JPH01202179A - 微小距離無段階駆動式アクチュエータ - 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、各種装置を作動するために用いる微小距離無
段階駆動式アクチュエータに関する。

（ロ）従来の技術 従来、高精度の位置決めを行い、各種装置や機械等の動
作を精密に制御することができる手段として、圧電アク
チュエータやステッピングリニヤモータ等の微小距離無
段階駆動式アクチュエータが知られている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかし、かかるアクチュエータにおいて、例えば、開閉
弁に用いられた場合、停電時等において、プランジャは
弁開位置において停止することが考えられる。

かかる状態をそのまま放置することは、流体等の被搬送
物を流しっばなしにすることになり、また、被１般送物
によっては危険な事故につながる場合もある。

本発明は、上記問題点を解決することができる微小距離
無段階駆動式アクチュエータを提供することを目的とす
る。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は、アクチュエータケーシング内に、軸線に沿っ
て微小距離ずつ無段階で進退自在にプランジャを取付け
た微小距離無段階式アクチュエータにおいて、プランジ
ャを押圧又は回転して前方向に移動させる手動復帰部を
設けたことを特徴とする微小距離無段階駆動式アクチュ
エータに係るものである。

なお、ここで、微小距離無段階駆動式アクチュエータと
は、積層式圧電アクチュエータ、圧電バイモルフアクチ
ュエータ、ステッピングリニヤモータ、圧電リニヤモー
タ、超音波リニヤモータ、超音波モータ（回転式）と回
転ねじの組み合わせ、ステッピングモータ（回転式）と
回転ねじとの組み合わせ等をいう。

（ホ）作用及び効果 以上述べてきた構成により、本発明は、以下の作用及び
効果を奏する。

本発明では、プランジャを押圧又は回転して前方向に移
動させる手動復帰部を設けたので、停電時等においては
、同手動復帰部を押圧するか回転することによりプラン
ジャを開閉弁等の全閉位置に移動することができ、被搬
送物等の流出を迅速に防止して、流出による損失や事故
等を未然に防止することができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を具体的
に説明する。

第１図に本実施例に係る微小距離無段階駆動式アクチュ
エータの一形態をなす圧電アクチュエータＡの構成を示
す。

図示するように、アクチュエータＡは、前後壁ａ、ｂを
具備する筒状のアクチュエータケーシングＣ内に、同心
円的にかつ軸線に沿って進退自在にプランジャｄを取付
け、さらに、プランジャｄの外周面上に、同心円的に、
４つの圧電素子ｅ、ｆ。

ｇ＋ｈからなる圧電素子組立体Ｂを配設することによっ
て構成している。

また、図示の実施例において、圧電素子ｇ＋１１は、ア
クチュエータケーシングａの中央部に配設されており、
前壁ａに基端を固定した保持具Ｈの先端に固着されてい
る。

また、ＩＩＪ　はその基端を圧電素子ｇ＋ｈに固着する
とともにその先端を前後壁ａ、ｂに向けて伸延する片持
ち梁状の弾性ブリッジである。

そして、同弾性ブリッジｉ、ｊ　の先端は、その外周面
に圧電アクチュエータｅ、ｆを取付けるとともに、その
内周面に、ブレーキシューに、Ｉを固着している。

そして、この圧電素子ｅ＋Ｌｇ＋ｈは、電源をオフした
際に縮むように構成されている。

即ち、圧電素子ｅ、ｆは、通電状態では伸びて、その内
径を拡径してプランジャｄのクランプを解除するととも
に、通電していない状態では縮んで内径を縮径してプラ
ンジャｄをクランプする。

一方、圧電素子ｇ＋ｈは、通電状態ではプランジャｄ上
を軸線方向に伸びた状態にあり、非通電状態では、プラ
ンジャｄ上を縮み、その軸線方向の全長を短くすること
になる。

そして、プランジャｄは、かかる４つの圧電素子ｅ、ｆ
、ｇ、ｈへの電圧印加手順を後述する制御装置Ｃによっ
て制御することにより、軸線方向に移動することができ
る。

圧電素子ｅ、ｆ＋ｇ＋ｈは、第１図及び第２図に示すよ
うに、多数の圧電素子片をプランジャｄの軸芯方向に積
層して形成した円筒状の素子で、円筒の両端に電極が設
けられており、この両端に電圧を印加することにより、
伸びるように構成されている。

なお、圧電素子片は、例えば、圧電セラミックスを用い
ることができ、かかる圧電セラミックスとしては、ＡＢ
Ｏ３ペロブスカイト形の結晶構造をもつ強誘電材料であ
ってＰ　ＺＴ　（Ｐ　ｂ　（Ｚ　ｒ。

Ｔｉ）０３）系、やＰＬＺＴ　（Ｐｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ）
０３　〕、ＰＴ　（ＰｂＴｉ０３　）系、あるいはＰＺ
Ｔを基にした３成分系のものを用いることができる。

また、圧電素子ｅ　＋　ｆ　＋　ｇ　＋　ｈは、第３図
に示すように、多数の薄肉リング状の圧電素子片をプラ
ンジャｄの軸芯廻りに軸線方向に積層して形成すること
もできる。この場合、電圧の印加方向を９０度変えるこ
とになる。

また、第１図において、ｍはアクチュエータＡの水密性
を高めるために設けた摺動抵抗の少ないＵパツキンであ
る。

なお、上記構成において、圧電素子＋３　＋　ｆ　＋　
ｇ　＋　ｈは、円形断面のみでなく、例えば、矩形断面
等とすることもでき、また、第４図及び第５図に示す如
く、分割片から形成することもできる。

また、プランジャｄは、ブレーキシューに、ｌによって
多数回クランプされるものであるため、線膨張係数が小
さく、硬度、強度、耐クリープ性及び耐摩耗性が大きく
、さらに、加工精度が高いものが望ましく、例えば、セ
ラミック素材としたものが考えられる。

さらに、本実施例では、圧電アクチュエータＡは、第１
図に示すように、その後壁すの中央であって、プランジ
ャｄと対向する個所に、手動復帰部の一形態としての弾
性ゴム等からなる手動復帰ボタンｐを取付けている。そ
して、同手動復帰ボタンｐは、押圧することによってそ
の前面が前方に突出してプランジャｄの後端に当接し、
プランジャｄを圧電素子ｅ、ｆのクランプ力に抗して、
前方向に押圧移動することができる。

従って、停電時等において、プランジャｄが弁等を開け
た状態で停止した場合には、速やかに手動復帰ボタンｐ
を押して完全に閉弁して、未然に流出事故等を防止する
ことができる。

また、本実施例において、プランジャｄは、その先端に
縮径先端部ｑを形成しており、同先端部ｑは、その端面
面積（受圧面積）を、プランジャｄの断面積より著しく
小さいものとしている。

なお、縮径先端部ｑの先端には、弾性体が取付けられて
いる。

従って、後述するように弁等に用いた場合、受圧面積を
著しく小さくできるので、プランジャｄが受けるスラス
ト力を最小にして、プランジャｄの駆動へのスラスト力
のＬ’ｌＥを最小にすることができ、アクチュエータＡ
の正確な駆動が可能となる。

また、プランジャｄの段部を、プランジャｄが一定距離
前方向に移動した状態（例えば、全閉位置或いはそれよ
り僅かに進んだ位置）で前壁ａの後面と当接するように
しておけば、プランジャｄのそれ以上の前進を規制でき
、過度の前進に起因する開閉弁のダイヤフラム等の損傷
を確実に防止することができる。

また、第６図に、上記圧電アクチュエータＡを制御する
ための制御装置Ｃの構成を示している。

図示するように、制御装置Ｃは、マイクロプロセッサｒ
と、入出力インターフェースｓ、ｔと、上記圧電素子ｅ
１ＬｇＪの駆動順序プログラムを記憶したメモリＵとか
ら構成される。

ついで、かかる構成を有するアクチュエータＡによるプ
ランジャｄの移動について、第７図〜第９図を参照して
説明する。

第６図に示すアクチュエータ駆動ボタンＶを押すと、制
御装置Ｃが、メモリＵから読み出した駆動順序プログラ
ムに従って、第７図に示すように、圧電素子ｅの電圧の
印加を解除して縮めプランジャｄをクランプさせるとと
もに、圧電素子ｆに電圧を印加して伸ばしプランジャｄ
のクランプを解除する。

次に、第８図に示すように、圧電素子ｇ＋１１に電圧を
印加して伸ばすと、圧電素子ｅ、ｆが矢印方向に移動し
、これに伴って圧電素子ｅがクランプするプランジャｄ
も矢印方向に移動する。

その後、第９図に示すように、圧電素子ｅに電圧を印加
して伸ばしプランジャｄのクランプを解除するとととも
に、圧電素子ｇ＋ｈの印加電圧を解除すると、圧電素子
ｇ＋ｈは矢印方向に縮み、プランジャｄはさらに矢印方
向に移動する。

その後、上記動作を繰り返すことにより、プランジャｄ
を、μｍオーダ或いはサブμｍオーダのストロークで尺
とり生状に移動することができ、各種装置や機械等の精
密に動作させることができる。

しかして、本実施例で１よ、上述したように、圧電アク
チュエータＡは、手動゛復帰ボタンｐを取付けているの
で、停電時等において、プランジャｄが弁等を開けた状
態で停止した場合には、速やかに手動復帰ボタンｐを押
して完全に閉弁して、未然に流出事故等を防止すること
ができる。

即ち、第１０図に示すように、停電が発生すると（１０
０）　、停電検出回路が作動しく１０１）　、圧電素子
電源回路を遮断する（１０２）。これによって、圧電素
子ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈは全てオフとなって縮み、特に、圧電
素子ｅ、ｆは、プランジャｄをクランプしかつ同クラン
プ力を保持することになる（１０３）。

その後、手動復帰ボタンｐを押してプランジャｄをクラ
ンプ力に抗して進出して閉弁しく１０４）、流出事故等
を防止することができる（１０５）。

また、第１１図に本実施例にかかるアクチュエータＡの
適用例を示しており、湯水混合栓として機能する自動開
閉弁りにかかる圧電アクチュエータＡを応用した例であ
る。

第１１図において、１０は円筒状の箱体をなすケーシン
グであり、同ケーシング１０は、その−例側壁に、二つ
の一例流路１３．１４を形成している。

そして、−側流路１３．１４は湯水混合栓の給水流路及
び給湯流路として機能するものであり、その外側開口端
は、それぞれ給水配管１５と給湯配管１６と連通してい
る。

一方、−側流路１３．１４の内側開口端は、それぞれ、
ケーシング１０の両端に形成した隔室１７．１８と連通
している。

また、ケーシング１０の他側側壁には、両端開口のＴ字
状の他側流路２０が形成されている。

そして、かかる他側流路２０は、湯水混合栓の混合水流
路として機能するものであり、その外側開口端は、混合
水配管２１と連通しており、一方、その内側二股状開口
端は隔室１７．１８と連通している。

さらに、Ｔ字状筒体１９の内側二股状開口部には、それ
ぞれ弁座２２，２３が設けられており、同弁座２２゜２
３には、ケーシング１０内を軸線方向に進退して弁座２
２，２３と接離し、内側二股状開口端を開閉するダイア
フラム弁からなる弁体２４　、２５が配設されている。

さらに、ケーシング１０の両端には、それぞれ圧電アク
チュエータＡが取付られている。

そして、各圧電アクチュエータＡは、そのプランジャｄ
の先端を弁体２４．２５の後部と当接自在となし、弁体
２４，２５を開閉自在としている。

なお、第１１図において、３０は他側流路２０内に設け
た温度センサであり、混合水の温度を検出し、検出値を
第６図に示すような制御部にフィードバックして、制御
部に検出値に基づいて自動開閉弁の両アクチュエークＡ
をＰＩＤ制御等によって作動させ、適温制御を行うもの
である。

そして、かかる構成を有する自動開閉弁りの作動を、簡
単に説明すると、以下の如くなる。

即ち、温度センサ３０からの検出値を制御部にフィード
バックして、制御部に検出値に基づいて自動開閉弁りの
両圧電アクチュエータＡをそれぞれ別個に作動させると
、弁体２４，２５が設定開度で開閉して、−側流路１３
．１４から他側流路２０に流れる給水量と給湯ｆｆｌを
一定の混合割合で混合することができる。

そして、かかる作用において、弁体２４，２５は圧電ア
クチュエータＡによって作動するようにしているので、
流量制御をより確実に行うことができ、適温制御をより
確実に行うことができる。

また、かかる制御において、上記したように、停電時等
において、手動操作ボタンｑを押すことによってプラン
ジャｄを前方向に移動することができ、同移動によって
、自動開閉弁りを迅速に閉弁して、カランやシャワー等
への吐水を停止し、　。

吐水続行による流出損失や火傷事故等を確実に防止する
ことができる。

以上述べてきた如く、本実施例は、以下の作用及び効果
を奏する。

本実施例では、プランジャｄの後端と対向するアクチュ
エータケーシングａの後壁すの個所に、プランジャｄを
押圧して前方向に移動させる手動復帰ボタンｐを取付け
たので、停電時等においては、同手動復帰ボタンｐを押
すのみでプランジャｄを自動開閉弁り等の全閉位置に移
動することができ、被搬送物等の流出を迅速に防止して
、損失や火傷事故等を未然に防止することができる。

なお、本実施例では、手動復帰部としてボタンによるも
のを示したが、ボタンによらず、間部に押圧孔を設け、
直接プランジャｄの後端を押圧するようにしてもよ（、
圧電アクチュエータＡの後壁すを弾性材により形成し、
この後壁すを押すことによりプランジャーｄを間接的に
押圧するようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微小距離無段階駆動式アクチュエ
ータの一形態である圧電アクチュエータの断面側面図、
第２図は第１図１−１線による横断面図、第３図〜第５
図は他の実施例にかかる圧電素子の横断面図、第６図は
制御装置の構成説明図、第７図〜第９図はアクチュエー
タの作動状態説明図、第１０図は圧電アクチュエータの
停電時の動作説明図、第１１図は上記アクチュエータを
具備した自動開閉弁の断面側面図である。 図中、 Ａ：圧電アクチュエータ Ｂ：圧電素子組立体 Ｃ：制御装置 Ｄ：自動開閉弁 ａ：前壁　　　　　　　　ｂ：後壁 Ｃ：アクチュエータケーシング ｄ０プランジャ　　　　　ｅ：圧電素子ｆ：圧電素子　
　　　　　ｇ：圧電素子ｈ：圧電素子 ｐ：手動復帰ボタン 特許出願人　　　東陶機器株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アクチュエータケーシング（ｃ）内に、軸線に沿っ
   て微小距離ずつ無段階で進退自在にプランジャ（ｄ）を
   取付けた微小距離無段階式アクチュエータにおいて、 プランジャ（ｄ）を押圧又は回転して前方向に移動させ
   る手動復帰部を設けたことを特徴とする微小距離無段階
   駆動式アクチュエータ。