JPH0282670A

JPH0282670A - 湯水混合装置

Info

Publication number: JPH0282670A
Application number: JP63235712A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tsutsui; 修筒井; Takao Yoshida; 孝雄吉田; Hidehiko Kuwabara; 桑原　英彦; Kinya Arita; 欽也有田; Shoji Inoue; 昭司井上
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1990-03-23
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: JP2735578B2

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、多数の圧電板の
積層体からなる圧電素子に伸縮作動を繰り返させてプラ
ンジャを移動させ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９図に示すように、ストローク用圧電素子５０
は、多数のリング状圧電板５１を導電ペーストで接着し
て形成しており、そして、各リング状圧電板５１にリー
ド線５２によって基板５３に接続され、同基板５３はリ
ード線５４によって制御装置側の駆動回路と接続されて
いる。

しかるに、従来、かかる圧電素子５０へのパルス状駆動
電圧の印加は、圧電素子５０を構成する全ての圧電板５
１にパルス状駆動電圧を印加することによって行われて
いる。従って、電圧印加時に生じ得るプランジャの単位
移動距離は常時一定となっていた。

そのため、温度偏差が小さくて、プランジャの単位移動
距離の方が偏差修正に必要な移動距離よりも大である場
合は、かかる修正を行えないか、又は、行えたとしても
ハンチングを生して、磨耗を生ずる等、制御上不利であ
った。

さらに、例えば、出湯温度値と設定温度値との温度偏差
値に基づいて適温制御を行う湯水混合装置に用いた場合
等において、温度偏差値が著しく大きい場合であっても
、一定の速度でしかプランジャを移動することができず
、従って、制御応答性を不十分なものとしていた。

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、電圧
を印加する圧電板の数を可変となし、圧電素子の単位移
動距離を可変とした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。

電圧を印加する圧電板の数を可変となし、圧電素子の単
位移動距離を可変としたので、分解能を向上することが
できる。

即ち、例えば、湯水混合装置において、温度偏差が小さ
くて、圧電素子を構成する全圧電素子に電圧を印加した
場合のプランジャの単位移動距離の方が偏差修正に必要
な移動距離よりも大である場合であっても、圧電素子を
構成する圧電板の幾つかのみに電圧を印加することによ
って、プランジャの単位移動距離を偏差修正に必要な移
動距離よりも小さくすることができ、かかる修正を確実
かつ正確に行うことができ、プランジャの磨耗を防止す
ることができるとともに、ハンチング等を生じることな
く、精密なプランジャの移動が可能となる。

また、上記湯水混合装置において温度偏差値が著しく大
きい場合には、まず、圧電素子を構成する全ての圧電板
にパルス状駆動電圧を印加して単位移動距離を大きくし
てプランジャの進退量を大きくし、その後に、任意の数
の圧電板のみにパルス状駆動電圧を印加して単位移動距
離を小さくしてプランジャの進退量を微調整することが
できる。

従って、温度偏差値が大きい場合であっても、制御応答
性を著しく向上することができる。

（へ）実施例以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を詳説す
る。

第１図に本実施例に係わる圧電アクチエエータＡ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
、それぞれクランプ部材に、１を具備する一対のクラン
プ用圧電素子ｅ。

ｒ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シング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。

また、第１図に示すように、各圧電素子ｅ、　　ｆｇは
、それぞれ、多数の圧電板Ｘを導電性ペーストで接着し
た積層体からなり、各圧電板Ｘは、図示しないリード線
→基板→リード線を介して、後述する駆動回路り、、　
Ｄ、、　Ｄ、に接続されている。

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、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Ｃ２ｆ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図に上記構成を有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Ｗｃは、マイクロブロセ、すＲと
、Ａ／Ｄ　、　Ｄ／Ａ変換器等よりなる人出力インター
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、人力イ
ンターフェースＩを介して制御装置に入力されたセンサ
Ｓまたはボタンスイッチ紳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Ｏを介して、各圧電素子ｅｒ１ｇと
接続する駆動回路り、、　ｏ、、　ｏｅに出力するよう
に構成している。

また、各駆動回路り、、　Ｄ、、　Ｄ、は、駆動電源回
路Ｅと接続されている。

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
ｗを作動させると、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、各駆動回路り、、　
Ｄ、、　Ｄ、に制御信号を送り、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Ｆα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Ｃ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、μｍ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。

しかして、本実施例は、上記構成において、パルス状駆
動電圧を印加する圧電素子ｇの圧電板Ｘの数を変えるこ
とによって、圧電素子ｇの単位移動距離を可変とし分解
能を向上した構成に特徴を有するものである。

即ち、第２図に示すように、制御装ＷＣと駆動回路り、
の間には圧電板選択手段Ｇを介設しており、同圧電板選
択手段Ｇによって、パルス状駆動電圧を印加するスｌ−
ローク用圧電素子ｇの圧電板Ｘの数を任意に変えること
ができる。

従って、例えば、後述する湯水混合装置りにおいて、設
定温度値Ｔｓと出湯温度値１′０との温度偏差値ΔＴが
著しく小さい場合であっても、温度偏差値判別手段Ｊ及
び圧電板選択手段Ｇを介して、パルス状駆動電圧を圧電
素子ｇを構成する任意の数の圧電板Ｘのみに電圧を印加
して単位移動距離を偏差修正に必要な移動距離よりも小
さくすることができるので、かかる修正を確実かつ正６
′合に行うことができ、プランジャｄの磨耗を防止する
ごとができるとともに、ハンチング等を生しることなく
、精密なプランジャｄの移動が可能となる。

また、湯水混合装置りにおいて、設定温度値Ｔｓと出湯
温度値Ｔｏとの温度偏差値ΔＴが著しく大きい場合には
、温度偏差値判別手段Ｊ及び圧電板選択手段Ｇを介して
、パルス状駆動電圧を圧電素子ｇを構成する全ての圧電
板Ｘに印加して単位移動距離を大きくしてプランジャｄ
の進退■を太き（し、その後に、パルス状駆動電圧を圧
電素子ｇを構成する任意の数の圧電板Ｘのみに印加して
単位移動距離を小さくしてプランジャｄの進退量を微調
整することができる。

従って、温度偏差値ΔＴが大きい場合であっても、湯水
混合装置りの制御応答性を著しく向上することができ、
使用者は常時適温の混合湯水を得ることができる。

また、第７図に、本実施例にかかる圧電アクチュエータ
への適用例を示しており、湯水混合装置りに、かかる圧
電アクチュエータＡを応用した例である。

第７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−側倒壁に、二つの
一側流路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壁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、その内側二股間口端
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ｌＯ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ｌＯの両端には、それぞれ圧電アク
チエエータ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７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５
図に示すような制御袋ＷＣ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８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を半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、４
２はダイヤフラム弁、４３はパイロット孔４３ａを有す
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
失われた時、クランプ用の圧電素子Ｃ９ｆへの印加電圧
が消滅するので、復座用スプリング４５で自動的に閉弁
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８図は圧電アクチュエータを具備する重水弁の全
体構成説明図、第９図は従来の圧電アクチュエータの要
部拡大説明図である。図中、（＾）：圧電アクチュエータ（Ｃ）：制御装置（Ｄ）：湯水混合装置（［り　：電源駆動回路（Ｄ、）：駆動回路（ｏｒ）：駆動回路（Ｖ、＞：駆動回路（Ｇ）：圧電板選択手段

Claims

【特許請求の範囲】

１．パルス状駆動電圧を多数の圧電板の積層体からなる
圧電素子に印加して、同圧電板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、電圧を印加する圧電板の数を可変とな
し、圧電素子の単位移動距離を可変としたことを特徴と
する圧電アクチュエータ。