電磁作用によっ
て弁の開閉を行うには常時電流を流しておく必要がある
。さらに、付勢しようとする際も仲々所望のパワーが得
られず、しかも周波数応答性が良くない等の不都合があ
った。特に近年、各工場内等で多く採用されはじめた多
関節ロボット等の無人化システムでは迅速且つ確実な作
業をするために周波数特性のよいアクチュエータの出現
が切望されている。
Hydraulic cylinders and pneumatic cylinders are widely used as devices that perform Ia mechanical work using fluid energy such as hydraulic pressure or pneumatic pressure, that is, as actuators. In this case, a solenoid valve is generally incorporated to control the fluid. However, in order to open and close the valve using electromagnetic action in this way, it is necessary to keep current flowing at all times. Furthermore, when attempting to energize, it is difficult to obtain the desired power, and furthermore, there are disadvantages such as poor frequency response. Particularly in recent years, in unmanned systems such as articulated robots that have begun to be widely adopted in factories, etc., there is a strong desire for actuators with good frequency characteristics to perform operations quickly and reliably.

そこで、本発明者等は、鋭意考究並びに工夫を重ねた結
果、電場を加えることによって伸長または収縮する圧電
素子に着目し、この種の圧電素子を多層形成して一方に
おいて電場の印加により収縮する圧電素子群と他方にお
いて前記電場の印加により伸長する圧電素子群とし、こ
れらの圧電素子群を少なくとも一組連結接続して構成す
れば、所定電圧の印加極性により一方の圧電素子は伸長
し他方の圧電素子は収縮するために変位量が強力で多大
なしかも電気的に往復動作するために小型化に適し且つ
周波数応答性が極めて良好なアクチュエータが得られ、
前記の不都合が一掃されることが判った。
Therefore, as a result of intensive research and efforts, the present inventors focused on piezoelectric elements that expand or contract when an electric field is applied, and formed a multilayer piezoelectric element of this type so that one side contracts when an electric field is applied. If the piezoelectric element group and the other piezoelectric element group are configured by connecting and connecting at least one piezoelectric element group, one piezoelectric element will expand and the other piezoelectric element will expand depending on the polarity of application of a predetermined voltage. Because the piezoelectric element contracts, the amount of displacement is strong and large, and because it moves electrically back and forth, it is possible to obtain an actuator that is suitable for miniaturization and has extremely good frequency response.
It has been found that the above-mentioned inconveniences can be eliminated.

従って、本発明の目的は、周波数応答性のよい、従って
、動作が確実で強力な、しかも取付スペースも小さく小
型化に適し、さらに廉価に製造できると共に保守管理も
容易なアクチュエータを得ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to obtain an actuator that has good frequency response, is reliable and powerful, has a small installation space, is suitable for downsizing, and can be manufactured at low cost and easy to maintain. .

前記の目的を達成するために、本発明は、一方が収縮し
他方が伸長する少なくとも一組の圧電素子群を連結部材
を介して接続し前記のいずれか一方の圧電素子群の先端
部に客体を変位する部材を装着することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention connects at least one piezoelectric element group, one of which contracts and the other expands, through a connecting member, and connects an object to the tip of one of the piezoelectric element groups. It is characterized by being equipped with a member that displaces.

次に、本発明に係る圧電素子を用いたアクチュエータに
つき好適な実施例を挙げ添付の図面−を参照しながら以
下詳細に説明する。
Next, preferred embodiments of an actuator using a piezoelectric element according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

そこで、第1図並びに第2図に本発明のアクチュエータ
の基本原理を示す。すなわち、第1図によれば、支持部
2に第1の支承体4を固定し、前記第1支承体4の先端
部に圧電素子6を積層することにより構成される第1の
圧電素子群8を係着する。次に、前記圧電素子群8の先
端部に逆コ字状の第2の支承体10を係着し、この第2
支承体10の先端部に圧電素子12を積層してなる第2
の圧電素子群14を係着してその先端部にロッド16を
固着する。
Therefore, the basic principle of the actuator of the present invention is shown in FIGS. 1 and 2. That is, according to FIG. 1, a first piezoelectric element group is constructed by fixing a first support body 4 to a support part 2 and stacking a piezoelectric element 6 on the tip of the first support body 4. Attach 8. Next, an inverted U-shaped second support 10 is attached to the tip of the piezoelectric element group 8.
A second piezoelectric element 12 is laminated on the tip of the support 10.
The piezoelectric element group 14 is engaged, and the rod 16 is fixed to the tip thereof.

以上のような構成において、前記第1圧電素子群8の圧
電素子6にそれが収縮するように、すなわち、矢印B方
向に収縮するように電圧を印加し、一方、前記第2圧電
素子群14を構成する圧電素子12にそれが全体として
伸長するように、すなわち、矢印A方向に伸長するよう
に電圧を印加する。この結果、第1圧電素子IJ’f8
の収縮によって第2支承体10の端部は破線で示す位置
まで移動する。そこで、前記第2圧電素子群14の付勢
は前記破線位置を基点とする変位となるためにロッド1
6は、距離Δx1だけ移動することになる。
In the above configuration, a voltage is applied to the piezoelectric elements 6 of the first piezoelectric element group 8 so that they contract, that is, in the direction of arrow B, while the second piezoelectric element group 14 A voltage is applied to the piezoelectric element 12 constituting the piezoelectric element 12 so that it expands as a whole, that is, in the direction of arrow A. As a result, the first piezoelectric element IJ'f8
Due to the contraction, the end of the second support 10 moves to the position shown by the broken line. Therefore, since the biasing of the second piezoelectric element group 14 is a displacement based on the broken line position, the rod 1
6 will move by a distance Δx1.

一方前記第1圧電素子群8並びに第2圧電素子群14へ
の電圧の印加を停止し、あるいは逆の極性でこれらの圧
電素子群8.14へ電圧を加えれば前記Δx1分マイナ
ス方向への変位となってあられれる。
On the other hand, if the voltage application to the first piezoelectric element group 8 and the second piezoelectric element group 14 is stopped, or if a voltage is applied to these piezoelectric element groups 8 and 14 with the opposite polarity, the displacement in the negative direction by Δx1 will occur. It will come to you.

すなわち、圧電素子群への電圧の印加極性に応じてロッ
ド16は、往復動作を行うことになりこれによって往復
形のアクチュエータが得られることになる。
That is, the rod 16 performs a reciprocating motion depending on the polarity of voltage applied to the piezoelectric element group, thereby providing a reciprocating actuator.

第2図は、前記のような往復形のアクチュエータである
がその変位の方向を変換するように構成したアクチュエ
ータの基本原理を示す。この場合、一端部を固定したロ
ッド20の他端部側に第1の支承体22を固着し、この
第1支承体22に第1の圧電素子群24を係着する。さ
らに前記第1圧電素子群24の先端部に第2の支承体2
6を係着しておく。一方、第2の圧電素子群28は、第
3の支承体30と第4の支承体32とにより挟持されて
おり、前記第4支承体32の先端部にはロッド34およ
びリング36を配設してこのリング36をガイドライン
38に対して摺動自在としておく。
FIG. 2 shows the basic principle of an actuator which is a reciprocating actuator as described above, but is configured to change the direction of displacement. In this case, a first support 22 is fixed to the other end of the rod 20 with one end fixed, and a first piezoelectric element group 24 is fixed to the first support 22. Furthermore, a second support 2 is attached to the tip of the first piezoelectric element group 24.
Keep 6 attached. On the other hand, the second piezoelectric element group 28 is held between a third support 30 and a fourth support 32, and a rod 34 and a ring 36 are disposed at the tip of the fourth support 32. The ring 36 is made slidable relative to the guideline 38.

なお、この場合、前記第2支承体26と第3支承体30
との間にヒンジ部材40を介装する。
In this case, the second support 26 and the third support 30
A hinge member 40 is interposed between the two.

以上のような構成において、前記と同様に第1圧電素子
群24にそれが収縮する方向で、すなわち、矢印B方向
に変位するように電圧を印加し、一方、第2圧電素子群
28にそれが伸長する方向で、すなわち、矢印入方向に
変位するように電圧を印加する。この結果、リング36
は、ガイドライン38上を距離ΔXだけ変位することに
なる。然しなから、この例では、前記と異なり第1圧電
素子群24と第2圧電素子群28との間にヒンジ部材4
0が介装されているために単なる往復動作を惹起するこ
となく角度を以て変位状態が得られる利点がある。
In the above configuration, similarly to the above, a voltage is applied to the first piezoelectric element group 24 in a direction that causes it to contract, that is, to displace it in the direction of arrow B, and on the other hand, a voltage is applied to the second piezoelectric element group 28 so that it is displaced in the direction of arrow B. A voltage is applied so that it is displaced in the direction in which it expands, that is, in the direction indicated by the arrow. As a result, ring 36
is displaced by a distance ΔX on the guideline 38. However, in this example, unlike the above, a hinge member 4 is provided between the first piezoelectric element group 24 and the second piezoelectric element group 28.
Since 0 is inserted, there is an advantage that a displacement state can be obtained by an angle without causing a simple reciprocating motion.

そこで、以上のような動作を呈することを基本原理とし
た本願発明の実施例につき次に説明する。先ず、第3図
および第4図に示すアクチュエータでは合計8個の圧電
素子群が直列に連結して構成配置される。すなわち、固
定部50に固設された第1支承部52には印加される電
極状態において収縮する第1の圧電素子群54を係着し
、前記第1圧英素子群54の先端部にコ字状の第1の連
結部材56を係着する。前記連結部材56には印加され
る電極の一方の極性状態において伸長する第2の圧電素
子群58を係着し、前記と同様に前記第2圧電素子群5
8の先端部に第2のコ字状の連結部材60を係着する。
Therefore, an embodiment of the present invention based on the basic principle of exhibiting the above-described operation will be described next. First, in the actuator shown in FIGS. 3 and 4, a total of eight piezoelectric element groups are connected in series. That is, a first piezoelectric element group 54 that contracts in an applied electrode state is attached to a first support part 52 fixed to a fixed part 50, and a tip of the first piezoelectric element group 54 is attached to a first support part 52. A letter-shaped first connecting member 56 is engaged. A second piezoelectric element group 58 that expands in one polarity state of the applied electrode is attached to the connecting member 56, and the second piezoelectric element group 5
A second U-shaped connecting member 60 is attached to the tip end of the connecting member 8 .

以下、同様に連結部材62.64.66.68、および
70を介して第3圧電素子群72、第4圧電素子群74
、第5圧電素子群76、第6圧電素子群78、第7圧電
素子群801第8圧電素子群82が直列的に接続される
Similarly, the third piezoelectric element group 72 and the fourth piezoelectric element group 74 are connected via the connecting members 62, 64, 66, 68, and 70.
, the fifth piezoelectric element group 76, the sixth piezoelectric element group 78, the seventh piezoelectric element group 801, and the eighth piezoelectric element group 82 are connected in series.

この場合、第3圧電素子群72、第5圧電素子群76お
よび第7圧電素子群80は印加される電極の一方の極性
状態において収縮するものであり、また、第4圧電素子
群74、第6圧電素子群78および第8圧電素子群82
は逆に伸長するよう配列しておく。
In this case, the third piezoelectric element group 72, the fifth piezoelectric element group 76, and the seventh piezoelectric element group 80 contract in one polarity state of the applied electrode, and the fourth piezoelectric element group 74, the Sixth piezoelectric element group 78 and eighth piezoelectric element group 82
Arrange them so that they grow in the opposite direction.

そこで、以上のような構成において、固定部、連結部材
並びに圧電素子群を貫通する孔部84を利用して配線さ
れている電源線86から所定の極性で電圧を印加すると
各圧電素子群は、次のように動作する。すなわち、第1
圧電素子群54(収縮)−第2圧電素子群58(伸長)
−第3圧電素子群72(収縮)−第4圧電素子群74(
伸長)−第5圧電素子群76(収縮)−第6圧電素子群
78(伸長)−第7圧電素子群80 (収縮)−第8圧
電素子群82(伸長)。従って、夫々の圧電素子群でΔ
χ分だけ変位したとしても、第8圧電素子群82の先端
部に固着されているロッド88にはΔXの8倍の変位量
が得られる。
Therefore, in the above configuration, when a voltage is applied with a predetermined polarity from the power supply line 86 that is wired using the hole 84 that passes through the fixing part, the connecting member, and the piezoelectric element group, each piezoelectric element group It works like this: That is, the first
Piezoelectric element group 54 (contraction) - second piezoelectric element group 58 (expansion)
- Third piezoelectric element group 72 (contraction) - Fourth piezoelectric element group 74 (
expansion) - fifth piezoelectric element group 76 (contraction) - sixth piezoelectric element group 78 (extension) - seventh piezoelectric element group 80 (contraction) - eighth piezoelectric element group 82 (extension). Therefore, in each piezoelectric element group, Δ
Even if the rod 88 is displaced by χ, the rod 88 fixed to the tip of the eighth piezoelectric element group 82 will be displaced eight times ΔX.

一方、電源線86から印加される電圧の極性を変えれば
、圧電素子群は、全体としてΔXの一8倍の変位量が得
られる。すなわち、Δχの8倍の変位が可能なアクチュ
エータを得ることができる。この実施例では、多くの変
位量が得られるのみならず、全体の形状も角形でコンパ
クトにできる利点がある。
On the other hand, by changing the polarity of the voltage applied from the power supply line 86, the piezoelectric element group as a whole can obtain a displacement amount that is 18 times ΔX. In other words, it is possible to obtain an actuator capable of displacement eight times as large as Δχ. This embodiment has the advantage that not only a large amount of displacement can be obtained, but also that the overall shape can be square and compact.

次に、第5図乃至第7図に本発明に係るアクチュエータ
の別の実施例を示す。
Next, FIGS. 5 to 7 show another embodiment of the actuator according to the present invention.

この実施例においては、環状の圧電素子によって構成さ
れる第1の圧電素子群9oと、前記圧電素子群90と同
心的に配置され且つそれよりも大径の第2の圧電素子群
92を環状の連結部材94によって接続している。なお
、図中、参照符号96は、前記第1圧電素子群90に係
着された円状部材である。すなわち、この円状部材96
と連結部材94とによって前記第1圧電素子群90は挟
持されることになる。
In this embodiment, a first piezoelectric element group 9o constituted by annular piezoelectric elements and a second piezoelectric element group 92 arranged concentrically with the piezoelectric element group 90 and having a larger diameter than the piezoelectric element group 90 are arranged in an annular shape. They are connected by a connecting member 94. In the figure, reference numeral 96 is a circular member attached to the first piezoelectric element group 90. That is, this circular member 96
The first piezoelectric element group 90 is held between the connecting member 94 and the first piezoelectric element group 90 .

このような構成において、前記円状部材96を固定点9
8に係着して第1圧電素子群90と第2圧電素子群92
とに図示しない電源線を介して所定の極性で電圧を印加
する。予め第1圧電素子群90は、前記極性で収縮する
方向に変位し、一方、第2圧電素子群92は伸長する方
向に変位するようにこれらを構成する圧電素子を配列し
ておくことにより、図に示すΔXの変位量を得ることが
できる。前記と逆の電圧を印加するとき−ΔXの変位量
を得ることができることは勿論である。
In such a configuration, the circular member 96 is fixed at the fixing point 9
8, the first piezoelectric element group 90 and the second piezoelectric element group 92
A voltage with a predetermined polarity is applied to both through a power supply line (not shown). By arranging the piezoelectric elements constituting these piezoelectric elements in advance so that the first piezoelectric element group 90 is displaced in the direction of contraction according to the polarity, and the second piezoelectric element group 92 is displaced in the direction of expansion, The amount of displacement ΔX shown in the figure can be obtained. Of course, when a voltage opposite to the above voltage is applied, a displacement amount of -ΔX can be obtained.

この場合、アクチュエータ自体が円筒形であるために従
来のものに容易に代替できる利点がある。
In this case, since the actuator itself is cylindrical, there is an advantage that it can be easily replaced with a conventional actuator.

以上のように変位動作するアクチュエータを実際に流体
制御弁に組み込んだ実施例を第8図乃至第10図に示す
。この場合、ポペット型流体制御弁100の内部に空間
102を画成すると共にその一部が膨出して形成された
固定部104に支持部材106を固着し、この支持部材
106に第1圧電素子群108を係着する。さらに前記
第1圧電素子群106の一端部に第1連結部材110が
係着され、以下同様にして第2圧電素子群112−第2
連結部材114−第3圧電素子群116−第3連結部材
118−第4圧電素子群12〇−第4連結部材122−
第5圧電素子群124−角柱状の第5連結部材126−
第6圧電素子群128−第6連結部材13〇−第7圧電
素子群132−第7連結部材134−第8圧電素子群1
36−第8連結部材138−第9圧電素子群14〇−第
9連結部+A142−第10圧電素子群144−ロッド
係着部材146と直列的に接続構成している。そこで、
前記ロッド係着部材146の先端部分にはロッド148
を連結し、さらに前記ロッド148の先端部にポペット
型の弁体150を係着する。弁体150は、変位するこ
とにより弁座152に着座可能であり、その変位量によ
って制御室154に矢印六方向から流入して矢印B方向
へ排出される流体の流量を制御することが可能である。
An embodiment in which the actuator that performs the displacement operation as described above is actually incorporated into a fluid control valve is shown in FIGS. 8 to 10. In this case, a support member 106 is fixed to a fixing part 104 that defines a space 102 inside the poppet type fluid control valve 100 and a part of the space bulges out, and the first piezoelectric element group is attached to this support member 106. 108 is attached. Furthermore, a first connecting member 110 is attached to one end of the first piezoelectric element group 106, and the second piezoelectric element group 112-second
Connection member 114 - third piezoelectric element group 116 - third connection member 118 - fourth piezoelectric element group 120 - fourth connection member 122 -
Fifth piezoelectric element group 124 - prismatic fifth connecting member 126 -
Sixth piezoelectric element group 128 - Sixth connecting member 130 - Seventh piezoelectric element group 132 - Seventh connecting member 134 - Eighth piezoelectric element group 1
36 - Eighth connecting member 138 - Ninth piezoelectric element group 140 - Ninth connecting part +A142 - Tenth piezoelectric element group 144 - Connected in series with rod engaging member 146. Therefore,
A rod 148 is provided at the tip of the rod engaging member 146.
A poppet-shaped valve body 150 is connected to the tip of the rod 148. The valve body 150 can be seated on the valve seat 152 by being displaced, and depending on the amount of displacement, it is possible to control the flow rate of fluid flowing into the control chamber 154 from the six directions of arrows and being discharged in the direction of arrow B. be.

さて、以上のような構成で所定の電気的極性において電
圧を印加する時、この実施例では、圧電素子群108.
116.124.128.136および144では伸長
するようにそれを構成する圧電素子を配列し、一方圧型
素子群112.120.132および140ではそれを
構成する圧電素子が収縮するように配列しておく。従っ
て、夫々の圧電素子群が電圧の変位量によりΔXの10
倍の変位量がロッド係着部材146の先端部にもたらさ
れることになる。
Now, when applying a voltage at a predetermined electrical polarity with the above configuration, in this embodiment, the piezoelectric element group 108.
In the piezoelectric element groups 116, 124, 128, 136 and 144, the piezoelectric elements constituting them are arranged so as to expand, while in the piezoelectric element groups 112, 120, 132 and 140, the piezoelectric elements constituting them are arranged so as to contract. put. Therefore, each piezoelectric element group changes by 10 of ΔX depending on the amount of voltage displacement.
Double the amount of displacement will be provided to the tip of the rod engagement member 146.

この結果、ロッド148は弁体150を前記のようにΔ
X×10の距離移動し、弁座152に着4正してボート
156を閉塞する。一方、前記圧電素子群に対する電圧
の印加極性を変換すれば、−ΔX×10倍の変位量が得
られ、流体は、ボート156からボート158へ導出さ
れることになる。すなわち、電圧印加極性を制御するこ
とにより弁の開閉が自在にできる流体制御弁が得られる
As a result, the rod 148 moves the valve body 150 as Δ
It moves a distance of X×10, lands on the valve seat 152, and closes the boat 156. On the other hand, if the polarity of the voltage applied to the piezoelectric element group is changed, a displacement amount of -ΔX×10 is obtained, and the fluid is led out from the boat 156 to the boat 158. That is, a fluid control valve that can freely open and close the valve by controlling the voltage application polarity is obtained.

第10図は、前記の流体制御弁100の変形例であり、
図中、前記実施例と同一の参照符号は、同一の構成要素
を示すものとする。
FIG. 10 shows a modification of the fluid control valve 100,
In the drawings, the same reference numerals as in the above embodiment indicate the same components.

すなわち、この実施例は、ポペット型に代えてスプール
・スリーブ型の流体制御弁に圧電素子群からなるアクチ
ュエータを組み込んでおり従ってロッド148の先端部
にはスプール160が係着されている。前記と同様に圧
電素子群を付勢すれば、その圧電素子群の数に対応した
変位量がロッド148にもたらされ、これによってスプ
ール160が変位するために第1のボー目62乃至第5
のボート170の開口部がその配設位置に応じて開閉制
御されることになる。
That is, in this embodiment, an actuator consisting of a group of piezoelectric elements is incorporated in a spool-sleeve type fluid control valve instead of a poppet type, and therefore, a spool 160 is attached to the tip of the rod 148. When the piezoelectric element groups are energized in the same manner as described above, a displacement amount corresponding to the number of the piezoelectric element groups is brought to the rod 148, and this causes the spool 160 to be displaced, so that the first to fifth baubles 62 to 5
The opening of the boat 170 is controlled to open or close depending on its location.

第11図に、本発明に係るアクチュエータをノズルフラ
ッパに応用した実施例を示す。この実施例においても前
記実施例と同一の参照符号は同一の構成要素を示すもの
とする。
FIG. 11 shows an embodiment in which the actuator according to the present invention is applied to a nozzle flapper. In this embodiment as well, the same reference numerals as in the previous embodiment indicate the same components.

そこで、圧電素子群の付勢によりロッド148を変位さ
せれば、ノズル180は、フラッパ182により開閉さ
れ絞り弁184を介して導入される流体の制御を行うこ
とができる。
Therefore, by displacing the rod 148 by the bias of the piezoelectric element group, the nozzle 180 can be opened and closed by the flapper 182 to control the fluid introduced through the throttle valve 184.

また、第12図に、本発明に係るアクチュエータを光信
号の送信回路のスイッチングに利用する例を掲げる。
Further, FIG. 12 shows an example in which the actuator according to the present invention is used for switching an optical signal transmission circuit.

この実施例では、ロッド148に送信用の光ケーブル1
90を保持させ、一方、前記光ケーブル190の端面に
複数本の受信用光ケーブル192.194を対峙させる
。圧電素子群の付勢により光ケーブル190は、矢印方
向に変位するこめに光ケーブル192.194のいずれ
か一方は光ケーブル190からの信号を受信することが
できるようになる。すなわち、圧電素子群に印加される
電圧の極性如何で受信用光ケーブルの選択が可能となる
In this embodiment, the optical cable 1 for transmission is attached to the rod 148.
90 is held, while a plurality of receiving optical cables 192 and 194 are made to face the end face of the optical cable 190. The biasing of the piezoelectric element group causes the optical cable 190 to be displaced in the direction of the arrow, so that either one of the optical cables 192 and 194 can receive a signal from the optical cable 190. That is, the receiving optical cable can be selected depending on the polarity of the voltage applied to the piezoelectric element group.

本発明によれば、以上のように印加される電圧の極性に
より伸長する圧電素子群と収縮する圧電素子群とにより
変位を生起するアクチュエータを構成したために変位量
も極めて太き(動作も電気的に行え、周波数応答性がよ
く動作が安定且つ静穏であり、しかも従来のアクチュエ
ータに比べて慣性等を考慮する必要がなく、さらに前記
流体制御の如(コンパクトにしかも廉価に製造すること
ができる等種々の効果を奏するものである。
According to the present invention, since the actuator that generates displacement is configured by the piezoelectric element group that expands and the piezoelectric element group that contracts depending on the polarity of the applied voltage, the amount of displacement is extremely large (the operation is also electrical). It has good frequency response, stable and quiet operation, and there is no need to consider inertia etc. compared to conventional actuators. It has various effects.

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
本発明はこの実施例に限定されるものではなく、例えば
、これらのアクチュエータを立体的、平面的に構成して
より一層の変位量を増す等、本発明の要旨を逸脱しない
範囲において種々の改良並びに設計変更が可能であるこ
とは勿論である。
Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. It goes without saying that various improvements and design changes, such as increasing the number of parts, can be made without departing from the gist of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図は、本発明に係るものであって、第1図並びに第2図
は、本発明のアクチュエータの基本的動作を示す原理説
明図、第3図は、アクチュエータを全体として直方体状
に構成した斜視説明図、第4図は、第3図に示すアクチ
ュエータの直結部材と圧電素子群との関係を開示する説
明図、第5図は、アクチュエータを全体として円柱状に
構成した場合の縦断面図、第6図は、第5図に示すアク
チュエータの平面図、第7図は、第5図に示すアクチュ
エータの底面図、第8図は、多数個の圧電素子群を直列
的に接続して変位量を増すように構成したアクチュエー
タの斜視図、第9図は、第8図に示すアクチュエータを
ポペット型流体制御弁に組み込んだ状態の説明図、第1
0図は、多数個の圧電素子群を直列的に接続してあくこ
れをスプール・スリーブ型流体制御弁に組み込んだ状態
の説明図、第1I図は、アクチュエータをノズルフラッ
パの駆動源とした場合の説明図、第12図は、アクチュ
エータを送信用光ファイバに係着して受信用光ファイバ
の選択動作をするように構成した状態の説明図である。 2・・支持部 4・・支承体 6・・圧電素子 8・・圧電素子群 10・・支承体 12・・圧電素子 14・・圧電素子群 16・・ロッド 20・・ロッド 22・・支承体 24・・圧電素子群 26・・支承体 28・・圧電素子群 30.32・・支承体34・・ロ
ッド 36・・リング 38・・ガイドライン 40・・ヒンジ部材50・・固
定部 52・・支承部 54・・圧電素子群 56・・連結部材58・・圧電素
子群 60.62.64.66.68.70・・連結部利72
.74.76.78.80.82・・圧電素子群84・
・孔部 86・・電源線 88・・ロッド 90.92・・圧電素子群−94・・
連結部材 96・・円状部材98・・固定点 100・
・流体制御弁102・・空間 104・・固定部 106・・支持部材 108・・圧電素子群110.1
14.118.122.126 ・・連結部材130.
134.13B 、i42 ・・連結部材112.11
6.120.124.128 ・・圧電素子群132.
136.140.144 ・・圧電素子群146・・ロ
ッド係着部材148・・ロッド150・・弁体 152
・・弁座 154・・制御室 156.158 ・・ボート160
・・スプール 162・・ボート170・・ボート18
0・・ノズル 182・・フラッパ 184・・絞り弁190.192
.194 ・・光ケーブル特許出願人 焼結金属工業株
式会社 ンb z4 /l Fig、4 66
The figures relate to the present invention. Figures 1 and 2 are principle explanatory diagrams showing the basic operation of the actuator of the present invention, and Figure 3 is a perspective view of the actuator having a rectangular parallelepiped shape as a whole. An explanatory diagram, FIG. 4 is an explanatory diagram disclosing the relationship between the directly connected member of the actuator shown in FIG. 3 and the piezoelectric element group, and FIG. 6 is a plan view of the actuator shown in FIG. 5, FIG. 7 is a bottom view of the actuator shown in FIG. 5, and FIG. FIG. 9 is a perspective view of an actuator configured to increase
Figure 0 is an explanatory diagram of a state in which a large number of piezoelectric element groups are connected in series and assembled into a spool-sleeve type fluid control valve, and Figure 1I is an illustration of a state in which an actuator is used as the drive source for the nozzle flapper. The explanatory diagram, FIG. 12, is an explanatory diagram of a state in which the actuator is attached to a transmitting optical fiber and is configured to select a receiving optical fiber. 2... Support part 4... Support body 6... Piezoelectric element 8... Piezoelectric element group 10... Support body 12... Piezoelectric element 14... Piezoelectric element group 16... Rod 20... Rod 22... Support body 24... Piezoelectric element group 26... Support 28... Piezoelectric element group 30. 32... Support 34... Rod 36... Ring 38... Guideline 40... Hinge member 50... Fixed part 52... Support Part 54...Piezoelectric element group 56...Connection member 58...Piezoelectric element group 60.62.64.66.68.70...Connection part 72
.. 74.76.78.80.82...Piezoelectric element group 84.
- Hole 86... Power line 88... Rod 90.92... Piezoelectric element group -94...
Connecting member 96...Circular member 98...Fixing point 100...
-Fluid control valve 102...Space 104...Fixing part 106...Support member 108...Piezoelectric element group 110.1
14.118.122.126...Connecting member 130.
134.13B, i42...Connecting member 112.11
6.120.124.128 . . . Piezoelectric element group 132.
136.140.144...Piezoelectric element group 146...Rod engaging member 148...Rod 150...Valve body 152
... Valve seat 154 ... Control room 156.158 ... Boat 160
... Spool 162 ... Boat 170 ... Boat 18
0... Nozzle 182... Flapper 184... Throttle valve 190.192
.. 194 ... Optical cable patent applicant Sintered Metal Industry Co., Ltd. Nb z4 /l Fig, 4 66

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (11一方が収縮し、他方が伸長する少なくとも一組の
圧電素子群を連結部材を介して接続し、前記のいずれか
一方の圧電素子群の先端部に客体を変位する部材を装着
してなる圧電素子を用いたアクチュエータ。 (2、特許請求の範囲第1項記載のアクチュエータにお
いて、圧電素子群は、直方体状である圧電素子を用いた
アクチュエータ。 (3) 特許請求の範囲第1項記載のアクチュエータに
おいて、圧電素子群は円筒状であるアクチュエータ。 (4)特許請求の範囲第1項記載のアクチュエータにお
いて、客体は流体制御弁からなるアクチュエータ。 (5)特許請求の範囲第1項記載のアクチュエータにお
いて、客体はノズルフラッパからなるアクチュエータ。 (6)特許請求の範囲第1項記載のアクチュエータにお
いて、客体は少なくとも二本の受信用光ファイバに臨む
一本の送信用光ファイバからなるアクチュエータ。
[Claims] (11) At least one piezoelectric element group, one of which contracts and the other of which expands, is connected via a connecting member, and an object is displaced to the tip of one of the piezoelectric element groups. An actuator using a piezoelectric element mounted with a member. (2. In the actuator according to claim 1, the piezoelectric element group has a rectangular parallelepiped shape. The actuator according to claim 1, in which the piezoelectric element group is cylindrical. (4) The actuator according to claim 1, in which the object is a fluid control valve. (5) Claims In the actuator according to claim 1, the object is an actuator comprising a nozzle flapper. (6) In the actuator according to claim 1, the object is formed from one transmitting optical fiber facing at least two receiving optical fibers. actuator.
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US5410207A (en) * 1992-11-26 1995-04-25 Yamaichi Electronics Co., Ltd. Piezoelectric actuator
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KR101159281B1 (en) 2009-04-17 2012-06-22 그린산업 주식회사 Derection control valve for air conditioner
JP2022061858A (en) * 2020-10-07 2022-04-19 株式会社Taiyo Fluid control valve

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