JPH03183378A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は圧電アクチュエータに関する。

（ロ）　従来の技術 従来、圧電アクチュエータの一形態として、固定部分に
ストローク用圧電素子の一例を固定し、同素子の他側と
、固定部分とにそれぞれクランプ用圧電素子で作動する
クランプ部材を取り付け、ストローク用圧電素子にパル
ス状の駆動電圧を印加して同素子を軸方向に伸縮させる
と共に、これに同期して各クランプ用圧電素子にパルス
状の駆動電圧を印加して、クランプ部材でプランジャを
クランプさせることを繰返すことにより、ブランンヤを
大きく移動させるようにした圧電アクチュエータかある
。

（ハ）　発明が解決しようとする課題 ところが、クランプ用圧電素子の作動量が小さいため、
クランプ状態が不確実になりやすく、クランプ部１イと
プランジャとの間でスリップか発生ｌ、で、作動が不確
実になったり、発熱したりする欠点かあった。

上記の欠点を解決するために、プランジャとクランプ？
ｄ＜　４４との仕上精度を高めて隙間を小さくすること
か４えられるが、持重仕上にコストかかさむという難点
かある。

（ニ）　課題を解決するための手段 本発明では、軸線ノｊ向に進退自在に設けたプランジャ
と、ストローク用とクランプ用圧電素子を備え、各圧電
素子に印加した繰返し電圧により各圧電素子を伸縮させ
て、プランジャを移動させるようにした圧電アクチュエ
ータにおいて、外側、内側圧電素子をそれぞれ筒状に形
成し、外側圧電素子中に内側圧電素子を配設して、各圧
電素子の両端部にそれぞれクランプ用圧電素子を形成し
、各中央部にそれぞれストローク用圧電素子を形成して
、内側圧電素子のクランプ用圧電素子の外周面に固着し
たクランプ部材を外側圧電素子のクランプ用圧電素子の
内周面に対向させ、外側圧電素子の外周面中央部を支持
材に固着し、さらに内側圧電素子の内周面中央部にプラ
ンジャの外周面を固着してなる圧電アクチュエータと、
上記圧電アクチュエータにおいて、プランジャを固定し
、支持材を移動可能にしたことを特徴とする圧電アクチ
ュエータとを提供せんとするものである。

（ホ）　作用・効果 本発明によれば、外側圧電素子のクランプ用圧電素子を
縮径させ、内側圧電素子のクランプ周圧７Ｂ素−ｒを拡
径させることで、個々の圧電素子の作１１ＪＩｆｆｌが
小さいという欠点が補われて、内側圧電素子に連設した
クランプ部＋４と外側圧電素子内周面間のクランプが強
力に行われ、プランジャの滑りを防１ｊ−１することか
できる。

また、支持材に固着した外側圧電素子のストロク用圧電
素ｒを短縮させ、プランジャに固着した内側圧電素子の
ストローク用圧電素子を伸長させることで、−回の動作
で個々の圧電素子の作動量の約２倍の距離を移動させて
、圧電アクチュエタの作動を高速化することもてきる。

また、プランジャを固定し、支持材を移動可能にした場
合も、上記と同様の作用効果を得ることかできる。

（へ）　実施例 本発明の実施例を図面にもとづき詳説すれば、第１図及
び第２図中、（Ａ）は圧電アクチュエータを示ｌ−１固
定された支持材（ｈ）に圧電素子（Ｔ３）を固着し、同
圧電素子（Ｂ）の内部に被駆動体としての支持材（ｈ）
を軸線方向に進退自在に挿通させている。

圧電素子（１１）は、略円筒状の外側圧電素子（ｒ）１
）と、同素子（Ｂ１）の内部に挿入した略円筒状の内側
圧電素子（１’３２）とで構成されている。

外側圧電素子（Ｂ（）は、両端部に配設したクランプ用
圧電素子（ｃ１）（ｒ１）と、中央部に配設したストロ
ーク用圧電素子（ｇ１）とで、一体の略円筒状に構成さ
れており、同圧電素子（Ｂ１）の外周面中央部を支持材
（ｈ）に固着している。

内側圧電素子（Ｂ２）は、クランプ用圧電素子（ｅ２）
（「２）とストローク用圧電素子（ｇ１）とて、外側圧
電素子（旧）と略同様に構成されており、直径及び全長
を外側圧電素子（旧）よりもやや小型にして、外側圧電
素子（Ｂ１）中に挿入できるようにしており、同圧電素
子（Ｂ２）の内周面中央部に、略バイブ状の絶縁材（１
）を介し、内側圧電素子（Ｂ２〉を挿通した支持材（ｈ
）の外周面中央部を固着している。

また、各圧電素子（ｅ１）（ＩＮ）（ｇ１）（ｅ２）（
ｒ２）（ｇ１）の内・外周面には、−利の膜状電極（ｐ
）　（ｐ）を固着しており、上記電極（ｐ）（ｐ）を介
し、各クランプ用圧電素子（ｃ１）　（「１）（Ｂ２）
　（ｆ２）に正（逆）電圧を印加すると縮（拡）径し、
各ストローク用圧電素子（ｇ１）（Ｂ２）に正（逆）電
圧を印加すると軸線方向に伸長（短縮）する。

また、内側圧電素子（Ｂ２）の両端部に位置したクラン
プ用圧電素子（Ｂ２）（ｆ２）の外周面に、それぞれク
ランプ部＋４’（ｋ）（＋）を固設して、各圧電素子（
Ｂ２）（「２）を拡径させたとき、同りランプ部祠’（
ｋ）（＋）で外側圧電素子（旧）の内周面をクランプす
るようにしている。

かかる圧電アクチュエータ（Ａ）は、後述する制御装置
（Ｃ）から、駆動プログラムに従って印加される電圧に
よって作動するものであり、支持材（ｈ）の作動につい
て、第３図〜第８図を参照して説明する。

■　初期状態において、外側圧電素子（旧）のクランプ
用圧電素子（ｅ１）（「１）に正電圧を印加して縮径さ
せると共に、内側圧電素子（Ｂ２）のクランプ用圧電素
子（Ｂ２）（ｆ２）に逆電圧を印加して拡径させて、２
個のクランプ部＋４’（ｋ）（１）で支持材（ｈ）の固
定状態を保持している（第３図）。

■　外側圧電素子（ｎｔ）のクランプ用圧電素子（ｒ１
）に逆電圧を印加して拡径させ、内側圧電素子（Ｂ２）
のクランプ用圧電素子（ｒ１）に正電圧を印加して縮径
させて、クランプ部Ｈ（ｋ）のクランプ状態を保持した
ままで、クランプ部４イ（１）をフリーにする（第４図
）。

、ｈ記のように、外側圧電素子（Ｂ１）のクランプ用圧
電素子（ｒ１）を縮径させ、これに対向した内側圧電素
子（Ｂ２）のクランプ用圧電素子（ｒ１）を拡径させる
ことにより、個々の圧電素子の作動量が小さいという欠
点が補われ、内側圧電素子（Ｒ２）に連設したクランプ
部材（ｋ）と外側圧電素子（Ｂ１）内周面間のクランプ
か強力に行われ、支持材（ｈ）の滑りを防止することが
できる。

■　外側圧電素子（Ｂ１）のストローク用圧電素子（ｇ
１）に逆電圧を印加して短縮させ、内側圧電素子（Ｂ２
）のストローク用圧電素子（Ｂ２）に正電圧を印加して
伸長させて、支持材（ｈ）を右方向に移動させる（第５
図）。

上記のように、外側圧電素子（Ｂ１）のストローク用圧
電素子（ｇ（）を短縮させ、内側圧電素子（Ｂ２）のス
トローク用圧電素子（Ｂ２）を伸長させることで、−回
の動作で個々の圧電素子の作動量の約２倍の距離を移動
させることができる。

■　外側圧電素子（Ｂ１）のクランプ用圧電素子（ｒ１
）に正電圧を印加して縮径させ、内側圧電素子（１３２
）のクランプ用圧電素子（ｒ１）に逆電圧を印加して拡
径させて、両方のクランプ部材（ｋ）（１）で外側圧電
素子（旧）内周面をクランプして、支持材（ｈ）を右方
向に１ストロークたけ移動させた状態で固定する（第６
図）。

■　外側圧電素子（旧〉のクランプ用圧電素子（ｅ１）
に逆電圧を印加して拡径させ、内側圧電素子（Ｂ２）の
クランプ用圧電素子（Ｂ２）に正電圧を印加して縮径さ
せて、クランプ部材（ｋ）をフリーにし、クランプ部材
（１）だけで支持材（ｈ）をクランプする（第７図）。

■　外側圧電素子（旧）のストローク用圧電素子（ｇ１
）に正電圧を印加して伸長させ、内側圧電素子（Ｂ２）
のストローク用圧電素子（Ｂ２）に逆電圧を印加して短
縮させて、支持材（ｈ）を右方向に移動させる（第８図
）。

■　■の初期状態に復帰させる。（第３図）その後、■
〜■の動作を繰り返すことにより、支持材（ｈ）をμｍ
オーダ或はサブμｍオーダのストロークで尺とり生状に
移動させることができ、支持材（ｈ）先端に連結した各
種装置を精密に作動させることができる。

上記のように、初期状態では２個のクランプ部材（ｋ）
（＋）で支持材（ｈ）をクランプし、作動状態では、外
側圧電素子（旧）のクランプ用圧電素子（ｅ１）（ｒ１
）を縮径させ、これに対向した内側圧電素子（Ｂ２）の
クランプ用圧電素子（８２）（ｒ１）を拡径させること
により、個々の圧型素子の作動量が小さいという欠点が
補われ、内側圧電素子（Ｂ２）に連設したクランプ部材
（ｋ）（１）と外側圧電素子（旧）内周面間のクランプ
が強力に行われ、支持材（ｈ）の初期状態及び作動中の
クランプ状態を確実にすることができる。

また、２個のストローク用圧電素子（ｇ（）（ｇ２）の
伸長・短縮を利用（７て支持材（ｈ）を移動させるので
高速作動が可能になる。

かかる圧電アクチュエータ（Ａ）の作動は、第９図で示
す制御装置（Ｃ）で制御されており、同装置（Ｃ）は、
マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）　、人出力インターフェ
ース（１）（０）、駆動プログラムを記憶したメモリ（
Ｍ）によって構成されており、人力インタフェース（１
）には、支持材（ｈ）を作動させるためのスイフチ（Ｓ
ｗ）が接続し、出力インターフェース（０）には、駆動
回路（Ｄ）を介して外側、内側圧電素子（旧）　（＋３
２）のクランプ用及びストローク用圧電素Ｔ−（０１）
（ｆ　Ｉ）（ｇ１）　（ｃ２）　（ｆ２）　（ｇ２）カ
接続Ｌ　Ｔ：いる。

そして、スイッチ（Ｓｖ）から支持材（ｈ）への制御指
令が制御装置（Ｃ）に人力すると、駆動プログラムにし
たがってパルス状の駆動電圧か出力され、前記のように
支持材（ｈ）を作動させることができる。

また、上記実施例において、支持材（ｈ）及び各圧電素
子（＋３１．）（Ｂ２）を円筒形状としているが、かか
る形状の他に、支持材（ｈ）及び各圧電素子（旧）　（
Ｂ２）を角形断面及び角パイプ状に形成することができ
る。

また、上記実施例においては、支持材（ｈ）を固定し、
支持材（ｈ）を移動させるようにしているが、上記とは
逆に、支持材（ｈ）を固定し、支持材（ｈ）を移動自在
に構成して、支持材（ｈ）側を作動させるようにするこ
とができる。

上記の圧電アクチュエータ（Ａ）は、支持材（ｈ）の先
端に、各種機器を連結して同機器を極めて疋確に制御す
ることができる。

第１０図は、上記の圧電アクチュエータ（Ａ）をダイヤ
フラム弁ｍの作動制御に適用して、同ダイヤフラム弁（
■）の開閉及び流量調整を行わせるようにしたものを示
している。

図中、（１）は弁本体、（２）は流入路、（３）は流出
路、（４）は主井座、（５）は主弁体、（６）はパイロ
ット弁座、（７）はダイヤプラム、（８）はオリフィス
、（９）は支持材（ｈ）の先端に連設されたパイロット
弁体を示しており、支持材（ｈ）の作動量を微少ｔ１を
位で制御できることから、パイロット井体（９）の泣置
か精密に制御され、したがって、パイロット弁体（９〉
を追従して作動する主弁体（５〉の位置も精留になり、
精密な流量調整を行うことができ、前述したように、圧
電アクチュエタ（Ａ）の初期状態及び作動中における支
持材（ｈ）のクランプ状態が確実であり、支持材（ｈ）
の高速作動が可能であるから、ダイヤフラム弁（ｖ）に
精密かつ迅速な作動を行わせることかできる。

きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧電アクチュエータの断面説明図
、第２図は第１図Ｉ−Ｉ線断面図、第３図〜第８図は圧
電アクチュエータの作動順序を示す説明図、第９図は制
御装置の構成を示すブロック図、第１０図は流量調整弁
の断面説明図。 （Ａ）：圧電アクチュエータ （■）：圧電素子 （旧〉：外側圧電素子 （Ｂ２）　：内側圧電素子 （Ｐ）ニブランジャ （ｃ１）（ｆ　１）　（ｅ２）（ｆ２）　：クランプ用
圧電素子（ｇ１）（ｇ２）　ニスＩ・ローフ用圧電素子
（ｈ）二支持材 （ｋ）（＋）　：クランプ部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）軸線方向に進退自在に設けたプランジャと、ストロ
   ーク用とクランプ用圧電素子を備え、各圧電素子に印加
   した繰返し電圧により各圧電素子を伸縮させて、プラン
   ジャを移動させるようにした圧電アクチュエータにおい
   て、 外側、内側圧電素子（Ｂ１）（Ｂ２）をそれぞれ筒状に
   形成し、外側圧電素子（Ｂ１）中に内側圧電素子（Ｂ２
   ）を配設して、各圧電素子（Ｂ１）（Ｂ２）の両端部に
   それぞれクランプ用圧電素子（ｅ１）（ｆ１）（ｅ２）
   （ｆ２）を形成し、各中央部にそれぞれストローク用圧
   電素子（ｇ１）（ｇ２）を形成して、内側圧電素子（Ｂ
   ２）のクランプ用圧電素子（ｅ２）（ｆ２）の外周面に
   固着したクランプ部材（ｋ）（ｌ）を外側圧電素子（Ｂ
   １）のクランプ用圧電素子（ｅ１）（ｆ１）の内周面に
   ２）請求第１項記載の圧電アクチュエータにおいて、プ
   ランジャ（Ｐ）を固定し、支持材（ｈ）を移動可能にし
   たことを特徴とする圧電アクチュエータ。