JPH0478383A - 微小変位拡大機構 - Google Patents
微小変位拡大機構Info
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- JPH0478383A JPH0478383A JP18706290A JP18706290A JPH0478383A JP H0478383 A JPH0478383 A JP H0478383A JP 18706290 A JP18706290 A JP 18706290A JP 18706290 A JP18706290 A JP 18706290A JP H0478383 A JPH0478383 A JP H0478383A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 11
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 abstract description 6
- 230000008602 contraction Effects 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 10
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- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
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- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
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Landscapes
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
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。
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、バルブ・アクチュエータ等に適用される微小
変位の拡大機構に関する。
変位の拡大機構に関する。
(従来の技術)
圧電素子を使用したアクチュエータは、ソレノイド・バ
ルブを用いたアクチュエータに比べ高速応答、印加電圧
に略比例した発生変位、小型軽量等の特長を持つ反面、
発生変位が微小である。このため、アクチュエータとし
て使用する際には、良好な動特性を有する変位拡大機構
を必要とする。
ルブを用いたアクチュエータに比べ高速応答、印加電圧
に略比例した発生変位、小型軽量等の特長を持つ反面、
発生変位が微小である。このため、アクチュエータとし
て使用する際には、良好な動特性を有する変位拡大機構
を必要とする。
この種の変位拡大機構として、入出カビストンの断面積
差を利用して微小変位を拡大する従来技術の一例を、第
3図に示す。
差を利用して微小変位を拡大する従来技術の一例を、第
3図に示す。
同図において、1aは入力側ピストン、2aは出力側ピ
ストン、3aはシリンダ、13は入力端ピストン1aの
発生する入力変位を出力側ピストン2aに伝える作動流
体、5は出力側ピストンに復元力を与えるばね、14は
作動流体13をシリンダ3aに封入しておくためのOリ
ングである。また、6はばね5の復元力を調整するため
の復元力調整ボルト、7は入力側ピストン1aに微小変
位を与える圧電素子、12は圧電素子7を収容する圧電
素子収容部材、8は圧電素子7を固定する座金、9は座
金8を介して圧電素子7に適正な予荷重を与えるための
予荷重調整ボルト、10は予荷重調整ボルトの位置を固
定するためのロックナツトである。また、]1は圧電素
子7を駆動するための電線で、外部の駆動回路に接続さ
れている。
ストン、3aはシリンダ、13は入力端ピストン1aの
発生する入力変位を出力側ピストン2aに伝える作動流
体、5は出力側ピストンに復元力を与えるばね、14は
作動流体13をシリンダ3aに封入しておくためのOリ
ングである。また、6はばね5の復元力を調整するため
の復元力調整ボルト、7は入力側ピストン1aに微小変
位を与える圧電素子、12は圧電素子7を収容する圧電
素子収容部材、8は圧電素子7を固定する座金、9は座
金8を介して圧電素子7に適正な予荷重を与えるための
予荷重調整ボルト、10は予荷重調整ボルトの位置を固
定するためのロックナツトである。また、]1は圧電素
子7を駆動するための電線で、外部の駆動回路に接続さ
れている。
このような微小変位機構では、圧電素子7により入力側
ピストン1aに微小変位を与えると、この変位が作動流
体]3を介して出力側ピストン2aから取り出される。
ピストン1aに微小変位を与えると、この変位が作動流
体]3を介して出力側ピストン2aから取り出される。
このとき、入力側ピストン1aの断面積を出力側ピスト
ン2aの断面積よりも大きくしておけば、出力側ピスト
ン2aには変位が拡大して取り出されることになる。
ン2aの断面積よりも大きくしておけば、出力側ピスト
ン2aには変位が拡大して取り出されることになる。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、この種の微小変位機構にあっては次のよ
うな問題があった。即ち、第3図のような作動流体を用
いた方式では、作動流体を封入しておくためにOリング
が必要不可欠の構成要素である。この0リングを使用し
た場合、繰り返し微小変位を受けるような条件下では、
0リングの磨耗等のため液封が不完全になる虞れがある
。また、作動流体封止時に混入する気泡やOリングの弾
性変形により、入力側ピストンの微小入力変位が吸収さ
れてしまい、入力した変位が出力側ピストンに十分に伝
わらないという問題かあった。
うな問題があった。即ち、第3図のような作動流体を用
いた方式では、作動流体を封入しておくためにOリング
が必要不可欠の構成要素である。この0リングを使用し
た場合、繰り返し微小変位を受けるような条件下では、
0リングの磨耗等のため液封が不完全になる虞れがある
。また、作動流体封止時に混入する気泡やOリングの弾
性変形により、入力側ピストンの微小入力変位が吸収さ
れてしまい、入力した変位が出力側ピストンに十分に伝
わらないという問題かあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、0リングの使用に起因する信頼
性の低下をなくし、且つ気泡やOリングの弾性変形によ
る変位の吸収をなくすことができ、変位拡大時の損失が
少ない信頼性の高い微小変位拡大機構を提供することに
ある。
の目的とするところは、0リングの使用に起因する信頼
性の低下をなくし、且つ気泡やOリングの弾性変形によ
る変位の吸収をなくすことができ、変位拡大時の損失が
少ない信頼性の高い微小変位拡大機構を提供することに
ある。
(課題を解決するための手段)
上述した目的を達成するために本発明では、入力側ピス
トンの入力変位を出力側ピストンに伝える伝達材として
、従来の作動流体に変えてゴム状弾性体を用いることに
した。
トンの入力変位を出力側ピストンに伝える伝達材として
、従来の作動流体に変えてゴム状弾性体を用いることに
した。
即ち本発明は、一端側開口が他端側開口よりも大径に形
成されたシリンダ部を有する圧力室構成部材と、微小変
位を発生するアクチュエータに取り付けられ、前記シリ
ンダ部の一端側に微小間隙を持って進退自在に挿入され
た入力側ピストンと、前記シリンダ部の他端側に微小間
隙を持って進退自在に挿入された出力側ピストンと、前
記シリンダ部及び第1.第2のピストンで囲まれた圧力
室内に充填されたゴム状弾性体とを具備してなることを
特徴としている。
成されたシリンダ部を有する圧力室構成部材と、微小変
位を発生するアクチュエータに取り付けられ、前記シリ
ンダ部の一端側に微小間隙を持って進退自在に挿入され
た入力側ピストンと、前記シリンダ部の他端側に微小間
隙を持って進退自在に挿入された出力側ピストンと、前
記シリンダ部及び第1.第2のピストンで囲まれた圧力
室内に充填されたゴム状弾性体とを具備してなることを
特徴としている。
また、本発明は、前記出力側ピストンの圧力室側端面を
円錐形状にして直径の1倍以上の高さとしたことを特徴
としている。さらに、本発明は、上記した構成に加え、
ゴム状弾性体内にゴム状弾性体よりも高い体積弾性率を
有する充填材を、−様に分散させたことを特徴としてい
る。
円錐形状にして直径の1倍以上の高さとしたことを特徴
としている。さらに、本発明は、上記した構成に加え、
ゴム状弾性体内にゴム状弾性体よりも高い体積弾性率を
有する充填材を、−様に分散させたことを特徴としてい
る。
(作用)
アクチュエータの発生する微小変位が入力側ピストンに
与えられると、この微小変位分だけ圧力室内のゴム状弾
性体が力を受ける。圧力室内でのゴム状弾性体は、出力
側ピストンのある方向にしか変形できないようになって
おり、このため出力側ピストンはゴム状弾性体に押され
て変位が出力される。
与えられると、この微小変位分だけ圧力室内のゴム状弾
性体が力を受ける。圧力室内でのゴム状弾性体は、出力
側ピストンのある方向にしか変形できないようになって
おり、このため出力側ピストンはゴム状弾性体に押され
て変位が出力される。
このとき、出力側ピストンの断面積は入力側ピストンの
断面積と比べ小さいため、出力側ピストンの変位が入力
側ピストンの変位に比べ大きくなり、変位が拡大される
。しかも、ゴム状弾性体を用いることからOリングを用
いる必要かなくなり、Oリングの使用に起因する問題を
解決することが可能となる。
断面積と比べ小さいため、出力側ピストンの変位が入力
側ピストンの変位に比べ大きくなり、変位が拡大される
。しかも、ゴム状弾性体を用いることからOリングを用
いる必要かなくなり、Oリングの使用に起因する問題を
解決することが可能となる。
また、出力側ピストンの圧力室側端面を円錐形状とする
ことで、ゴム状弾性体の変形を効率良く出力側ピストン
の変位として伝達できる。
ことで、ゴム状弾性体の変形を効率良く出力側ピストン
の変位として伝達できる。
さらに、ゴム状弾性体内にこれよりも高い体積弾性率を
有する充填材を一様に分散させることにより、出力側ピ
ストンに作用する荷重に変動が生じてもゴム状弾性体の
変形を小さくすることが可能となる。
有する充填材を一様に分散させることにより、出力側ピ
ストンに作用する荷重に変動が生じてもゴム状弾性体の
変形を小さくすることが可能となる。
(実施例)
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1の実施例に係わる微小変位拡大a
1構の概略構成を示す断面図である。
1構の概略構成を示す断面図である。
同図において、第3図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。
、その詳しい説明は省略する。
1は入力側ピストン、2は出力側ピストン、3はシリン
ダ部を有する圧力室構成部材であり、圧力室構成部材3
のシリンダ部は左側開口か絞り込まれて右側開口よりも
小径となっている。
ダ部を有する圧力室構成部材であり、圧力室構成部材3
のシリンダ部は左側開口か絞り込まれて右側開口よりも
小径となっている。
シリンダ部の右側開口には入力側ピストン1が微小間隙
を持って進退自在に挿入され、左側開口には出力側ピス
トン2が微小間隙を持って進退自在に挿入されている。
を持って進退自在に挿入され、左側開口には出力側ピス
トン2が微小間隙を持って進退自在に挿入されている。
圧力室構成部材3.入力側ピストン1及び出力側ピスト
ン2で囲まれた圧力室内にはゴム状弾性体4か充填され
ている。ここで、ゴム状弾性体4としては、例えばEP
ゴム(エチレンプレピレンゴム)を使用した。また、ゴ
ム状弾性体4の変形を効率良く出力側ピストン2の変位
として伝達できるように、出力側ピストン2の圧力室側
端面を円錐形状にして直径の1倍以上の高さとしている
。
ン2で囲まれた圧力室内にはゴム状弾性体4か充填され
ている。ここで、ゴム状弾性体4としては、例えばEP
ゴム(エチレンプレピレンゴム)を使用した。また、ゴ
ム状弾性体4の変形を効率良く出力側ピストン2の変位
として伝達できるように、出力側ピストン2の圧力室側
端面を円錐形状にして直径の1倍以上の高さとしている
。
このような構成において、ゴム状弾性体4に接する入力
側ピストン1の断面積をAl1同じくゴム状弾性体4に
接する側の出力側ピストン2の断面積をA2とする。但
し、A、>A2とする。圧電素子7の発生する変位によ
り、入力側ピストン1がゴム状弾性体4を圧縮する向き
に81だけ変位したとき、ゴム状弾性体4が収縮しない
とすれば、入力側ピストン1が押し退ける体積V、は V、−A、XS、 ・・・■で表わさ
れる。
側ピストン1の断面積をAl1同じくゴム状弾性体4に
接する側の出力側ピストン2の断面積をA2とする。但
し、A、>A2とする。圧電素子7の発生する変位によ
り、入力側ピストン1がゴム状弾性体4を圧縮する向き
に81だけ変位したとき、ゴム状弾性体4が収縮しない
とすれば、入力側ピストン1が押し退ける体積V、は V、−A、XS、 ・・・■で表わさ
れる。
ゴム状弾性体4が収縮しなければ、出力側ピストン2の
出力変位S2は AHXS、−A2 x!S2 ・・・■から S2 − (AI /A2 )X S、
・・・■で表わされる。ここで、A、>A2である
から、S2はSlより大きくなり、出力側ピストン2の
変位S2は入力側ピストン1の変位S1に比べて拡大さ
れる。実際には、ゴム状弾性体4の圧縮性等の影響から
、効率をη(く1)とすれば、 S2−ηX (A 1/ A2 ) X S 1
・・・■となる。
出力変位S2は AHXS、−A2 x!S2 ・・・■から S2 − (AI /A2 )X S、
・・・■で表わされる。ここで、A、>A2である
から、S2はSlより大きくなり、出力側ピストン2の
変位S2は入力側ピストン1の変位S1に比べて拡大さ
れる。実際には、ゴム状弾性体4の圧縮性等の影響から
、効率をη(く1)とすれば、 S2−ηX (A 1/ A2 ) X S 1
・・・■となる。
以上から、ゴム状弾性体4は、出力側ピストン2を押し
出すだけの変形が生じる程度に柔らかく、入力側ピスト
ン1によってゴム状弾性体4に与えられる微小変位をゴ
ム状弾性体4自身で吸収しない程度に硬くなるように、
硬度を選ぶことで上述のような変位拡大機構が実現され
る。
出すだけの変形が生じる程度に柔らかく、入力側ピスト
ン1によってゴム状弾性体4に与えられる微小変位をゴ
ム状弾性体4自身で吸収しない程度に硬くなるように、
硬度を選ぶことで上述のような変位拡大機構が実現され
る。
このように本実施例によれば、作動流体13の代わりに
ゴム状弾性体4を用いているので、0リング等の液封部
を必要としなくなり、変位拡大時の損失を少なくできる
と共に信頼性の向上をはかることができる。また、流体
より高い弾性率による高速応答、大荷重支持が可能とな
る利点もある。
ゴム状弾性体4を用いているので、0リング等の液封部
を必要としなくなり、変位拡大時の損失を少なくできる
と共に信頼性の向上をはかることができる。また、流体
より高い弾性率による高速応答、大荷重支持が可能とな
る利点もある。
第2図は本発明の第2の実施例の概略構成を示す断面図
である。なお、第1図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。
である。なお、第1図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。
この実施例が先に説明した第1の実施例と異なる点は、
ゴム状弾性体4内にゴム状弾性体4よりも体積弾性係数
の高い充填材4aを一様に分散させたことにある。
ゴム状弾性体4内にゴム状弾性体4よりも体積弾性係数
の高い充填材4aを一様に分散させたことにある。
このような構成であっても、出力側ピストン2の変位S
2は先の0式のようになり、入力側ピストン1の変位を
拡大することができる。これに加えて本実施例では、ゴ
ム状弾性体4よりも高い弾性係数を有する充填材4aを
一様に分散させていることから、仮に出力側ピストン2
において荷重変動が生じても、ゴム状弾性体4に変形を
起こし難い。
2は先の0式のようになり、入力側ピストン1の変位を
拡大することができる。これに加えて本実施例では、ゴ
ム状弾性体4よりも高い弾性係数を有する充填材4aを
一様に分散させていることから、仮に出力側ピストン2
において荷重変動が生じても、ゴム状弾性体4に変形を
起こし難い。
即ち、充填材4aの1個の体積を■、ゴム状弾性体4内
に分散した充填材4aの総数をn個、圧力室の容量をV
。とおけば、このときのゴム状弾性体4の体積■は V=V(1−nXv ・−・■で表わ
される。一方、体積弾性係数には定義から次式で表わさ
れる。
に分散した充填材4aの総数をn個、圧力室の容量をV
。とおけば、このときのゴム状弾性体4の体積■は V=V(1−nXv ・−・■で表わ
される。一方、体積弾性係数には定義から次式で表わさ
れる。
K−ΔP/(ΔV/V) ・・・■ここで
、ΔPは出力側ピストン2に帯する荷重変位に伴うゴム
状弾性体4の圧力変化、△Vは圧力変化ΔPによるゴム
状弾性体4の体積変化である。0式から、 ΔV−ΔP X V / K ・・・■
となる。■式に0式を代入して整理すれば次式を得る。
、ΔPは出力側ピストン2に帯する荷重変位に伴うゴム
状弾性体4の圧力変化、△Vは圧力変化ΔPによるゴム
状弾性体4の体積変化である。0式から、 ΔV−ΔP X V / K ・・・■
となる。■式に0式を代入して整理すれば次式を得る。
ΔV−Δpx (Vo−nXv)/に
一ΔPVo/に一ΔP n v / K−・・■充填材
4aの体積弾性係数は、ゴム状づφ性体4のみの体積弾
性係数より大きい。このため、圧力変化ΔPに対する充
填材4aの体積変化を無視できるとすれば、充填材4a
を入れていない(即ち0式でn−0)ゴム状弾性体のみ
の場合に比べ、出力側ピストン2に対する荷重変動に起
因するゴム状弾性体4の体積変化ΔVは、ΔP n v
/ Kだけ緩和されることになる。
4aの体積弾性係数は、ゴム状づφ性体4のみの体積弾
性係数より大きい。このため、圧力変化ΔPに対する充
填材4aの体積変化を無視できるとすれば、充填材4a
を入れていない(即ち0式でn−0)ゴム状弾性体のみ
の場合に比べ、出力側ピストン2に対する荷重変動に起
因するゴム状弾性体4の体積変化ΔVは、ΔP n v
/ Kだけ緩和されることになる。
従って本実施例では、先の第1の実施例と同様の効果が
得られるのは勿論のこと、出力側ピストン2に荷重変動
が生じても、その影響を緩和できるため、変位拡大効率
の向上が期待できる利点がある。
得られるのは勿論のこと、出力側ピストン2に荷重変動
が生じても、その影響を緩和できるため、変位拡大効率
の向上が期待できる利点がある。
(発明の効果)
以上説明したように発明によれば、作動流体の代わりに
ゴム状弾性体を用いているので、0リングの使用に起因
する信頼性の低下をなくし、且つ気泡やOリングの弾性
変形による変位の吸収をなくすことができ、変位拡大時
の損失が少ない信頼性の高い微小変位拡大機構を実現す
ることが可能となる。
ゴム状弾性体を用いているので、0リングの使用に起因
する信頼性の低下をなくし、且つ気泡やOリングの弾性
変形による変位の吸収をなくすことができ、変位拡大時
の損失が少ない信頼性の高い微小変位拡大機構を実現す
ることが可能となる。
第1図は本発明の第1の実施例に係わる変位拡大機構の
概略構成を示す断面図、第2図は本発明の第2の実施例
の概略構成を示す断面図、第3図は従来の変位拡大機構
の概略構成を示す断面図である。 1・・・入力側ピストン、 2・・・出力側ピストン、 3・・・圧力室構成部材、 4・・・ゴム状弾性体、 4a・・・充填材、 5・・・ばね、 6・・復元力調整ボルト、 7・・・圧電素子、 8・・座金、 9・・・予荷重調整ボルト、 10・・・ロックナツト、 11・・・電線、 12・・・圧電素子収容部材。
概略構成を示す断面図、第2図は本発明の第2の実施例
の概略構成を示す断面図、第3図は従来の変位拡大機構
の概略構成を示す断面図である。 1・・・入力側ピストン、 2・・・出力側ピストン、 3・・・圧力室構成部材、 4・・・ゴム状弾性体、 4a・・・充填材、 5・・・ばね、 6・・復元力調整ボルト、 7・・・圧電素子、 8・・座金、 9・・・予荷重調整ボルト、 10・・・ロックナツト、 11・・・電線、 12・・・圧電素子収容部材。
Claims (3)
- (1)一端側開口が他端側開口よりも大径に形成された
シリンダ部を有する圧力室構成部材と、微小変位を発生
するアクチュエータに取り付けられ、前記シリンダ部の
一端側に微小間隙を持って進退自在に挿入された入力側
ピストンと、前記シリンダ部の他端側に微小間隙を持っ
て進退自在に挿入された出力側ピストンと、前記シリン
ダ部及び第1、第2のピストンで囲まれた圧力室内に充
填されたゴム状弾性体とを具備してなることを特徴とす
る微小変位拡大機構。 - (2)前記出力側ピストンの圧力室側端面は円錐形状で
あり、この円錐部の高さを該円錐底部の直径よりも大き
くしたことを特徴とする請求項1記載の微小変位拡大機
構。 - (3)一端側開口が他端側開口よりも大径に形成された
シリンダ部を有する圧力室構成部材と、微小変位を発生
するアクチュエータに取り付けられ、前記シリンダ部の
一端側に微小間隙を持って進退自在に挿入された入力側
ピストンと、前記シリンダ部の他端側に微小間隙を持っ
て進退自在に挿入され、且つシリンダ部側端面を円錐形
状にして直径の1倍以上の高さとした出力側ピストンと
、前記シリンダ部及び第1、第2のピストンで囲まれた
圧力室内に充填されたゴム状弾性体と、このゴム状弾性
体よりも高い体積弾性率を有し、該ゴム状弾性体内に一
様に分散された充填材とを具備してなることを特徴とす
る微小変位拡大機構。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18706290A JPH0478383A (ja) | 1990-07-17 | 1990-07-17 | 微小変位拡大機構 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18706290A JPH0478383A (ja) | 1990-07-17 | 1990-07-17 | 微小変位拡大機構 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0478383A true JPH0478383A (ja) | 1992-03-12 |
Family
ID=16199488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18706290A Pending JPH0478383A (ja) | 1990-07-17 | 1990-07-17 | 微小変位拡大機構 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0478383A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008045672A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-02-28 | Cci Corp | 防火アタッチメント |
JP2008069958A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-03-27 | Cci Corp | 防火アタッチメント |
CN109569955A (zh) * | 2017-09-29 | 2019-04-05 | 精工爱普生株式会社 | 位移放大机构以及使用了该位移放大机构的液体喷射装置 |
US10518532B2 (en) | 2017-11-30 | 2019-12-31 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejecting apparatus |
GB2578173A (en) * | 2018-10-16 | 2020-04-22 | Intumescent Systems Ltd | Pipe seal |
GB2579379A (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-24 | Intumescent Systems Ltd | Pipe seal |
-
1990
- 1990-07-17 JP JP18706290A patent/JPH0478383A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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