JPH0282667A - 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、各種装置を作動させるために用いる圧電アク
チュエータに関する。

（ロン　従来の技術 従来、圧電アクチュエータの一形態として、軸方向に移
動するプランジャと、同プランジャをつかむクランプ部
材と、クランプ部材を作動させる圧電素子と、１ランジ
ヤを移動させるストローク用圧電素子とにより構成され
たものが存在している。

（ハ）　発明が解決しようとする課題 ところが、圧電素子を構成する圧電板に接続するリード
線は、第１０図に示す如く圧電板（５０）間に銅は＜　
（５１）をはさんで電極とし、これより外部リード線（
５２）ぺ直接数り出す構造であった。

したがって、リード線（５２）のハンダ付けが困難であ
って、接続部が外れやすく、また、外部リード線（５２
）が大きくできないものであった。

（ニ）　課題を解決するための手段 本発明では、圧電素子を、多数のリング状圧電板を導電
ペーストで接着して形成した圧電素子において同圧電板
をプリント基板上に積層し、一端を、各圧電板に接続す
るリード線の曲端をプリント基板上のプリント部に接続
し、同プリント基板から外部リード線を取り出すことを
特徴とする圧電アクチュエータを提供せんとするもので
ある。

（ホ）　作用・効果 以上述べた構成により、本発明は以下の作用及び効果を
奏する。

■圧電素子を構成づるリング状圧電板をプリント基板上
に積層し、基部を同圧電板に接続するリード線を、プリ
ンｌ−基板上のプリント部に接続し、同プリント基板に
より外部リード線を取り出すものであるから、リード線
のハンダ付けが広幅状のプリント基板上にまとめてでき
るから容易にでき、かつ、ハンダ付けが確実であり、し
たがって、リード線が振動などにより不測に外れるよう
なことがなく、長期間にわたって接続されるものである
。

■また、従来のものは、圧電板に銅はくをはさんでリー
ド線としていたために、リード線の強度が弱く、折損事
故のためにアクチュエータの作動が機能停止することが
あったが、本発明は、リード線をハンダ付けしてプリン
ト基板に接続し、次いで、線径か太い外部リード線を接
続するものであるから、リード線の強度が大幅に向上す
るものである。

■また。圧電板のリード線をプリント基板まで接続する
ものであるから、リード線を短くすることができ、した
がって、リード線のハンダ付けが自動化でき、製造段階
での合理化が図れるものである。

そして、リード線を、プリント基板上に集約して接続す
ることができるので、リード線の保護か′確実に行われ
るものである。

くべ）　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圧電アクチュエータ（Δ）の構
成を示す。

図示するように、アクチュエータ（＾）は、前後壁（ａ
）（ｂ）を具備する筒状のアクチュエータゲージング（
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、３つの圧電素子（ｅ）（ｆ）
　（ｇ）からなる圧電素子組立体（Ｂ５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（ｃ）（ｆ）（
ｇ）は保持具（（１）にて支持されており、同保持具（
１１）は外周部を前壁（ａ）の端面にボルト（１１°）
にて固着されている。

そして、保持具（１１）に支持された圧電素子（ｅ）（
［）は内径部にプランジャ（ｄ）をクランプするクラン
プ部材（ｋ）（Ｊ　）　　を位置させているとともに、
中央の圧電素子（ｇ）の内径部には取付カラー（ｊ）を
位置させて、同取付カラーには前記クランプ部材（ｋ）
（ｊ　）の基部ｆｎ＋）（ｎ）を連結している。そして
、クランプ部材（ｋ）（ｊ　）の先端部はスリットを設
けて適宜数に分割されている。（ｐ）は圧電素子（（１
）と（ｆ）との間に設けるクランプ用圧電素子取付板で
ある。

次に、各圧電素子（ｅ）（ｆ）（ｇ）の作用及び具体的
構成について説明すると、以下のようになる。

即ち、圧電素子（ｅ）（ｆ）は、非通電状態では一定の
クランプ力Ｆでプランジャ（ｄ）をクランプしており、
正の電圧を印加することによってクランプ力Ｆ＋αでク
ランプすることになり、負の電圧を印加することにより
クランプ力Ｆ−αの力でクランプすることになる。なお
、クランプ力は、Ｆ−α≧０とする。即ち、負の電圧が
印加されている場合であってでも、圧電素子（ｅ）［ｆ
）は、一定のクランプ力でプランジャ（ｄ）をクランプ
することになる。

一方、圧電素子（（１）は通電状態では１ランジヤ（ｄ
）上を軸線方向に伸びな状態にあり、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３つの圧電素子（
ｅ）（ｆＨｇ）への抑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）（（＋）は、多数の圧電板（Ｑ）
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。

また、第５図において、（１）はアクチュエータ（＾）
の水密性を高めるために設けた摺動抵抗の小さいＵ字状
又はＹ字状パツキンである。

また、第５図に上記構成を有する圧電アクチュエータ（
八）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（Ｒｏ）と、＾／Ｄ　、　Ｄ／＾変換器等よりな
る入出力インターフェース（Ｔ）ｆＴ’）と、上記圧電
素子（ｅ）ｍ（（Ｊ）の駆動順序プログラムを記憶した
メモリ（Ｕｏ）とから構成され、入力インターフェース
（■）を介して制御装置に人力されたアクチュエータ駆
動ボタン（３１）からの入力信号に基づ゛き、前記した
プログラムにしたがって制御信号を発生し、出力インタ
ーフェース（■°）を介して、各圧電素子（ｃ）（ｆ）
（ｇ）と接続するように構成して髪）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・ツクスとしては、Ａ
ＢＯ３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ＰＺＴＣＰｂ（Ｚｒ。

Ｔｉ）Ｏａ）系、やＰ　Ｌ　Ｚ　Ｔ　ＣＰ　ｂ　、　Ｌ
　ａ　（Ｚ　ｒ　。

Ｔｉ　）　Ｏａ　）系、ＰＴ［ＰｂＴｉＯ３］系、ある
いはＰＺＴ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）け）（ｇ）は、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。

なお、上記構成において、圧電素子（ｅ）（ｆ）（ｕ）
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、分割片から形成することもできる。

また、プランジャｆｄ）は、クランプ部材（ｋ）（ｉｔ
　）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（１ものが望まし
く、例えは、セラミ・ｙり素材としてものが考えられる
。

上記構成において、上記各圧電素子（ｅ）（ｆ）（（１
）を構成するリング状の圧電板（Ｑ）は、第２図から第
４図に示す如く外周面にテーパー状の面取り部（Ｒ）を
設けるとともに、同圧電板（Ｑ）の側面（１１）及び外
周面取り部（Ｉｔ）に導電ペースト（Ｐ）を塗布し、同
面取り部（１’ｌ）にハンダ付けにてリード線（Ｓ）を
接続している。

また、第１図及び第２図において、（ｖ−１）はクラン
プ用圧電素子（ｅ）のプリント基板で、圧電板（０）を
積層しながらリード線（Ｓ−１）によりプリント部（ｗ
）と圧電素子（ｅ）とを接続している。

（ｖ−２）はストローク用圧電素子（Ｃ１）のプリント
基板で、リード線（Ｓ−２）により圧電素子（（１）と
接続している。

（Ｘ）はクランプ用圧電素子（９）の右端に設ける絶縁
リング、（ｖ−３）は圧電素子（ｆ）のプリント基板で
、リード線（Ｓ−３）により圧電素子（ｆ）と接続して
いる。

そして、上記各プリント基板（ｖ−１）（ｖ−２）（ｖ
−３）のプリント部（ｖ４）には外部リード線（Ｓｏ）
が接続されている。

また、上記プリント基板（ｖ−１）（ｖ−２）（ｖ−３
）は耐熱性及び機械的強度に優れたセラミック基板を使
用するのが望ましい。

ついで、かかる構成を有する圧電アクチュエータ（＾）
によるプランジャ（ｄ）の作動について、第６図〜第８
図を参照して説明する。

第５図に示すアクチュエータ駆動ボタン（３１）を作動
させると、制御装置（Ｃ）がメモリ（（１）から読み出
した駆動順序プログラムに従って、第６図に示すように
圧電素子（ｅ）に負のパルス状駆動電圧を印加してプラ
ンジャ（ｄ）へのクランプ力をＦ−αに低減するととも
に、圧電素子（ｆ）に正のパルス状駆動電圧を印加して
クランプ力をＦ十αに増加してプランジャ（ｄ）をクラ
ンプさせる。

次に、第７図に示すように、圧電素子（（＋）　ｉ＼負
のパルス状駆動電圧を印加して縮めると圧電素子（ｇ）
は矢印の方向に移動し、これに件って圧電素子（ｆ）か
クランプカＦ十αで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８図に示すように、圧電素子（［）に負のパ
ルス状駆動電圧を印加してクランプ力をＦαに低減する
とともに、圧電素子（０）に正のパルス状駆動電圧を印
加してクランプ力をＦ十αに増加してプランジャ（ｄ）
をクランプさせる。そして、圧電素子（（１）に正のパ
ルス状駆動電圧を印加して仲ばすと圧電素子（ｇ）は矢
印方向に移動する。

ついで、上記動作を繰り返すことにより、プランジャ（
ｄ）を、μｍオータ或いはサブμｍｎ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る。

従って、かかる圧電アクチュエータ（Ａ）を後述する湯
水混合装置（Ｄ）等に装着した場合、混合弁を、その開
度を微調整しながら開閉することができ、適温制御を行
わせることができる。

よな、第９図に本実施例にかかるアクチュエータ（八）
の適用例を示しており、湯水混合栓とじて機能する自動
開閉弁（Ｄ）にかかる圧電アクチュエータ（Ａ）を応用
した例である。

第９図において、（１０〕は円筒状の箱体をなずゲージ
ングであり、同ケーシング（１０）は、その−側壁に、
二つの一側流路（１３Ｈ１４）を形成している９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、ゲージング（１０）の他側側壁には、両端間［１
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１７８（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（１つ）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（２２Ｈ２３）には、ケーシング（１０）内を軸線方
向に進退して弁座（２２）（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）か配設されている。

さらに、ゲージング（１０）の両端には、それぞれ圧電
アクチュエータ（Ａ）が取付けられている。

そして、各圧電アクチュエータ（八）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（２４Ｈ２５）を開閉自在としている。

なお、第９図において、（３０）は他側流路（２０）内
に受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５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
ータ（Ａ）をＰＴＤ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（Ｄ）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
（Ｄ）の両圧電アクチュエータ（八）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量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
同アクチュエータ（八）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かできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧電アクチュエータの断面側面図
、第２図は本発明要部の断面Ｉｌ１面図、第３図及び第
４図は本発明要部部品の斜視図、第５図は制御装置の構
成説明図、第６図〜第８図はアクチュエータの作動状態
説明図、第９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、第１０図は従来型の斜視図である。 （八）：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 ｅ　（ｆ）（（］）　　：圧電素子 Ｑ　：圧電板 Ｓ　：リード線 Ｓｏ）：外部リード線 ■）ニブリント基板 Ｗ）ニブリント部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧電素子（ｅ）（ｆ）（ｇ）を、多数のリング状圧
   電板（Ｑ）を導電ペースト（Ｐ）で接着して形成した圧
   電アクチュエータにおいて、 同圧電板（Ｑ）をプリント基板（ｖ）上に積層し、一端
   を、各圧電板（Ｑ）に接続するリード線（Ｓ）の他端を
   プリント基板（ｖ）上のプリント部（ｗ）に接続し、同
   プリント基板（ｖ）から外部リード線（Ｓ’）を取り出
   すことを特徴とする圧電アクチュエータ。