JPH0481641B2 - - Google Patents
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- JPH0481641B2 JPH0481641B2 JP63290950A JP29095088A JPH0481641B2 JP H0481641 B2 JPH0481641 B2 JP H0481641B2 JP 63290950 A JP63290950 A JP 63290950A JP 29095088 A JP29095088 A JP 29095088A JP H0481641 B2 JPH0481641 B2 JP H0481641B2
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- JP
- Japan
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- piezoelectric ceramic
- electrostrictive element
- ceramic member
- nozzle
- flapper mechanism
- Prior art date
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
- F16K31/005—Piezoelectric benders
- F16K31/006—Piezoelectric benders having a free end
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
- F15C3/00—Circuit elements having moving parts
- F15C3/10—Circuit elements having moving parts using nozzles or jet pipes
- F15C3/14—Circuit elements having moving parts using nozzles or jet pipes the jet the nozzle being intercepted by a flap
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
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- H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T137/00—Fluid handling
- Y10T137/2278—Pressure modulating relays or followers
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明はノズルフラツパ機構に関し、一層詳細
には、電気信号を流体圧信号、特に、空気圧信号
に変換する電気信号−空気圧変換装置において、
その変換要素としてのノズルフラツパをバイモル
フ型電歪素子(圧電素子)で構成すると共に、低
電圧の電気信号も可及的に正確に空気圧信号に変
換することの出来る、好適には電気信号−空気圧
変換装置に組み込むことが可能なノズルフラツパ
機構に関する。
には、電気信号を流体圧信号、特に、空気圧信号
に変換する電気信号−空気圧変換装置において、
その変換要素としてのノズルフラツパをバイモル
フ型電歪素子(圧電素子)で構成すると共に、低
電圧の電気信号も可及的に正確に空気圧信号に変
換することの出来る、好適には電気信号−空気圧
変換装置に組み込むことが可能なノズルフラツパ
機構に関する。
[発明の背景]
従来、電気信号を空気圧に変換する装置として
は、トルクモータが広範に採用されてきた。すな
わち、このトルクモータによれば、モータを構成
するコイルに電流を供給し、この電流値に対応す
る回転力を変位量に変えることによりノイズフラ
ツパ、パイロツト弁等を介して空気圧信号に変換
している。このようなトルクモータを使つて電気
−空気式変換器等の制御機器を構成する場合、ト
ルクモータによつて発生する力が少しでも大きい
方が機械的振動等の影響に対しても強くなり、ま
た、性能的にも安定した製品が得られる。
は、トルクモータが広範に採用されてきた。すな
わち、このトルクモータによれば、モータを構成
するコイルに電流を供給し、この電流値に対応す
る回転力を変位量に変えることによりノイズフラ
ツパ、パイロツト弁等を介して空気圧信号に変換
している。このようなトルクモータを使つて電気
−空気式変換器等の制御機器を構成する場合、ト
ルクモータによつて発生する力が少しでも大きい
方が機械的振動等の影響に対しても強くなり、ま
た、性能的にも安定した製品が得られる。
ところが、最近、制御機器の小型軽量化が要求
されるようになつてきたため、前記トルクモータ
を如何に小型に製作するかが重要な課題になつて
いる。然しながら、トルクモータを小型化すれば
する程、一般的に電流値に対応して発生する力も
小さくなり、この結果、前述した機械的振動等に
対して弱くなり、制御機器の使用条件如何によつ
ては、トルクモータを使用すること自体、技術的
に不可能となる。
されるようになつてきたため、前記トルクモータ
を如何に小型に製作するかが重要な課題になつて
いる。然しながら、トルクモータを小型化すれば
する程、一般的に電流値に対応して発生する力も
小さくなり、この結果、前述した機械的振動等に
対して弱くなり、制御機器の使用条件如何によつ
ては、トルクモータを使用すること自体、技術的
に不可能となる。
そこで、本発明者は電歪素子に着目し、この電
歪素子を利用することによつて、電気信号を空気
圧信号に変換する電気信号−空気圧変換ユニツト
を発明し、特願昭第59−88178号、同第60−23094
号として特許出願を行つている。
歪素子を利用することによつて、電気信号を空気
圧信号に変換する電気信号−空気圧変換ユニツト
を発明し、特願昭第59−88178号、同第60−23094
号として特許出願を行つている。
すなわち、これらの発明では電歪素子を薄い板
状の矩形型とし、一端を支点として固定すると共
に、他端を自由端として使用するバイモルフ型を
利用している。この場合、前記のように構成され
る電歪素子の一端を固定した状態で電極に電圧を
加えると、その自由端側が僅かに変化する。従つ
て、電歪素子そのものでノズルフラツパを構成し
ておけば、電圧の変化を容易にノズル背圧、すな
わち、空気圧信号に変換することが出来る。
状の矩形型とし、一端を支点として固定すると共
に、他端を自由端として使用するバイモルフ型を
利用している。この場合、前記のように構成され
る電歪素子の一端を固定した状態で電極に電圧を
加えると、その自由端側が僅かに変化する。従つ
て、電歪素子そのものでノズルフラツパを構成し
ておけば、電圧の変化を容易にノズル背圧、すな
わち、空気圧信号に変換することが出来る。
ところで、前記のように構成されるノズルフラ
ツパの電歪素子の固定方法としては、以下のもの
を揚げることが出来る。すなわち、第1図に示す
ように、ノズルフラツパ機構2を構成するベース
4に、このベース4に対して柱体状の第1の固定
板6aを配設し、この第1固定板6aに電歪素子
8を載置する。そして、前記第1固定板6aに穿
設された螺孔に同様な柱体状の第2の固定板6b
を介して一対の締付ビス10,10によつて電歪
素子8の一端部を緊締固着する。一方、前記ベー
ス4にはノズル12を固設し、このノズル12の
先端部を電歪素子8に近接するよう臨ませてい
る。すなわち、電歪素子8の他端部は自由端とし
て何ら拘束されるものではない。
ツパの電歪素子の固定方法としては、以下のもの
を揚げることが出来る。すなわち、第1図に示す
ように、ノズルフラツパ機構2を構成するベース
4に、このベース4に対して柱体状の第1の固定
板6aを配設し、この第1固定板6aに電歪素子
8を載置する。そして、前記第1固定板6aに穿
設された螺孔に同様な柱体状の第2の固定板6b
を介して一対の締付ビス10,10によつて電歪
素子8の一端部を緊締固着する。一方、前記ベー
ス4にはノズル12を固設し、このノズル12の
先端部を電歪素子8に近接するよう臨ませてい
る。すなわち、電歪素子8の他端部は自由端とし
て何ら拘束されるものではない。
この場合、第1と第2の固定板6a,6bは
夫々絶縁部材で構成し、あるいは導体で形成して
もよい。導体で形成した場合には電歪素子8の電
極に接する部分に絶縁シートを介装する必要があ
る。なお、図中、参照符号14は通電作用下に電
歪素子8が湾曲してノズル12に接触し、電歪素
子8自体が損傷することのないように設けられて
いるセラミツク等からなる補助プレートを示す。
夫々絶縁部材で構成し、あるいは導体で形成して
もよい。導体で形成した場合には電歪素子8の電
極に接する部分に絶縁シートを介装する必要があ
る。なお、図中、参照符号14は通電作用下に電
歪素子8が湾曲してノズル12に接触し、電歪素
子8自体が損傷することのないように設けられて
いるセラミツク等からなる補助プレートを示す。
電歪素子8は第1図に示すような構成が採用さ
れている。すなわち、導電体からなるシム材16
を矩形状に構成し、このシム材16の上面と下面
とに接着剤を介して圧電セラミツクス部材18
a,18bを接着している。さらに、前記圧電セ
ラミツクス部材18a,18bを包被して薄膜状
の電極19a,19bが積層されている。図から
容易に諒解されるように、圧電セラミツクス部材
18a,18bは前記シム材16の大部分の面積
を囲繞する。従つて、第2固定板6bを介して締
付ビス10,10で第1固定板6aにこの電歪素
子8を固定しようとする時、電極19a,圧電セ
ラミツクス部材18a,シム材16,圧電セラミ
ツクス部材18b,電極19bの順で、この電歪
素子8は第1固定板6aと第2固定板6bとの間
で挟持されるに至る。
れている。すなわち、導電体からなるシム材16
を矩形状に構成し、このシム材16の上面と下面
とに接着剤を介して圧電セラミツクス部材18
a,18bを接着している。さらに、前記圧電セ
ラミツクス部材18a,18bを包被して薄膜状
の電極19a,19bが積層されている。図から
容易に諒解されるように、圧電セラミツクス部材
18a,18bは前記シム材16の大部分の面積
を囲繞する。従つて、第2固定板6bを介して締
付ビス10,10で第1固定板6aにこの電歪素
子8を固定しようとする時、電極19a,圧電セ
ラミツクス部材18a,シム材16,圧電セラミ
ツクス部材18b,電極19bの順で、この電歪
素子8は第1固定板6aと第2固定板6bとの間
で挟持されるに至る。
そこで、このように固定された電歪素子8に直
流電圧を印加する。その結果、矢印に示すよう
に、圧電セラミツクス部材18bは伸長しようと
し、一方、圧電セラミツクス部材18aは収縮し
ようとする。このため、電歪素子8の自由端側は
大きくノズル12側へと湾曲し、当該ノズル12
の口孔に近づく。結局、この電歪素子8の繞み量
は印加される電圧に比例するために、ノズルフラ
ツパ機構として好適な効果が得られる。
流電圧を印加する。その結果、矢印に示すよう
に、圧電セラミツクス部材18bは伸長しようと
し、一方、圧電セラミツクス部材18aは収縮し
ようとする。このため、電歪素子8の自由端側は
大きくノズル12側へと湾曲し、当該ノズル12
の口孔に近づく。結局、この電歪素子8の繞み量
は印加される電圧に比例するために、ノズルフラ
ツパ機構として好適な効果が得られる。
ところで、一般的には、電歪素子8に電圧を印
加しようとすると、この印加される電圧と自由端
側が変位する変位量との間では、第4図に示すよ
うな関係があることが知られている。すなわち、
印加電圧を0から徐々に増加させると、図におい
てaからbへの曲線を描いて電歪素子8が変位す
る。次いで、bから徐々に電圧を下げると、bか
らcへの曲線を描く。すなわち、必ずしもbから
aへの曲線を描くものではない。次いで、再度電
圧を印加すると、cからbに至る曲線を描く。
加しようとすると、この印加される電圧と自由端
側が変位する変位量との間では、第4図に示すよ
うな関係があることが知られている。すなわち、
印加電圧を0から徐々に増加させると、図におい
てaからbへの曲線を描いて電歪素子8が変位す
る。次いで、bから徐々に電圧を下げると、bか
らcへの曲線を描く。すなわち、必ずしもbから
aへの曲線を描くものではない。次いで、再度電
圧を印加すると、cからbに至る曲線を描く。
換言すれば、電圧を印加した後、この電圧を下
げ、再びまた電圧を上げると、そこには、所謂、
ヒステレシス現象が現れてくる。この現象は、特
に、バイモルフ型電歪素子に顕著に見受けられ
る。しかも、同じ電圧を印加した場合においても
時間が経過することによつて、第3図のb,cの
曲線からb′,c′の曲線に示すように、自由端側の
変位量がシフトする現象が現れる。
げ、再びまた電圧を上げると、そこには、所謂、
ヒステレシス現象が現れてくる。この現象は、特
に、バイモルフ型電歪素子に顕著に見受けられ
る。しかも、同じ電圧を印加した場合においても
時間が経過することによつて、第3図のb,cの
曲線からb′,c′の曲線に示すように、自由端側の
変位量がシフトする現象が現れる。
この現象は電歪素子8に一定の電圧を印加した
まま長時間保持すると、第5図の実線で示す曲線
のように、電歪素子先端の変位量がその時間の経
過に従つて増大していく。この現象を一般的に電
歪素子におけるクリープ現象と称している。この
クリープ現象は圧電セラミツクスの材質、シム材
の板厚およびその材質、接着剤、電歪素子の固定
方法等に依存していると解されている。そして、
このクリープ現象の惹起を回避すべく種々の工夫
を出願人は試みたが、クリープ現象に基づく変位
量は10%及至10%に及ぶことが確認されている。
この現象は外部雰囲気温度が変化すると助長され
る傾向にある。
まま長時間保持すると、第5図の実線で示す曲線
のように、電歪素子先端の変位量がその時間の経
過に従つて増大していく。この現象を一般的に電
歪素子におけるクリープ現象と称している。この
クリープ現象は圧電セラミツクスの材質、シム材
の板厚およびその材質、接着剤、電歪素子の固定
方法等に依存していると解されている。そして、
このクリープ現象の惹起を回避すべく種々の工夫
を出願人は試みたが、クリープ現象に基づく変位
量は10%及至10%に及ぶことが確認されている。
この現象は外部雰囲気温度が変化すると助長され
る傾向にある。
このような現象が惹起する原因として、勿論、
電歪素子自体が有している特性によるところが大
きいが、一方においては、シム材16に圧電セラ
ミツクス部材18a,18bが接着剤を介して固
着されていると、あるいは、第1図及至第3図に
示すように、ベース4に螺孔を穿設し、一方、固
定板6a,6bに比較的大きな直径を有する孔部
を画成し、この孔部に締付ビス10,10を嵌合
すると共に、前記螺孔に臨入させて電歪素子8を
固定板6a,6bにより保持しようとする時、締
付ビス10,10の締付力如何によつては前記固
定板6a,6bがその両端部で湾曲して電歪素子
8の隅角部に圧接し、従つて、この締付効力が前
記シフト現象を助長するということも確認されて
いる。さらに、電歪素子8に対して可及的に低い
電圧、例えば、10V前後の電圧を印加して精密な
制御を試みようとする時、当該電歪素子8に発生
する変位量は非常に小さくなり、これによつてミ
クロンオーダの制御を行わなければならない必要
性も出てくるために、締付ビス10,10の締付
力を慎重に調整しなければならない。
電歪素子自体が有している特性によるところが大
きいが、一方においては、シム材16に圧電セラ
ミツクス部材18a,18bが接着剤を介して固
着されていると、あるいは、第1図及至第3図に
示すように、ベース4に螺孔を穿設し、一方、固
定板6a,6bに比較的大きな直径を有する孔部
を画成し、この孔部に締付ビス10,10を嵌合
すると共に、前記螺孔に臨入させて電歪素子8を
固定板6a,6bにより保持しようとする時、締
付ビス10,10の締付力如何によつては前記固
定板6a,6bがその両端部で湾曲して電歪素子
8の隅角部に圧接し、従つて、この締付効力が前
記シフト現象を助長するということも確認されて
いる。さらに、電歪素子8に対して可及的に低い
電圧、例えば、10V前後の電圧を印加して精密な
制御を試みようとする時、当該電歪素子8に発生
する変位量は非常に小さくなり、これによつてミ
クロンオーダの制御を行わなければならない必要
性も出てくるために、締付ビス10,10の締付
力を慎重に調整しなければならない。
しかも、締付ビス10,10が、前記のよう
に、2本存在する時、両者を均等に締め付けるこ
とは実質的に不可能であり、一方、締付力が不均
等であれば電歪素子に不均一な応力が印加され
る。
に、2本存在する時、両者を均等に締め付けるこ
とは実質的に不可能であり、一方、締付力が不均
等であれば電歪素子に不均一な応力が印加され
る。
また、前記のような構成では、固定板で挟持さ
れる部位の圧電セラミツクス部材も電圧の印加に
よつて収縮し、これによつて内部応力が変化し、
これが前記シフト現象の原因となり、正確な制御
が困難となる。すなわち、電歪素子に直流電圧を
印加すると、電極と接する圧電セラミツクス部材
はその範囲で収縮する。従つて、圧電セラミツク
ス部材が固定板で締め付けられている場合には、
この伸縮効果は前記締付部位にも及び微小な応力
変化を惹起する。また、このことは固定板の締付
力に対し直交する方向で電歪素子が伸縮し、これ
が電歪素子の固定板に対する局所的な“すべり”
を生じ、前記クリープ現象の大きな要因となつて
いることが確認された。
れる部位の圧電セラミツクス部材も電圧の印加に
よつて収縮し、これによつて内部応力が変化し、
これが前記シフト現象の原因となり、正確な制御
が困難となる。すなわち、電歪素子に直流電圧を
印加すると、電極と接する圧電セラミツクス部材
はその範囲で収縮する。従つて、圧電セラミツク
ス部材が固定板で締め付けられている場合には、
この伸縮効果は前記締付部位にも及び微小な応力
変化を惹起する。また、このことは固定板の締付
力に対し直交する方向で電歪素子が伸縮し、これ
が電歪素子の固定板に対する局所的な“すべり”
を生じ、前記クリープ現象の大きな要因となつて
いることが確認された。
本来、電歪素子を用いて電気信号を空気圧信号
に変換する目的は電気的に正確に且つ精緻に制御
することによつて所望の変換効果を得ることにあ
る。然しながら、前記のようなクリープ現象が存
在する場合には、例えば、電歪素子に印加される
制御電圧を一定にして一定のノズル背圧を得よう
としても、前記クリープ現象に起因してノズル背
圧が変化してしまうことになる。しかも、当該ク
リープ現象に基づく電歪素子の変位量が数10%に
及ぶ場合には、実質的にノズル背圧が利用した弁
体等の精密な制御が困難となつてしまう。
に変換する目的は電気的に正確に且つ精緻に制御
することによつて所望の変換効果を得ることにあ
る。然しながら、前記のようなクリープ現象が存
在する場合には、例えば、電歪素子に印加される
制御電圧を一定にして一定のノズル背圧を得よう
としても、前記クリープ現象に起因してノズル背
圧が変化してしまうことになる。しかも、当該ク
リープ現象に基づく電歪素子の変位量が数10%に
及ぶ場合には、実質的にノズル背圧が利用した弁
体等の精密な制御が困難となつてしまう。
[発明の目的]
本発明は前記の種々の不都合を克服するために
なされたものであつて、電歪素子のベースに固着
しようとする時、少なくとも当該電歪素子を構成
する電極を固定板との間に挟持する領域をなくし
若しくは可及的に少なくし、または保持部材で圧
電セラミツクス部材を直接保持し、従つて、締付
ビスによる締付力に影響されることのない、しか
も容易に精密に電気信号を空気圧信号に変換する
ことが可能なノズルフラツパ機構を提供すること
を目的とする。
なされたものであつて、電歪素子のベースに固着
しようとする時、少なくとも当該電歪素子を構成
する電極を固定板との間に挟持する領域をなくし
若しくは可及的に少なくし、または保持部材で圧
電セラミツクス部材を直接保持し、従つて、締付
ビスによる締付力に影響されることのない、しか
も容易に精密に電気信号を空気圧信号に変換する
ことが可能なノズルフラツパ機構を提供すること
を目的とする。
[目的を達成するための手段]
前記の目的を達成するために、本発明はノズル
の口孔に対して電歪素子または前記電歪素子に連
結される板部材を臨ませ、前記電歪素子に電圧を
印加することによりノズル背圧を一定にしあるい
は変化させるノズルフラツパ機構において、前記
電歪素子はシム材とこのシム材に積層される圧電
セラミツクス部材と前記圧電セラミツクス部材に
積層される薄膜状の電極とからなり、前記圧電セ
ラミツクス部材の面積に対し薄膜状の電極を狭い
面積とすると共に前記圧電セラミツクス部材の一
端部を直接固定保持することを特徴とする。
の口孔に対して電歪素子または前記電歪素子に連
結される板部材を臨ませ、前記電歪素子に電圧を
印加することによりノズル背圧を一定にしあるい
は変化させるノズルフラツパ機構において、前記
電歪素子はシム材とこのシム材に積層される圧電
セラミツクス部材と前記圧電セラミツクス部材に
積層される薄膜状の電極とからなり、前記圧電セ
ラミツクス部材の面積に対し薄膜状の電極を狭い
面積とすると共に前記圧電セラミツクス部材の一
端部を直接固定保持することを特徴とする。
また、本発明はノズルの口孔に対して電歪素子
または前記電歪素子に連結される板部材を臨ま
せ、前記電歪素子に電圧を印加することによりノ
ズル背圧を一定にしあるいは変化させるノズルフ
ラツパ機構において、前記電歪素子はシム材とこ
のシム材に積層される圧電セラミツクス部材と前
記圧電セラミツクス部材に積層される薄膜状の電
極とからなり、前記電極を圧電セラミツクス部材
の面積よりも狭い面積とし且つ圧電セラミツクス
部材の一端部を直接半田付または接着剤で保持部
材に固定することを特徴とする。
または前記電歪素子に連結される板部材を臨ま
せ、前記電歪素子に電圧を印加することによりノ
ズル背圧を一定にしあるいは変化させるノズルフ
ラツパ機構において、前記電歪素子はシム材とこ
のシム材に積層される圧電セラミツクス部材と前
記圧電セラミツクス部材に積層される薄膜状の電
極とからなり、前記電極を圧電セラミツクス部材
の面積よりも狭い面積とし且つ圧電セラミツクス
部材の一端部を直接半田付または接着剤で保持部
材に固定することを特徴とする。
[実施態様]
次に、本発明に係るノズルフラツパ機構につい
てそれを組み込む電気信号−空気圧変換ユニツト
との関連において好適な実施態様を挙げ、添付の
図面を参照しながら以下詳細に説明する。
てそれを組み込む電気信号−空気圧変換ユニツト
との関連において好適な実施態様を挙げ、添付の
図面を参照しながら以下詳細に説明する。
なお、第1図乃至第3図に示す構成要素と同一
の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細
な説明を省略する。
の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細
な説明を省略する。
本発明は、特に、電歪素子の形状に関連してな
されている。
されている。
先ず、第6図に示す第1の実施態様において
は、電歪素子30を構成するシム材32を矩形状
に形成している。この場合、シム材32は、一般
的に、リン青銅やステンレス鋼等の金属で構成さ
れ、その両面に圧電セラミツクス部材34a,3
4bが図示しない接着剤を挟んで固着される。こ
の場合、図から容易に諒解されるように、圧電セ
ラミツクス部材34a,34bとよりシム材32
の一端部が若干外方へと延在している。
は、電歪素子30を構成するシム材32を矩形状
に形成している。この場合、シム材32は、一般
的に、リン青銅やステンレス鋼等の金属で構成さ
れ、その両面に圧電セラミツクス部材34a,3
4bが図示しない接着剤を挟んで固着される。こ
の場合、図から容易に諒解されるように、圧電セ
ラミツクス部材34a,34bとよりシム材32
の一端部が若干外方へと延在している。
次に、圧電セラミツクス部材34a,34bの
外方に露呈する面部に薄膜状の電極36a,36
bを貼着する。第6図から諒解される通り、この
電極36a,36bは実質的に矩形状であり、そ
の短手方向の幅員は実質的に圧電セラミツクス部
材34a,34bのそれと同一である。なお、電
極36a,36bの中央部からは夫々極めて幅員
の狭いリード部位38a,38bを延在させ、圧
電セラミツクス部材34a,34bの端部で終端
させておく(第6図、第7図および第9図参照)。
外方に露呈する面部に薄膜状の電極36a,36
bを貼着する。第6図から諒解される通り、この
電極36a,36bは実質的に矩形状であり、そ
の短手方向の幅員は実質的に圧電セラミツクス部
材34a,34bのそれと同一である。なお、電
極36a,36bの中央部からは夫々極めて幅員
の狭いリード部位38a,38bを延在させ、圧
電セラミツクス部材34a,34bの端部で終端
させておく(第6図、第7図および第9図参照)。
以上のような構成からなるノズルフラツパ機構
は電極素子30のリード部位38a,38b側を
第1固定板6a上に載置し、前記電歪素子30に
さらに第2固定板6bを上載し、締付ビス10,
10を固定板6aに穿設された孔部に螺入しこれ
を挟持する。この時、容易に諒解されるように、
締付ビス10,10によつて締め付けられる部位
には実質的に電極36a,36bは存在してはお
らず、極めて幅狭な、例えば、幅が1mm程度で且
つ厚さが数μmのリード部位38a,38bが存
在しているに過ぎない。従つて、締付力を受ける
のはシム材32並びに圧電セラミツクス部材34
a,34bおよびリード部位38a,38bのみ
となる。すなわち、電歪素子30を固定板6a,
6bに固定するに際してさほどに慎重な締付力の
調整を必要とすることはない。
は電極素子30のリード部位38a,38b側を
第1固定板6a上に載置し、前記電歪素子30に
さらに第2固定板6bを上載し、締付ビス10,
10を固定板6aに穿設された孔部に螺入しこれ
を挟持する。この時、容易に諒解されるように、
締付ビス10,10によつて締め付けられる部位
には実質的に電極36a,36bは存在してはお
らず、極めて幅狭な、例えば、幅が1mm程度で且
つ厚さが数μmのリード部位38a,38bが存
在しているに過ぎない。従つて、締付力を受ける
のはシム材32並びに圧電セラミツクス部材34
a,34bおよびリード部位38a,38bのみ
となる。すなわち、電歪素子30を固定板6a,
6bに固定するに際してさほどに慎重な締付力の
調整を必要とすることはない。
この結果、電気信号−空気圧変換ユニツトに組
み込まれた電歪素子30に対して電圧を印加し、
電気信号を空気圧信号に変換しようとする時、ク
リープ現象が著しく減少するために精緻で安定し
た動作が得られる。特に、低電圧でこの電歪素子
30を駆動しようとする場合、精密な制御を行う
ことが可能となる利点が得られる。
み込まれた電歪素子30に対して電圧を印加し、
電気信号を空気圧信号に変換しようとする時、ク
リープ現象が著しく減少するために精緻で安定し
た動作が得られる。特に、低電圧でこの電歪素子
30を駆動しようとする場合、精密な制御を行う
ことが可能となる利点が得られる。
次に、本発明に係る電歪素子30を組み込む電
気信号−空気圧信号変換器について概略的に説明
する。
気信号−空気圧信号変換器について概略的に説明
する。
第11図に示すように、圧電セラミツクス部材
34a,34bに貼着された電極36a,36b
は夫々電気的に接続してコントローラ50の一方
の端子に接続する。シム材32にはコントローラ
50の他方の端子を電気的に接続しておく。ノズ
ル12にはパイロツト弁52を接続し、このパイ
ロツト弁52の出力側を分岐して空気圧信号−電
気信号変換素子54に連結している。前記空気圧
信号−電気信号変換素子54の出力側はコントロ
ーラ50に導入される。なお、このコントローラ
50には制御信号Sが導入される。
34a,34bに貼着された電極36a,36b
は夫々電気的に接続してコントローラ50の一方
の端子に接続する。シム材32にはコントローラ
50の他方の端子を電気的に接続しておく。ノズ
ル12にはパイロツト弁52を接続し、このパイ
ロツト弁52の出力側を分岐して空気圧信号−電
気信号変換素子54に連結している。前記空気圧
信号−電気信号変換素子54の出力側はコントロ
ーラ50に導入される。なお、このコントローラ
50には制御信号Sが導入される。
従つて、この制御信号Sがコントローラ50に
導入されると、このコントローラ50から圧電セ
ラミツクス部材34a,34b上の電極36a,
36bとシム材32との間に所定の電圧が印加さ
れ、この電歪素子30の自由端がその電圧に比例
して撓む。この結果、ノズル12から導出される
空気のノズル背圧が変化し、これはパイロツト弁
52に導入される。このパイロツト弁52の出力
信号が所定の機器に導入されて、当該機器の制御
を行う。
導入されると、このコントローラ50から圧電セ
ラミツクス部材34a,34b上の電極36a,
36bとシム材32との間に所定の電圧が印加さ
れ、この電歪素子30の自由端がその電圧に比例
して撓む。この結果、ノズル12から導出される
空気のノズル背圧が変化し、これはパイロツト弁
52に導入される。このパイロツト弁52の出力
信号が所定の機器に導入されて、当該機器の制御
を行う。
一方、前記パイロツト弁52の出力信号は空気
圧信号−電気信号変換素子54に導入され、これ
がコントローラ50に対してのフイードバツク信
号として活用される。
圧信号−電気信号変換素子54に導入され、これ
がコントローラ50に対してのフイードバツク信
号として活用される。
さらに、第12図に電気信号−空気圧信号変換
機構を採用するポジシヨナーの実施態様を示す。
機構を採用するポジシヨナーの実施態様を示す。
なお、前記電気信号−空気圧信号変換機構に用
いた構成要素と、同一の構成要素には同一の参照
符号を付してその説明を省略する。
いた構成要素と、同一の構成要素には同一の参照
符号を付してその説明を省略する。
そこで、この実施態様においては、パイロツト
弁52の出力側をコントロールバルブ60に導入
し、このコントロールバルブ60を制御すると共
に、このコントロールバルブ60の出力側を分岐
してその変位量を電気信号に変換するセンサに導
入している。例えば、このセンサとしてはポテン
シヨメータが好適に用いられる。そこで、このポ
テンシヨメータ62の出力側はコントローラ50
にフイードバツク信号として移送される。従つ
て、パイロツト弁52に出力される信号がコント
ロールバルブ60を変位させ、その変位量に応じ
たセンサ出力がコントローラ50をフイードバツ
ク制御することになる。
弁52の出力側をコントロールバルブ60に導入
し、このコントロールバルブ60を制御すると共
に、このコントロールバルブ60の出力側を分岐
してその変位量を電気信号に変換するセンサに導
入している。例えば、このセンサとしてはポテン
シヨメータが好適に用いられる。そこで、このポ
テンシヨメータ62の出力側はコントローラ50
にフイードバツク信号として移送される。従つ
て、パイロツト弁52に出力される信号がコント
ロールバルブ60を変位させ、その変位量に応じ
たセンサ出力がコントローラ50をフイードバツ
ク制御することになる。
さらに、第13図に本発明の別の実施態様を示
す。この実施態様は電歪素子30に指向してなさ
れている。すなわち、この電歪素子30では電極
36a,36bのリード部位38a,38bが圧
電セラミツクス部材34a,34bの長手方向中
心線に対してその端部側への偏位している。従つ
て、シム材32と電極36a,36bに対して接
続されるリード線をそれらの端部隅角部にまとめ
て延在させることが出来る。このため、当該リー
ド線が電歪素子30の近傍に配置された他の付属
品、機器の妨げとなることはない。
す。この実施態様は電歪素子30に指向してなさ
れている。すなわち、この電歪素子30では電極
36a,36bのリード部位38a,38bが圧
電セラミツクス部材34a,34bの長手方向中
心線に対してその端部側への偏位している。従つ
て、シム材32と電極36a,36bに対して接
続されるリード線をそれらの端部隅角部にまとめ
て延在させることが出来る。このため、当該リー
ド線が電歪素子30の近傍に配置された他の付属
品、機器の妨げとなることはない。
第14図並びに第15図に本発明のさらに別の
実施態様を示す。この実施態様は、特に、リード
部位38a,38bを設けることなく、圧電セラ
ミツクス部材34a,34bとシム材32のみを
第1固定板6aと第2固定板6bとで挟持する構
成を採用している。すなわち、電極36a,36
bをシム材32上の圧電セラミツクス部材34
a,34bよりも短尺に形成し、当該圧電セラミ
ツクス部材34a,34bを挟持する固定板6
a,6b側の電極36a,36bの隅角部に電圧
を印加するためのリード線を接続するように構成
している。
実施態様を示す。この実施態様は、特に、リード
部位38a,38bを設けることなく、圧電セラ
ミツクス部材34a,34bとシム材32のみを
第1固定板6aと第2固定板6bとで挟持する構
成を採用している。すなわち、電極36a,36
bをシム材32上の圧電セラミツクス部材34
a,34bよりも短尺に形成し、当該圧電セラミ
ツクス部材34a,34bを挟持する固定板6
a,6b側の電極36a,36bの隅角部に電圧
を印加するためのリード線を接続するように構成
している。
電極36a,36bが固定板6a,6bに挟持
されることなく、一方、圧電セラミツクス部材3
4a,34bは前記固定板6a,6bに挟持され
るものであるため、剛性が確保される一方、クリ
ープ現象の発生を可及的に減少させることが可能
である。
されることなく、一方、圧電セラミツクス部材3
4a,34bは前記固定板6a,6bに挟持され
るものであるため、剛性が確保される一方、クリ
ープ現象の発生を可及的に減少させることが可能
である。
このような観点からすれば、リード部位38
a,38bが存在していたにせよ、これらのリー
ド部位38a,38bの固定板6a,6bに対す
る挟持を回避させれば実質的にクリープ減少によ
る不都合から免れる。これに関連して別の実施様
態を第16図乃至第19図に示す。
a,38bが存在していたにせよ、これらのリー
ド部位38a,38bの固定板6a,6bに対す
る挟持を回避させれば実質的にクリープ減少によ
る不都合から免れる。これに関連して別の実施様
態を第16図乃至第19図に示す。
先ず、第16図の実施様態では圧電セラミツク
ス部材34a,34bの面上から膨出するリード
部位38a,38bの厚さ並びに長さに対応して
第1固定板6a,第2固定板6bに夫々溝部40
a,40bを刻設している。
ス部材34a,34bの面上から膨出するリード
部位38a,38bの厚さ並びに長さに対応して
第1固定板6a,第2固定板6bに夫々溝部40
a,40bを刻設している。
従つて、これらの固定板6a,6bによつて電
歪素子30の端部を挟持しても前記リード部位3
8a,38bは挟圧されることなく、従つて、ク
リープ現象から回避可能である。
歪素子30の端部を挟持しても前記リード部位3
8a,38bは挟圧されることなく、従つて、ク
リープ現象から回避可能である。
第17図の実施様態ではリード部位38a,3
8b自体を圧電セラミツクス部材34a,34b
に刻設された溝部42a,42b間に配設してい
る。このため、圧電セラミツクス部材34a,3
4bの表面から前記リード部位が膨出する状態と
はなつていない。従つて、固定板6a,6bによ
つて電歪素子を保持してもこのリード部位38
a,38bが挟持されることはない。従つて、第
15図に示す実施態様と同一の効果が得られる。
8b自体を圧電セラミツクス部材34a,34b
に刻設された溝部42a,42b間に配設してい
る。このため、圧電セラミツクス部材34a,3
4bの表面から前記リード部位が膨出する状態と
はなつていない。従つて、固定板6a,6bによ
つて電歪素子を保持してもこのリード部位38
a,38bが挟持されることはない。従つて、第
15図に示す実施態様と同一の効果が得られる。
第19図に示す実施態様ではリード部位38
a,38bの厚さ並びに長さに対応して二組の矩
形状のスペーサ44a,44bを圧電セラミツク
ス部材34a,34bに貼着している。これらの
スペーサ44a,44bは、この場合、固定板6
a,6bに夫々固着することも可能である。
a,38bの厚さ並びに長さに対応して二組の矩
形状のスペーサ44a,44bを圧電セラミツク
ス部材34a,34bに貼着している。これらの
スペーサ44a,44bは、この場合、固定板6
a,6bに夫々固着することも可能である。
以上のような構成においても直接固定板6a,
6bがリード部位38a,38bに圧接すること
がないため、クリープ現象からの弊害を可及的に
回避可能である。
6bがリード部位38a,38bに圧接すること
がないため、クリープ現象からの弊害を可及的に
回避可能である。
なお、前記の実施態様ではいずれも固定板6
a,6bを用いて電歪素子30の圧電セラミツク
ス部材34a,34bを挟持する構成を開示して
いる。圧電セラミツクス部材34a,34bを挟
持することにより剛性を確保するためである。
a,6bを用いて電歪素子30の圧電セラミツク
ス部材34a,34bを挟持する構成を開示して
いる。圧電セラミツクス部材34a,34bを挟
持することにより剛性を確保するためである。
然しながら、他の方法によつて剛性が確保可能
であれば、前記圧電セラミツクス部材34a,3
4bを挟持しなくてもよい。この観点に立脚した
実施態様を第20図に示す。
であれば、前記圧電セラミツクス部材34a,3
4bを挟持しなくてもよい。この観点に立脚した
実施態様を第20図に示す。
この実施態様では、図示しないビスによつて締
着すべく比較的厚みのあるT字状の保持部材46
を用意し、この保持部材46に圧電セラミツクス
部材34aを半田付あるいは接着剤によつて固着
している。電極36a,36bは、図から容易に
諒解される通り、半田付あるいは接着剤部分48
まで延在してはいない。
着すべく比較的厚みのあるT字状の保持部材46
を用意し、この保持部材46に圧電セラミツクス
部材34aを半田付あるいは接着剤によつて固着
している。電極36a,36bは、図から容易に
諒解される通り、半田付あるいは接着剤部分48
まで延在してはいない。
このように、圧電セラミツクス部材34a,3
4bを保持部材46に貼着する構成とすることに
より、取付工程が簡素化し位置調整も容易とな
る。
4bを保持部材46に貼着する構成とすることに
より、取付工程が簡素化し位置調整も容易とな
る。
[発明の効果]
本発明によれば、以上のように、電歪素子を構
成する電極に対して実質的に固定板で挟持するこ
となく電極に印加される電圧で圧電セラミツクス
部材が伸縮する可能性のある部位を固定板により
締付力から解放している。従つて、特に、固定板
による締付力に影響されることのない、すなわ
ち、クリープ現象を可及的に小さくすることが可
能となるノズルフラツパ機構を得ることが出来
る。特に、このノズルフラツパ機構によれば、よ
り精緻にそのノズル背圧を制御することが出来る
という顕著な効果が得られる。
成する電極に対して実質的に固定板で挟持するこ
となく電極に印加される電圧で圧電セラミツクス
部材が伸縮する可能性のある部位を固定板により
締付力から解放している。従つて、特に、固定板
による締付力に影響されることのない、すなわ
ち、クリープ現象を可及的に小さくすることが可
能となるノズルフラツパ機構を得ることが出来
る。特に、このノズルフラツパ機構によれば、よ
り精緻にそのノズル背圧を制御することが出来る
という顕著な効果が得られる。
以上、本発明について好適な実施態様を挙げて
説明したが、本発明はこの実施態様に限定される
ものではなく、また、バイモルフ型電歪素子を複
数個積層した積層電歪素子についても採用可能で
あり、あるいは電歪素子の自由端側に板部材を固
着し、これをノズルに臨ませる構成のものに対し
ても利用可能である等、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲において種々の改良並びに設計の変更が可
能なことは勿論である。
説明したが、本発明はこの実施態様に限定される
ものではなく、また、バイモルフ型電歪素子を複
数個積層した積層電歪素子についても採用可能で
あり、あるいは電歪素子の自由端側に板部材を固
着し、これをノズルに臨ませる構成のものに対し
ても利用可能である等、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲において種々の改良並びに設計の変更が可
能なことは勿論である。
第1図は従来技術に係る電歪素子を用いたノズ
ルフラツパ機構の一部縦断説明図、第2図は第1
図に示すノズルフラツパ機構の平面図、第3図は
第1図に示すノズルフラツパ機構の正面図、第4
図は従来のバイモルフ型電歪素子を用いてノズル
フラツパ機構を構成した場合の電歪素子に印加さ
れる電圧とその変位量との関係を示すグラフ、第
5図は従来のバイモルフ型電歪素子に対して電圧
を長時間にわたり印加した際のクリープ現象を表
す特性図、第6図は本発明に係るノズルフラツパ
機構に組み込まれる電歪素子の斜視説明図、第7
図は第6図の電歪素子の平面図、第8図は第7図
の電歪素子のA−A線断面図、第9図は第7図の
電歪素子のB−B線断面図、第10図は第6図の
電歪素子の正面図、第11図は本発明に係る電歪
素子を組み込む電気信号−空気圧変換器の概略説
明図、第12図は第11図に示す電気信号−空気
圧変換器を組み込むポジシヨナの概略説明図、第
13図は本発明に係る電歪素子の他の実施態様の
斜視説明図、第14図は第13図の電歪素子の平
面図、第15図は第13図は電歪素子の一部省略
縦断説明図、第16図は本発明に係る電歪素子と
それを組み込む固定板の斜視説明図、第17図は
本発明に係る電歪素子の他の実施態様の斜視説明
図、第18図は第17図の電歪素子の縦断説明
図、第19図は本発明に係る電歪素子を組み込む
固定板の他の実施態様を示す斜視説明図、第20
図は本発明に係る電歪素子の他の実施態様の斜視
説明図である。 10……締付ビス、30……電歪素子、32…
…シム材、34a,34b……圧電セラミツクス
部材、38a,38b……リード部位、44a,
44b……スペーサ、50……コントローラ、5
2……パイロツト弁、54……空気圧信号−電気
信号変換素子、60……コントロールバルブ、6
2……ポテンシヨメータ。
ルフラツパ機構の一部縦断説明図、第2図は第1
図に示すノズルフラツパ機構の平面図、第3図は
第1図に示すノズルフラツパ機構の正面図、第4
図は従来のバイモルフ型電歪素子を用いてノズル
フラツパ機構を構成した場合の電歪素子に印加さ
れる電圧とその変位量との関係を示すグラフ、第
5図は従来のバイモルフ型電歪素子に対して電圧
を長時間にわたり印加した際のクリープ現象を表
す特性図、第6図は本発明に係るノズルフラツパ
機構に組み込まれる電歪素子の斜視説明図、第7
図は第6図の電歪素子の平面図、第8図は第7図
の電歪素子のA−A線断面図、第9図は第7図の
電歪素子のB−B線断面図、第10図は第6図の
電歪素子の正面図、第11図は本発明に係る電歪
素子を組み込む電気信号−空気圧変換器の概略説
明図、第12図は第11図に示す電気信号−空気
圧変換器を組み込むポジシヨナの概略説明図、第
13図は本発明に係る電歪素子の他の実施態様の
斜視説明図、第14図は第13図の電歪素子の平
面図、第15図は第13図は電歪素子の一部省略
縦断説明図、第16図は本発明に係る電歪素子と
それを組み込む固定板の斜視説明図、第17図は
本発明に係る電歪素子の他の実施態様の斜視説明
図、第18図は第17図の電歪素子の縦断説明
図、第19図は本発明に係る電歪素子を組み込む
固定板の他の実施態様を示す斜視説明図、第20
図は本発明に係る電歪素子の他の実施態様の斜視
説明図である。 10……締付ビス、30……電歪素子、32…
…シム材、34a,34b……圧電セラミツクス
部材、38a,38b……リード部位、44a,
44b……スペーサ、50……コントローラ、5
2……パイロツト弁、54……空気圧信号−電気
信号変換素子、60……コントロールバルブ、6
2……ポテンシヨメータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 ノズルの口孔に対して電歪素子または前記電
歪素子に連結される板部材を臨ませ、前記電歪素
子に電圧を印加することによりノズル背圧を一定
にしあるいは変化させるノズルフラツパ機構にお
いて、前記電歪素子はシム材とこのシム材に積層
される圧電セラミツクス部材と前記圧電セラミツ
クス部材に積層される薄膜状の電極とからなり、
前記圧電セラミツクス部材の面積に対し薄膜状の
電極を狭い面積とすると共に前記圧電セラミツク
ス部材の一端部を直接固定保持することを特徴と
するノズルフラツパ機構。 2 請求項1記載の機構において、圧電セラミツ
クス部材の一端部は固定板によつて保持すること
を特徴とするノズルフラツパ機構。 3 請求項1または2記載の装置において、圧電
セラミツクス部材よりも狭面積の電極から幅狭の
リード部位を延在させ、前記圧電セラミツクス部
材の端部で終端させてなることを特徴とするノズ
ルフラツパ機構。 4 請求3項記載の機構において、幅狭のリード
部位は圧電セラミツクス部材の長手方向中央部で
終端することを特徴とするノズルフラツパ機構。 5 請求項3記載の機構において、幅狭のリード
部位は圧電セラミツクス部材の長手方向端部隅角
部で終端することを特徴とするノズルフラツパ機
構。 6 請求項3乃至5のいずれかに記載の機構にお
いて、固定板に電極のリード部位が嵌合する溝部
を設けることを特徴とするノズルフラツパ機構。 7 請求項2乃至5のいずれかに記載の機構にお
いて、電極のリード部位は圧電セラミツクス部材
の端部まで延在する溝部に嵌合してなることを特
徴とするノズルフラツパ機構。 8 請求項2乃至5のいずれかに記載の機構にお
いて、挟持される圧電セラミツクスと固定板との
間にスペーサを配設することを特徴とするノズル
フラツパ機構。 9 請求項1記載の機構において、電歪素子はシ
ム材と圧電セラミツクス部材と電極とを積層し、
さらにこの積層体を多数個層状に並列して構成す
ることを特徴とするノズルフラツパ機構。 10 ノズルの口孔に対して電歪素子または前記
電歪素子に連結される板部材を臨ませ、前記電歪
素子に電圧を印加することによりノズル背圧を一
定にしあるいは変化させるノズルフラツパ機構に
おいて、前記電歪素子はシム材とこのシム材に積
層される圧電セラミツクス部材と前記圧電セラミ
ツクス部材に積層される薄膜状の電極とからな
り、前記電極を圧電セラミツクス部材の面積より
も狭い面積とし且つ圧電セラミツクス部材の一端
部を直接半田付または接着剤で保持部材に固定す
ることを特徴とするノズルフラツパ機構。
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