JPS6228507A

JPS6228507A - 電歪体駆動のアクチユエ−タ

Info

Publication number: JPS6228507A
Application number: JP16623885A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Ishida; 石田　年伸; Shigeru Kamiya; 茂神谷; Mitsuo Inagaki; 光夫稲垣
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1987-02-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電圧の印加に応じて伸縮する電歪体を利用し
て出力ロンドを駆動する電歪体駆動のアクチュエータと
して用いて有効である。

〔従来の技術〕

従来から、電歪効果を有する電歪素子が、電気的制御に
対して極めて応答速度が速いということで、様々の用途
のアクチュエータとして検討されている。ところが、電
歪素子を複数積層してその全体の変位量を増大するよう
にしたものにおいて、数百ボルトの高電圧を印加しても
、その伸び量（変位量）は数十ミクロンと非常に少ない
という欠点をもつ。この欠点の改善案として、電歪素子
の変位を大面積のピストンから、密封空間に封入された
非圧縮性流体を媒体として、小面積のロンドに伝達する
、いわゆるパスカルの原理を応用した変位量拡大機構を
用いるものが考案されている。

ところが、上記変位量拡大機構は、封入される流体及び
他の構成部材が温度変化によって熱膨張するだめに、温
度変化に対して影響をまぬがれることができない。ある
いはその拡大率が上記ピストンとロッドの面積比に依存
するためにせいぜい数十倍であるといった問題点を有し
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされるもので、そ
の目的は、応答速度の極めて速い電歪素子を利用し、か
つその電歪素子の微少変位量を拡大し、しかも温度変化
に対して影響を受けることのない電歪体駆動のアクチュ
エータを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための手段として、ケーシングに
摺動自在に設けられる出力ロッドと、ケーシング内に配
設されてパルス電圧の印加に応じて伸縮する電歪体と、
ケーシング内に形成されて非圧縮流体の満たされるリザ
ーバ室と、前記電歪体の伸縮によって前記リザーバ室か
ら逆上弁を介して流体が流入するのみを許容する、もし
くは逆止弁を介して前記リザーバ室へ流体が流出するの
みを許容することによって流体量が変化するとともに、
前記出力ロッドの一端面を室壁とする作動室と、前記作
動室と前記リザーバ室とを連通ずる流路途中に設けられ
る制御弁とを有することを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を図面に基づいて説明する。

図中符号１は、ケーシング２から一端が突出するととも
に、ケーシング２内に摺動自在に設けられる出力ロッド
である。出力ロッド１はケーシング上板２ａに一端が支
持されるスプリング３によって図中下方に付勢されてい
る。出力ロッド１の他端は、ケーシング２内の作動室４
の室壁を形成している。尚、１４はシール用０リングで
ある。

出力ロッド１の外周のケーシング２には、ｉ状の空間が
形成されて、その空間内に非圧縮性作動流体、例えば作
動油、シリコンオイル等が充填されてリザーバ室５を形
成している。リザーバ室５はその上方に設けられる大気
開孔５ａを介して大気に連通している。

６は、電歪素子積層体８によって容積変動するポンプ室
である。電歪素子積層体８は円柱上のケーシング２内に
穿設された円筒状の穴２ｂ内に配設されており、その下
端面は円盤状の取付下板８ａに同心円上に固定され、そ
の上端面には取付上板８ｂを介してピストン７が設けら
れている。ピストン７は、ハウジング２内の円筒状の穴
２ａの軸方向に摺動自在で、かつ油密的に設けられて、
電歪素子積層体８によって図中上下方向に摺動変位され
る。また、電歪素子積層体８は、薄い（約０．５＋ｎ）
円盤状の電歪素子を数十枚積層して円柱状にしたもので
ある。電歪素子ばＰＺＴと呼ばれるセラミックであり、
チタン酸−ジルコン酸鉛を主成分としており、その厚み
方向に数百Ｖの電圧を印加すると数μｍ伸びる。この電
歪素子を数十枚積層して、各々の素子の厚み方向に上記
電圧を印加すると、全体として数十μｍの伸長が得られ
る。この電圧を解除するか又は若干の負電圧を印加すれ
ば縮小して元の長さに戻る。

またピストン７の上面の外周に沿っては、０リング９が
設けられており、０リング９はピストン７の上下変位を
吸収して変形する。尚、電歪素子積層体８は、図中下方
向より約１００〜２００　ｋｇ重程度の荷重を加えた状
態で、固定用ケーシング下板２ｃ及び固定せぬボルト等
の固定手段によってケーシング２に固定されている。ま
た、取付上板３ａ、下板８ａには、積層体８と固定され
る側端面に、環状の溝８ｃ、８ｄが形成されて、積層体
１の上下端面の外周部分が直接的に取付上板８ｂ、下板
８ａと接触しない構造である。またケーシング２の円筒
状の穴２ｂは、連通路２ｃを介して外部と連通しており
、電歪素子積層体８はこの連通路２ｄを介して図示せぬ
リード線によってパルス電圧が印加される。

ポンプ室６は、ケーシング２に固定され、かつ作動室４
への流体の吐出のみを許容する応答性の良い吐出用逆止
弁１０を介して作動室４と連通ずるとともに、リザーバ
室５と吸入用逆止弁１１を介して連通している。吸入用
逆止弁１１は、リザーバ室５と連通ずる多数の流路５ｂ
を開閉する環状バルブｌｌａと、バルブｌｌａを支持す
るスプリングｌｌｂから構成される。

また作動室４は、流路１２を介してリザーバ室５と連通
し、この流路１２の途中には制御弁として開閉ニードル
弁１３が設けられている。

次に、上述の構成に基づいてその作動を説明する。

電歪素子積層体８に８００Ｖ程度のパルス電圧を印加す
る。尚、このパルス電圧は、図示せぬ制御回路によって
制御されて、周波数が数百ヘルツ、１回のパルス毎の電
圧印加時間が、積層体１の応答時間（電圧を印加してか
ら積層体１が完全に伸びるまでの時間）よりも長いもの
である。すると積層体１は上下方向に伸縮し、ピストン
７を上下に駆動する。このピストン７は、ゴム等の弾性
体から成るＯリング９の変形、復元によって容易に上下
方向に移動して、ポンプ室６の容積を増減変化させる。

ポンプ室６の容積が増加する、すなわちピストン７が下
へ移動する時、吸入用逆止弁１１が開き、リザーバ室５
の流体が流路５ａからポンプ室６内に流入して、ポンプ
室６内の流体量が増加する。

次に、ピストン７が上方へ移動してポンプ室６の容積が
減少する時、吸入用逆止弁１１は閉塞され、ポンプ室６
内の流体は吐出用逆止弁１０を介して作動室４へ供給さ
れる。すると、作動室４内の流体は、スプリング３の付
勢力に抗して出力ロッド１を上方へ移動させることとな
る。ここで１図のパルス電圧印加による出力ロッド１の
移動距離は、ピストン７、電歪素子積層体８の変位置。

及びピストン７と出力ロッド１との径の比等によってほ
ぼ決まる。そして第１図（ａ）の様にパルス電圧■、■
、■・・・を電歪素子積層体８に繰り返して印加すると
、１図のパルス電圧毎に作動室４内の流体量が増加して
、出力ロッド１が上方へ移動する。尚、この時ニードル
弁１３は閉塞されている。

ここでパルス電圧の印加を停止してニードル弁１３を開
弁すると、作動室４内の流体が流路１２を介してリザー
バ室５へ流出するので、出力ロッド１はスプリング３の
付勢力によって最初の位置に戻る。

尚、上述の実施例において吸入用逆止弁１１を設けずに
、第２図に示す様に吐出用逆止弁１０のみを設ける構成
であっても同様の作動をする。ただし、このとき１回の
パルス電圧印加毎の出力ロッド１の移動距離は減少する
ので、パルス電圧の周波数を高くすると良い。

更に第３図に示す様に吸入用逆止弁１１のみを設ける構
成であっても同様に作動する。

次に第２実施例について第４図に基づいて説明する。

上述第１実施例との相違点は、出力ロッド１がスプリン
グ３によって上方へ付勢されている点、また逆止弁１０
，１１が、作動室４の流体をポンプ室６を介してリザー
バ室５へ流出する方向にのみの流れを許容するように設
けられている。他の構成は、はぼ同一であるので、同一
符号を付して説明は省略する。

上述構成に基づいて電歪素子積層体８が伸縮すると、作
動室４内の流体が、逆止弁１０を介してポンプ室６に吸
入され、ポンプ室６から逆止弁１１を介してリザーバ室
５に吐出される。よって作動室４内の流体量が減少する
ので、出力ロッド１はスプリング３に抗して図中下方へ
移動する。このとき、ニードル弁１３は閉塞されている
が、ニードル弁１４を開弁すると、出力ロッドは最初の
位置に戻る。尚、第１実施例と同様に、逆止弁１１のい
ずれか一方のみを設けた構成であっても、上述と同様に
作動することは言うまでもない。

また、上述の実施例において制御弁として示したニード
ル弁を電磁弁としても良いことは言うまでもない。

次に、第３実施例を第５図に基づいて説明する。

この実施例においては、２つの電歪素子積層体８（１）
、　　８（２１を用いて、一方を出力ロッド１の伸長用
に、他方を出力ロッド１の復元用に利用する。

作動室４は、第１の電歪素子積層体８（１）によってポ
ンプ作用をする第１ポンプ室６（１）と、吐出用逆止弁
１０（１）を介して連通し、第１ポンプ室６（１）は吸
入用逆止弁１１（１１を介してリザーバ室５と連通して
いる。よって、第１の電歪素子積層体８（１）を駆動す
ると、リザーバ室５内の流体は、逆止弁１１（１）、第
１ポンプ室６（１）、逆止弁１０（１）を介して作動室
４へ送出され、出力口７ド１は図中上方へ移動する。

また作動室４は、第２の電歪素子積層体８（２）によっ
てポンプ作用をする第２ポンプ室６（２）と吸入用逆止
弁１０（２）を介して連通し、第２ポンプ室６（２）は
吐出用逆止弁１１（２）を介してリザーバ室５と連通し
ている。よって、第２の電歪素子積層体８（２）を駆動
すると、作動室４内の流体は、逆止弁１Ｏ（２）、第２
ポンプ室６（２＋、逆止弁１１（２１を介してリザーバ
室５へ流出されるので、出力ロッド１は図中下方へ移動
する。

従って、第１の電歪素子積層体８（１）にのみパルス電
圧を印加すると、出力ロッド１は図中上方へ伸長し、又
第２電歪素子積層体８（２）にのみパルス電圧を印加す
ると、出力ロッド１は図中下方へ、つまり復元する方向
へ移動する。また、同時に第１、第２の電歪素子積層体
８　（１）、　　８　（２１にパルス電圧を印加すると
、出力ロッド１は一定の位置に保持される。

〔発明の効果〕

以上述べた様に、出力口・ノドは非圧縮性流体を介して
、応答速度の極めて速い電歪体（応答速度は数十マイク
ロ秒）によって駆動されるため、従来のソレノイドを用
いたアクチュエータと比較して、高速駆動される。また
、多数回のパルス電圧の印加によって電歪体を伸縮する
と、作動室内へ流体が流入、もしくは作動室から流出す
るポンプ作用によって作動室内を満たす流体量を大きく
変化するため、電歪体の微少変位置がその流体量によっ
て拡大されて出力ロッドを駆動することになる。さらに
上述作動室は、ポンプ作用によって流体量が変化するた
め、密封空間とは異なり温度変化の影響をうけにくいと
ともに、厳密な密封空間を形成するシール部材が不要に
なるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電歪体駆動のアクチュエータの第１実
施例を示し、第１図（ａ）はその断面図、第１図（ｂ）
はその電歪素子積層体へのパルス電圧印加回数を出力ロ
ッドの変位との関係を示す図、第２図、第３図は第１実
施例の他の例を示し、第２図（ａ）、第３図（ａ）はそ
の断面図、第２図（ｂ）、第３図（ｂ）は→その電歪素
子積層体へのパルス電圧印加回数を出力ロッドの変位と
の関係を示す図である。第４図は第２実施例を示し、第
４図（ａ）はその断面図、第４図（ｂ）はその電歪素子
積層体へのパルス電圧印加回数を出力ロッドの変位との
関係を示す図、第５図は第３実施例を示し、第５図（ａ
）はその断面図、第５図（ｂ）はその電歪素子積層体へ
のパルス電圧印加回数を出力ロッドの変位との関係を示
す図である。１・・・出力ロッド、２・・・ケーシング、３・・・ス
プリング、４・・・作動室、５・・・リザーバ、６・・
・ポンプ室。７・・・ピストン、８・・・電歪素子積層体、１０．１
１・・・逆止弁、１２・・・流路、１３・・・ニードル
弁。

Claims

【特許請求の範囲】

ケーシングに摺動自在に設けられる出力ロッドと、ケー
シング内に配設されてパルス電圧の印加に応じて伸縮す
る電歪体と、ケーシング内に形成されて非圧縮流体の満
たされるリザーバ室と、前記電歪体の伸縮によって前記
リザーバ室から逆止弁を介して流体が流入するのみを許
容する、もしくは逆止弁を介して前記リザーバ室へ流体
が流出するのみを許容することによって流体量が変化す
るとともに、前記出力ロッドの一端面を室壁とする作動
室と、前記作動室と前記リザーバ室とを連通する流路途
中に設けられる制御弁とを有する電歪体駆動のアクチュ
エータ。