JPH0282669A - 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）従来の技術 従来、パルス状駆動電圧の印加により、圧電素子に伸縮
作動を繰り返させてプランジャを移動さえるように構成
した圧電アクチュエータがある。

同圧電アクチュエータは、ストローク用の圧電素子の一
端を固定し、他端にクランプ用の圧電素子の一端を連設
して、クランプ用の圧電素子でプランジャをクランプし
、クランプされたプランジャをストローク用の圧電素子
で移動させ、次いで、クランプ用の圧電素子のクランプ
を解除してストローク用の圧電素子素子を復位させるこ
とを繰り返すことによって、プランジャを移動させるも
のである。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかし、かかる圧電アクチュエータは、未だ、以下の問
題点を有していた。

即ち、第１１図に示すように、従来、圧電素子に印加す
るパルス状駆動電圧の最大値は一定であり、従って、第
１２図に示すように、圧電素子の単位変位量、即ち、プ
ランジャの単位移動距離も上記パルス状駆動電圧の最大
値に比例して本来一定となるはずである。

ところが、圧電アクチエエータを構成する圧電素子は、
材質や寸法においてバラツキがあり、従って、同一のパ
ルス状駆動電圧を印加しても、圧電アクチュエータ毎に
プランジャの単位移動距離も異なることになっていた。

従って、各圧電アクチュエータ毎に圧電素子駆動制御プ
ログラムを作成することが必要となり、制御装置を含め
た圧電アクチュエータないし圧電アクチュエータを適用
した湯水混合装置等の製造コストを上げることになって
いた。

本発明は、上記問題点を解決することができる圧電アク
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、パルス状駆動電圧を圧電素子に印加して、同
圧電素子に伸縮作動を繰り返させ、プランジャを移動さ
せるように構成した圧電アクチュエータにおいて、圧電
素子へ印加するパルス状駆動電圧の最大値を微調節可能
な電圧＠調整手段を具備することを特徴とする圧電アク
チュエータに係るものである。

（ホ）作用及び効果 上記した構成により、本発明は以下の作用及び効果を奏
する。

圧電素子へ印加するパルス状駆動電圧の最大値を微調節
可能に構成したので、たとえ、圧電アクチュエータを構
成する圧電素子に材質や寸法面においてバラツキがあり
、従って、同一の電圧を印加しても、圧電アクチュエー
タ毎にプランジャの単位移動距離も異なることになって
も、パルス状駆動電圧の最大値を電圧微調整手段を操作
して微調整することによって、全ての圧電アクチュエー
タのプランジャのストロークを一定にすることができ、
圧電アクチュエータ間のバラツキを防止することができ
、製品の均一化を図ることができるとともに、製作費の
著しい低減化を図ることができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を詳説す
る。

第１図に本実施例に係わる圧電アクチュエータへの全体
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クケーシング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
、それぞれクランプ部材に、ｌを具備する一対のクラン
プ用圧電素子ｅｆと、ストローク用圧電素子ｇとを配設
することによって構成している。

即ち、図示の実施例において、クランプ用圧電素子ｅは
アクチュエータケーソングＣの中央部に取付ボルトｈに
よって取付けた保持具Ｈの左側に配設・支持されており
、一方、クランプ用圧電素子ｒとストローク用圧電素子
ｇとは保持具Ｈの右側に配設・支持されている。

なお、クランプ用圧電素子ｅ、ｆには、それぞれクラン
プ部材に、ｌが取付けられている。

次に、各圧電素子ｅ、ｆ、Ｈ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十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
いる場合であっても、圧電素子ｅ、ｒ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ｇ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３つの圧電素子ｅ、ｒ
、ｇへの押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は、多数の圧電板Ｘ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
、円筒の両端に電掻が設けられており、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１図において、ｒ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小さいＵ字状又はＹ字
状パツキンである。

また、第２図に上記構成を存する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Ｍと、
Ａ／Ｄ　、　Ｄ／Ａ変換器等よりなる入出力インターフ
ェース１．０と、上記圧電素子ｅ、ｆ、ｇ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、入力イン
ターフェースＩを介して制御装置Ｃに入力された温度セ
ンサＳまたはアクチュエータ駆動用のボタンスイッチＳ
−等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０を
介して、各圧電素子ｅ、ｒ、ｇと接続する駆動回路ＤＲ
に出力するように構成している。

ついで、かかる構成を有する圧電アクチュエータＡによ
るプランジャｄの作動について、第３図〜第６図を参照
して説明する。

第２図に示すアクチュエータ駆動用のボタンスイッチＳ
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３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＋αに
増加してプランジャｄをクランプさせる。

次に、第４図に示すように、圧電素子ｇへ負のパルス状
駆動電圧の印加して縮めると、圧電素子ｇは矢印の方向
に移動し、これに伴って圧電素子ｆがクランプ力Ｆ＋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５図に示すように、圧電素子ｆ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ｅに正のパルス状駆動電圧を印加してク
ランプ力をＦ＋αに増加してプランジャｄをクランプさ
せる。

そして、第６図に示すように、圧電素子ｇに正のパルス
状駆動電圧を印加して伸ばすと圧電素子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、μ蒙オーダ或いはサブμｍオーダのストロークで尺
とり車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
合装置り等に装着した場合、混合弁を、その開度をＨＪ
Ｉ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。

しかして、本実施例は、上記構成において、圧電素子ｇ
へ印加するパルス状駆動電圧の最大値を微調節可能に構
成したことに特徴を存するものである。

即ち、第２図に示すように、駆動回路ＤＲに接続した駆
動電源回路已に電圧微調整手段Ｇを設けることによって
構成している。

なお、本実施例では、電圧微調整手段Ｇは、可変抵抗を
有するボリュームとして示されている。

そして、かかる電圧微調整手段Ｇを操作することによっ
て、第７図に示すようにパルス状駆動電圧の最大値を微
調整することができる。

しかして、第８図に示すように、パルス状駆動電圧とプ
ランジャｄのストロークとは比例関係にあり、電圧微調
整範囲Ｖ　ＩＩＡＮＧＥでストローク量を可変とするこ
とができるので（ストロークＩｊ１Ｍ整範囲ＳＬＲ□Ｇ
Ｅ）　、全圧電アクチュエータＡにおいて同一のストロ
ーク量を得ることができ、予め作成した制御装置Ｃの制
御プログラムを何ら変更することがない。

このように、本実施例では、圧電素子ｇへ印加するパル
ス状駆動電圧の最大値を微調節可能に構成したので、た
とえ、圧電アクチュエータＡを構成する圧電素子ｇに材
質や寸法面においてバラツキがあり、従って、同一の電
圧を印加しても、圧電アクチュエータＡ毎にプランジャ
の単位移動距離も異なることになっても、パルス状駆動
電圧の最大値を電圧微調整手段Ｇを操作して微調整する
ことによって、全ての圧電アクチュエータＡのプランジ
ャｄのストロークを一定にすることができ、圧電アクチ
ュエータ間のバラツキを防止することができ、製品の均
一化を図ることができるとともに、製作費の著しい低減
化を図ることができる。

また、第９図に、本実施例にかかる圧電アクチュエータ
Ａの適用例を示しており、湯水混合装置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、ｌ（ｌ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−側倒壁に、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の両端に形成したダイヤフラム隔室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、その内側二股開口端
は隔壁１７．１８と連通している。

さらに、Ｔ字状筒体１９の内側二股開口部には、それぞ
れ便座２２　、２３が設けられており、同便座２２２３
には、ケーシング１０内を軸栓方向に進退して便座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が取付けられている。

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９図において、Ｓ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２
図に示・すような制御装置Ｃにフィードバンクして、制
御装置Ｃに検出値に基づいて自動開閉弁りの両アクチュ
エータ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。

また、第１Ｏ図に他の実施例を示しており、本実施例は
、上記した圧電アクチュエータＡを小水弁に適用した場
合を示しており、図中、４０は流入口、４１は流出口、
４２はダイヤフラム弁、４３ばパイロット孔４３ａを具
備するパイロット弁座、４４はオリフィス、４５はプラ
ンジャ４６の復座用スプリングを示す。

そして、同スプリング４５により、停電等で制御機能が
失われたとき、クランプ用の圧電素子ｅｆへの印加電圧
が低減するので、復座用スプリング４５で自動的に小水
弁を閉弁することができる。

【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図は制御装置の概念的構成説明図、第３図〜第
６図は圧電アクチュエータの作動状態説明図、第７図及
び第８図は本発明に係る圧電アクチュエータのパルス状
駆動電圧の電圧波形及び同波形とプランジャのストロー
ク量との関係を示す説明図、第９図は圧電アクチュエー
タを具備する湯水混合装置の全体構成図、第１Ｏ図は圧
電アクチュエータを具備する小水弁の全体構成図、第１
１図及び第１２図は従来の圧電アクチュエータのパルス
状駆動電圧の電圧波形とプランジャのストローク量を示
す説明図である。 図中、 （Ａ）：圧電アクチュエータ （Ｃ）二制御装置 （Ｄ）＝湯水混合装置 （Ｅ）：電圧調整部 （ＤＲ）　：駆動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．パルス状駆動電圧を圧電素子に印加して、同圧電素
   子に伸縮作動を繰り返させ、プランジャを移動させるよ
   うに構成した圧電アクチュエータにおいて、 圧電素子へ印加するパルス状駆動電圧の最大値を微調節
   可能な電圧微調整手段を具備することを特徴とする圧電
   アクチュエータ。