JPS63115977A

JPS63115977A - アクチユエ−タ

Info

Publication number: JPS63115977A
Application number: JP61261445A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Fujii; 藤井　博満
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1988-05-20
Also published as: JPH041597B2

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】利用産業分野この発明は、流量制御弁やスイッチ等の種々の用途に用
いるアクチュエータの改良に係り、特に積層圧電体を用
い、その圧電効果の利用効率にすぐれ、駆動電圧の低減
を可能としたアクチュエータに関する。

背景技術各種アクチュエータのうち、特に積層圧電体を配設して
なるアクチュエータは、圧電材料に電圧を印加すると、
その大きさに応じて素子が伸縮するという圧電効果を利
用したもので、流動体の流量制御弁、各種スイッチ、リ
レー等、多方面に応用、利用されている。

積層圧電体を有するアクチュエータを流量制御弁に適用
した例について説明すると、第３図に示す如く、有底筒
状体（１）は、その上部に流動体（６）の流入口（２）
、中央部に流出口（３）を設けるとともに、流入口（２
）と流出口（３）間の有底筒状体（１）内周面に弁座（
４）を突設してあり、さらに、底部（５）には、厚み方
向に分極された複数の圧電板（１１）を、互いに隣接し
た圧電板（１１）の分極向き（図においては上下方向）
が逆になるよう内部電極（１２）を介して交互に積層固
着し、各内部電極（１２）を並列接続する外部電極（図
示せず）を設けてなる積層圧電体（１０）を立設しであ
る。

この有底筒状体（１）に内蔵される可動体（２０）は円
板状であり、図で下方端面側が前記積層圧電体（１０）
に固着されるとともに、下方端面側には流動体（６）が
位置し、さらに、可動体（２０）中心部に、前記弁座（
４）に対向配置して流路を開閉する弁部（２１）が立設
されている。

このような構成において、積層圧電体（１０）に所要電
圧を印加すると、圧電効果により積層方向（図中上下方
向）に変位し、それに応じて可動体（２０）上部に配置
される弁部（２１）が流路を開閉することになる。

この際、流動体（６）が有底筒状体（１）内の積層圧電
体（１０）配設側に流入しないよう、通常、可動体（２
０）外周面にはゴム製または金属製の０リング（２２）
を周設しである。

しかし、可動体（２０）の移動にともない有底筒状体（
１）の内周面と接触するＯリング（２２）は、可動体（
２０）の円滑移動を妨げることは否めず、特に、低電圧
駆動を要求されるこの分野では好ましくなく、弁座（４
）を通過した流動体の積層圧電体配設側への流入遮断効
果を失うことなく、かつ、圧電効果を効率よく活用でき
る構成が望まれていた。

また、積層圧電体を有するアクチュエータを電気接点の
開閉に用いた例を説明すると、第４図に示す如く、有底
筒状体（３０）は大筒部（３２）と細筒部（３３）とか
ら形成され、大筒部（３２）の底部（３１）には前述の
構成からなる積層圧電体（１０）が立設され、その上端
部には板状の可動体（２０）が、積層圧電体（１０）の
圧電効果に応じて軸方向に移動可能に配設されている。

また、有底筒状体（３０）の細筒部（３３）の頭部には
、一対の接点（８Ｘ８）が配設され、可動体（２０）と
前記接点（８）（８）間には、導電性の流動体（７）が
収納されている。

かかるアクチュエータにおいて、積層圧電体（１０）の
変位は、パスカルの原理に基づき拡大され、導電性の流
動体（７）を上昇させ、接点（８Ｘ　８）を電気的に開
閉することが可能となる。

この構成においても、第３図の構成と同様に、流動体（
７）の積層圧電体（１０）配設側への流入遮断は、ゴム
製等のＯリング（２２）を用いているため、可動体（２
０）の円滑移動を妨げ、要求される駆動電圧の低減化が
困難であった。

発明の目的この発明は、上記現状に鑑み、有底筒状体内の可動体に
Ｏリング等の機械的なシール部材を用いることなく、こ
れらと同等以上の遮断効果を有し、かつ、積層圧電体の
低電圧駆動が可能なアクチュエータを目的としている。

発明の構成と効果この発明は、通常、積層圧電体の変位量が、数ｐｍ〜１
１００ｐ程度であることから、使用する流動体の粘度等
の諸特性に応じて可動体の厚さ、及び有底筒状体内周面
との間隙寸法等を選定することにより、該間隙部を流動
体の表面張力にて密封遮１析することが可能であること
を知見したものである。

すなわち、この発明は、厚み方向に分極した複数の圧電
磁器板を、隣接した圧電磁器板間で分極向きが相互に逆
となるよう、内部電極を介して交互に積層固着し、各内
部電極を外部電極にて接続した積層圧電体を、有底筒状
体の底部に配設し、かつ、積層圧電体の他端面と有底筒
状体内を軸方向に移動する可動体の一方端面を連結し、
可動体の他方端面側筒状体内に流動体を収納したアクチ
ュエータにおいて、可動体外周面と有底筒状体内周面間
に、前記流動体の表面張力により流動体の積層圧電体配
設側への流入を遮断し得る空隙部を形成したことを特徴
とするアクチュエータである。

この発明において、積層圧電体は、分極向きが相互に逆
となるよう、内部電極を介して交互に積層固着し、各内
部電極を外部電極にて接続した構成であれば、圧電板の
材質、積層方法、外部電極の構成等を、所要特性等に応
じて適宜選定できる。

また、有底筒状体内に入れる流動体は、気体、液体のい
ずれでもよく、用途に応じて導電性を有するものを用い
てもよい。

発明の図面に基づく開示第１図と第２図はこの発明によるアクチュエータの縦断
説明図である。

第１図は流量制御弁に適用した例であり、有底筒状体（
１）は、その上部に流体（６）の流入口（２）、中央部
に流出口（３）を設けるとともに、流入口（２）と流出
口（３）間の有底筒状体（１）内周面に弁座（４）を突
設してあり、さらに、底部（５）には、厚み方向に分極
された複数の圧電板（１１）を、互いに隣接した圧電板
（１１）の分極向き（図においては上下方向）が逆にな
るよう内部電極（１２）を介して交互に積層固着し、各
内部電極（工２）を並列接続する外部電極（図示せず）
を設けてなる積層圧電体（１０）を立設しである。

有底筒状体（１）に内蔵する円板状の可動体（２０）は
、図で下方端面側が前記積層圧電体（１０）に固着され
るとともに、上方端面側には流動体（６）が位置し、さ
らに、可動体（２０）中心部に、前記弁座（４）に対向
配置して流路を開閉する弁部（２１）が立設されている
。

さらに、可動体く２０）の外周端面と有底筒状体（１）
内周面との間に隙間（Ｌｇ）を設けである。この隙間（
Ｌｇ）を設けると、流動体（６）の表面張力により、積
層圧電体（ｌＯ）側への流動体（６）の流入を遮断でき
、密封効果を得ることができる。かかる隙間（Ｌｇ）は
、流動体の粘度等の特性及び可動体（２０）の板厚（Ｈ
）等に応じて設定する。

以上の構成により、積層圧電体（１０）に所要電圧を印
加すると、圧電効果により積層方向（図中上下方向）に
変位し、連結する可動体（２０）の上部に配置される弁
部（２１）が流路を開閉し、また、流動体（６）は積層
圧電体（１０）側へ流入することがない。

可動体（２０）の移動に際して、有底筒状体（１）の内
周面と接触する部材が全くないため、可動体（２０）が
極めて円滑に移動し、低電圧駆動が可能となる。すなわ
ち、この考案によるアクチュエータは、弁座（４）を通
過した流動体の積層圧電体配設側への流入遮断効果を失
うことなく可動体（２０）のシール部材をなくしたもの
で、圧電効果を効率よく活用できる構成である。

第２図は電気接点の開閉に適用した例であり、大筒部（
３２）と細筒部（３３）とから形成された有底筒状体（
３０）は、大筒部（３２）の底部（３１）に前述の構成
からなる積層圧電体（１０）が立設され、その上端部に
は円板状の可動体（２０）が、接続されている。

また、有底筒状体（３０）の細筒部（３３）の頭部には
、一対の接点（８Ｘ８）が配設され、可動体（２０）と
前記接点（８Ｘ８）間には、導電性の流動体（７）が収
納されている。

さらに、可動体（２０）の外周端面と有底筒状体（１）
内周面との間には、流動体（７）の表面張力により、積
層圧電体（１０）側への流動体（７）の流入を遮断でき
、密封効果を得ることができるように、流動体の粘度等
の特性及び可動体（２０）の板厚（Ｈ）等に応じて設定
する隙間（Ｌｇ）が設けである。

以上の構成からなるアクチュエータは、積層圧電体（１
０）側への流動体（７）の流入を遮断できるため、積層
圧電体（１０）の変位は、パスカルのＦＦｓ埋に基づき
拡大され、導電性の流動体（７）が細筒部（３３）内を
上昇することにより、接点（８Ｘ８）に接触して通電さ
せ、また、流動体（７）が細筒部（３３）内を降下する
ことにより、接点（８Ｘ８）間の通電を絶つことができ
、スイッチングが可能となり、可動体（２０）の移動に
際して、大筒部（３２）の内周面と接触する部材が全く
ないため、可動体（２０）が極めて円滑に移動し、低電
圧駆動が可能となる。

実施例変位量が５０ｐｍの積層圧電体を用いて、第１図に示す
構成の制御弁を組立て、有底筒状体の内径（Ｄ）を９１
５ｍｍ、可動体厚みを１０〜２０ｍｍ、隙間（Ｌｇ）を
０．００３〜０．００５ｍｍに設定し、水を流動体とす
る流路の開閉を行なったところ、駆動電圧２５０Ｖにて
弁駆動が可能であり、水の圧電積層体側への流入が全く
なく、良好な密封効果を得ていることが確認できた。

発明の効果この発明によるアクチエータは、流動体の積層圧電体配
設側への流入遮断効果を失うことなく可動体のシール部
材をなくしたもので、圧電効果を効率よく活用できる構
成であり、可動体の移動に際して、有底筒状体の内周面
と接触する部材が全くないため、可動体が極めて円滑に
移動し、低電圧駆動が可能となり、応答性も向上する利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明によるアクチュエータの縦断
説明図である。第３図と第４図は従来のアクチュエータ
の縦断説明図である。１．３０・・・有底筒状体、２・・・流入口、３・・・
流出口、４・・・弁座、５，３１・・・底部、６，７・
・・流動体、１０・・・積層圧電体、１１・・・圧電板
、１２・・・内部電極、２０・・・可動体、２１・・・
弁部、２２・・・０リング、３２・・・大筒部、３３・
・・細筒部。

Claims

【特許請求の範囲】

厚み方向に分極した複数の圧電磁器板を、隣接した圧電
磁器板間で分極向きが相互に逆となるよう、内部電極を
介して交互に積層固着し、各内部電極を外部電極にて接
続した積層圧電体を、有底筒状体の底部に配設し、かつ
、積層圧電体の他端面と有底筒状体内を軸方向に移動す
る可動体の一方端面を連結し、可動体の他方端面側筒状
体内に流動体を収納したアクチュエータにおいて、可動
体外周面と有底筒状体内周面間に、前記流動体の表面張
力により流動体の積層圧電体配設側への流入を遮断し得
る空隙部を形成したことを特徴とするアクチュエータ。