JPS62159877A - Actuator - Google Patents

Actuator

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JPS62159877A
JPS62159877A JP158386A JP158386A JPS62159877A JP S62159877 A JPS62159877 A JP S62159877A JP 158386 A JP158386 A JP 158386A JP 158386 A JP158386 A JP 158386A JP S62159877 A JPS62159877 A JP S62159877A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezo
laminate
contact
actuator
electric
Prior art date
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Pending
Application number
JP158386A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaya Nozaki
真哉 野崎
Masayoshi Kobayashi
小林 政義
Junichi Yasuma
純一 安間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Corp
Original Assignee
Diesel Kiki Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP158386A priority Critical patent/JPS62159877A/en
Publication of JPS62159877A publication Critical patent/JPS62159877A/en
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  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a piezo-electric actuator which can obtain a large displacement by bringing the end part of one of doubly provided piezo-electric element laminated bodies into contact with an output shaft while the end part of the other into contact with a case and connecting both of said laminated bodies with a holder. CONSTITUTION:Laminated bodies 14 consisting of piezo-electric elements are at least doubled, and the end part of an inside piezo-electric element is brought into contact with an output shaft 8 while the end part of an outside piezo-electric element is brought into contact with a case 13. Since both the piezo-electric elements are connected by holders 17a, 17b, the displacement quantity of the piezo-electric elements can be increased without need for increasing the length of the piezo-electric elements, obtaining a piezo-electric actuator having a large displacement.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、圧電素子を用いたアクチュエータに関する
もので、例えば流体制御弁に用いられるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an actuator using a piezoelectric element, and is used, for example, in a fluid control valve.

(従来の技術) 従来、流体制御弁のアクチュエータとして、例えば特開
昭60−14’6978号公報に示されているように、
電磁石の励磁によって弁体を駆動する電磁式のものが公
知となっている。
(Prior Art) Conventionally, as an actuator for a fluid control valve, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-14'6978,
An electromagnetic valve that drives a valve body by excitation of an electromagnet is known.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような電磁式のアクチュエータは、
応答性に難点があり、これを改善しようとすると、アク
チュエータ自体が大型化したり、大電流により発熱する
という欠点がある。これを解決するものの一つとして圧
電素子を多数積層した所謂セラミックアクチュエータを
利用することが考えられるが、これは応答性が良好であ
る一方、変位が小さい。この変位を大きくするためには
圧電素子の積・層数を増加させれば良いが、それでは積
層体が一方向へ長くなってしまう。
(Problems to be solved by the invention) However, such electromagnetic actuators,
There is a problem with responsiveness, and if an attempt is made to improve this, the actuator itself has to become larger, and the large current generates heat. One possible solution to this problem is to use a so-called ceramic actuator in which a large number of piezoelectric elements are laminated, but while this has good response, the displacement is small. In order to increase this displacement, it is possible to increase the number of laminations and layers of piezoelectric elements, but this would make the laminate longer in one direction.

そこで、この考案は、コンパクトで且つ高速に作動させ
ることができる流体制御弁等のアクチュエータを提供す
ることを課題としている。
Therefore, the object of this invention is to provide an actuator such as a fluid control valve that is compact and can be operated at high speed.

(問題点を解決するための手段) 上記課題を達成するためのこの発明の構成は、圧電素子
が多数積層されて成る積層体が少なくとも2重に設けら
れ、第1の積層体積層体の一端が出力軸に当接し、第2
の積層体の一端がケースに当接し、第1の積層体の他端
と第2の積層体の他端とがホルダを介して連結されたこ
とを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention has a structure in which a laminate in which a large number of piezoelectric elements are laminated is provided at least twice, and one end of the first laminate is provided. comes into contact with the output shaft, and the second
One end of the laminate contacts the case, and the other end of the first laminate and the other end of the second laminate are connected via a holder.

(作用) 第1及び第2の積層体の圧電素子に通電するとその内部
結晶構造が変化してそれぞれの積層体が同時に一方向へ
変位し、これらがホルダによって連結されているため、
その両者が変位が合算され、全体としての変位は大きく
なり、そのため、上記課題を達成することができるもの
である。
(Function) When the piezoelectric elements of the first and second laminates are energized, their internal crystal structures change and each laminate is simultaneously displaced in one direction, and since these are connected by the holder,
The displacements of both of them are added up, and the displacement as a whole becomes large, so that the above-mentioned problem can be achieved.

(実施例) 第1図はこの発明の一実施例を示し、この発明の7クチ
ユエータの一つを流体制御弁に適用したものであり、そ
の流体制御弁は、弁部1とこの弁部1の上部に連結され
たアクチュエータ2とから構成されている。
(Embodiment) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which one of the seven cutuators of the present invention is applied to a fluid control valve. The actuator 2 is connected to the upper part of the actuator 2.

弁部lは、ボディ3を有し、このボディ3の下部には流
体人口通路4と流体出口通路5とが形成されていると共
に、該流体入口通路4と流体出口通路5との接続部分に
弁座6が形成されている。
The valve part l has a body 3, and a fluid artificial passage 4 and a fluid outlet passage 5 are formed in the lower part of the body 3, and a connecting part between the fluid inlet passage 4 and the fluid outlet passage 5 is formed. A valve seat 6 is formed.

また、ボディ3の中心には弁棒摺動孔7が形成され、こ
の弁体摺動孔7に後述するアクチュエータ2の出力軸た
る弁棒8が摺動自在に挿入され、この弁棒8のテーパ状
の先端部が弁座6に着座して流体人口通路4と流体出口
通路5との連通を遮断している。そして、この弁棒8を
上方へ変位させることで流体入口通路4と流体出口通路
6とが連通されるようになっている。また、ボディ3の
上部は円筒状に拡げられて大径部9が形成され、この大
径部9と後述するケース13の下部外周とがねし止めさ
れている。さらに、この大径部9の底面中央には軸方向
にばね収納四部10が形成されており、このばね収納凹
部10と弁体8の上端に形成されたフランジ状のばね受
は部11との間にばね12が弾装され、このばね12に
より弁棒8が開く方向に付勢されている。
Further, a valve stem sliding hole 7 is formed in the center of the body 3, and a valve stem 8 serving as an output shaft of an actuator 2, which will be described later, is slidably inserted into this valve body sliding hole 7. The tapered tip portion seats on the valve seat 6 and blocks communication between the fluid artificial passage 4 and the fluid outlet passage 5. By displacing the valve stem 8 upward, the fluid inlet passage 4 and the fluid outlet passage 6 are brought into communication. Further, the upper part of the body 3 is expanded into a cylindrical shape to form a large diameter part 9, and this large diameter part 9 and the lower outer periphery of a case 13, which will be described later, are screwed together. Furthermore, four spring storage parts 10 are formed in the center of the bottom surface of the large diameter part 9 in the axial direction, and the flange-shaped spring receiver formed at the upper end of the spring storage recess 10 and the valve body 8 is connected to the part 11. A spring 12 is loaded between them, and the spring 12 biases the valve stem 8 in the opening direction.

アクチュエータ2は、第2図にも示すように、前述した
ボディ3の大径部9に螺合するケース13を有する。こ
のケースI3は、上端が閉鎖された円筒状のもので、該
ケース13内に例えば3重の積層体14a=14cが配
置されている。これら積層体148〜14Cは、第3図
に示すように、後述するホルダ17a、17bが当接す
る端部を除いてプラス側に接続される電極板15aとマ
イナス側に接続される15bの間に圧電素子16を挟み
、これらを多数積層して構成されている。圧電素子16
は、TiBa0z、 BaTi01等のピエゾ効果をも
つ周知のセラミック半導体から構成されている。
As shown in FIG. 2, the actuator 2 has a case 13 that is screwed into the large diameter portion 9 of the body 3 described above. This case I3 has a cylindrical shape with a closed upper end, and for example, triple stacked bodies 14a and 14c are arranged inside the case 13. As shown in FIG. 3, these laminates 148 to 14C are arranged between an electrode plate 15a connected to the positive side and an electrode plate 15b connected to the negative side, except for the ends where holders 17a and 17b, which will be described later, come into contact. It is constructed by stacking a large number of these with piezoelectric elements 16 in between. Piezoelectric element 16
is made of a well-known ceramic semiconductor having a piezo effect, such as TiBa0z or BaTi01.

そして、中心に配置された第1の積層体14aは、中実
の円柱状で、その下端は、前述した出力軸たる弁体8の
上端面に当接し、その上端は、上端が閉鎖された円筒状
の第1のホルダ17aの上端内面に当接している。第1
の積層体14aの周囲に配置された第2の積層体14b
は中空の円筒状で、その下端は、第1のホルダ17aの
下端外周に形成された第1のフランジ部18aに当接し
、その上端は、第1のホルダ17aと同形状でそれを大
きくした第2のホルダ+7bの上端内面に当接している
。第2の積層体14bの周囲に配置された第3の積層体
14cは、第2の積層体14bと同しく中空の円筒状で
第1及び第2の積層体14a。
The first stacked body 14a placed at the center has a solid cylindrical shape, and its lower end is in contact with the upper end surface of the valve body 8, which is the output shaft, and its upper end is closed. It is in contact with the inner surface of the upper end of the cylindrical first holder 17a. 1st
A second laminate 14b arranged around the laminate 14a of
has a hollow cylindrical shape, and its lower end abuts on a first flange portion 18a formed on the outer periphery of the lower end of the first holder 17a, and its upper end has the same shape as the first holder 17a but has a larger size. It is in contact with the inner surface of the upper end of the second holder +7b. The third laminate 14c arranged around the second laminate 14b has a hollow cylindrical shape like the second laminate 14b, and is connected to the first and second laminates 14a.

14bと同心であり、その下端は、第2のホルダ17b
の下端外周に形成された第2のフランジ部18bに当接
し、その上端は、前述したケース13の上端内面に当接
している。第1及び第2のホルダ17a、17bは、そ
れぞれ導電体から構成され、圧電素子16を該ホルダの
反対側の電極板と共に挟む電極として利用されている。
14b, and its lower end is concentric with the second holder 17b.
The second flange portion 18b is formed on the outer periphery of the lower end of the case 13, and the upper end thereof is in contact with the inner surface of the upper end of the case 13 described above. The first and second holders 17a and 17b are each made of a conductor and are used as electrodes that sandwich the piezoelectric element 16 together with an electrode plate on the opposite side of the holder.

上記構成において、各積層体14a〜14cへ通電しな
い場合は、第3図実線で示すように、各圧電素子16は
変位せず、したがって弁棒8はばね13に押圧されて弁
座6から離れた位置にあり、流体人口通路4と流体出口
通路5とは連通し、流体制御弁は開の状態にあり、流体
が流体入口通路4から入り、弁棒8と弁座6との間を通
り、流体出口通路5から出ていく。ここで、各積層体1
.1a −14cへの通電回路を閉しると、電極板15
a、15b又はボルダ17a、17bと電極板との間に
電圧が印加され、各圧電素子16に電流が流れ、該それ
ぞれの圧電素子16が主として積層方向に延び、各積層
体143〜14cは、第3図に示すように、Δh1.Δ
h2.Δh、(Δh3は図示せず)だけ軸方向へ変位す
る。したがって、最も外側の積層体14cの一端がケー
ス13に当接し、各積層体14a−14Cがホルダ17
a。
In the above configuration, when the laminates 14a to 14c are not energized, each piezoelectric element 16 is not displaced, as shown by the solid line in FIG. the fluid control valve is in the open position, the fluid control valve is in an open state, and fluid enters from the fluid inlet passage 4 and passes between the valve stem 8 and the valve seat 6. , exits from the fluid outlet passage 5. Here, each laminate 1
.. When the energizing circuit to 1a-14c is closed, the electrode plate 15
A, 15b or boulders 17a, 17b and the electrode plate, a voltage is applied, current flows through each piezoelectric element 16, each piezoelectric element 16 mainly extends in the lamination direction, each laminated body 143-14c, As shown in FIG. 3, Δh1. Δ
h2. It is displaced in the axial direction by Δh (Δh3 is not shown). Therefore, one end of the outermost stacked body 14c is in contact with the case 13, and each stacked body 14a-14C is attached to the holder 17.
a.

17bを介して連結されているので、全体としての各変
位Δh5.Δh2.Δh3が合算された形で弁棒8に作
用し、この弁棒8がばね12に抗して下方へ移動し、そ
の先端部が弁座6に着座し、流体入口通路4と流体出口
通路5との連通を遮断し、流体制御弁を閉の状態とする
ものである。
17b, each displacement Δh5. Δh2. Δh3 acts on the valve stem 8 in the form of a sum, and this valve stem 8 moves downward against the spring 12, and its tip portion seats on the valve seat 6, and the fluid inlet passage 4 and the fluid outlet passage 5 are This shuts off communication with the fluid control valve and closes the fluid control valve.

尚、上記実施例におシつては、ホルダ17a、17bを
電極として利用したが、1橿として利用せずに合成樹脂
等で構成してもよく、また、電極配置は交互に積層させ
る形に限らず圧電素子16に通電可能であればよく、さ
らにホルダ同士を内部で接触させることもできる。
In the above embodiment, the holders 17a and 17b were used as electrodes, but they may be made of synthetic resin or the like without being used as one holder, and the electrodes may be arranged in such a way that they are stacked alternately. It is not limited to this as long as the piezoelectric element 16 can be energized, and the holders can also be brought into contact with each other internally.

また、上記実施例は積層体を3重としたが、2重以上で
あればよく、その数を増すごとに変位を大きくすること
ができし、上記実施例とは逆に中心の第1の積層体14
aにケース13を、周縁の第2又は第3の積層体14b
、14cに弁棒8をそれぞれ当接させるようにしてもよ
い。さらに上記実施例では流体制御弁に用いるアクチュ
エータとして説明したが、これだけに限るものではなく
、他のアクチュエータにも適用できるものであることは
勿論である。
Further, in the above embodiment, the laminate is triple-layered, but it is sufficient that the laminate is 2 or more layers, and the displacement can be increased each time the number of laminates is increased. Laminated body 14
case 13 on a, second or third laminate 14b on the periphery
, 14c may be brought into contact with the valve rod 8, respectively. Furthermore, although the above embodiment has been described as an actuator used for a fluid control valve, it is needless to say that the present invention is not limited to this and can be applied to other actuators.

(発明の効果) 以上述べたように、この発明によれば、中心の圧電素子
の積層体の周囲に環状の圧電素子の積層体を複数配設す
るので、コンパクトにでき、しかも、それら積層体をホ
ルダによって連結し、各積層体の変位を加算せしめるよ
うにしたので、大きな変位を得ることができる。さらに
圧電素子を利用しているので、応答性も優れている等の
効果を奏するものである。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, since a plurality of annular piezoelectric element laminates are arranged around a central piezoelectric element laminate, it can be made compact, and the laminates can be made compact. Since the laminates are connected by a holder and the displacements of each laminate are added together, a large displacement can be obtained. Furthermore, since it uses a piezoelectric element, it has excellent responsiveness and other effects.

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

第1図はこの発明の一実施例を示す断面図、第2図は同
上に用いたアクチュエータの分解斜視図、第3図は同上
のアクチュエータの内部構成と配線状態とを示す断面図
である。 2・・・アクチュエータ、13・・・ケース、14a〜
14c・・・積層体、16・・・圧電素子、17a、1
1b−−−ホルダ。 第1図 ′56 [2図 第3図
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the actuator used in the above, and FIG. 3 is a sectional view showing the internal configuration and wiring state of the actuator used in the above. 2...Actuator, 13...Case, 14a~
14c...Laminated body, 16...Piezoelectric element, 17a, 1
1b---Holder. Figure 1 '56 [Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  圧電素子が多数積層されて成る積層体が少なくとも2
重に設けられ、第1の積層体の一端が出力軸に当接し、
第2の積層体の一端がケースに当接し、前記第1の積層
体の他端と前記第2の積層体の他端とがホルダを介して
連結されたことを特徴とするアクチユエータ。
At least two laminates each consisting of a large number of piezoelectric elements
one end of the first laminate is in contact with the output shaft,
An actuator characterized in that one end of the second laminate contacts a case, and the other end of the first laminate and the other end of the second laminate are connected via a holder.
JP158386A 1986-01-08 1986-01-08 Actuator Pending JPS62159877A (en)

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JP158386A JPS62159877A (en) 1986-01-08 1986-01-08 Actuator

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4903732A (en) * 1989-01-19 1990-02-27 A. K. Allen Company Piezoelectric valve
JPH02203087A (en) * 1989-02-01 1990-08-13 Hitachi Metals Ltd Flow control valve
US4989277A (en) * 1988-03-02 1991-02-05 Toto Ltd. Toilet bowl flushing device
US5469586A (en) * 1988-03-02 1995-11-28 Toto Ltd. Toilet bowl flushing device

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