JPH0744858B2 - 圧電素子を用いたアクチュエ−タ - Google Patents
圧電素子を用いたアクチュエ−タInfo
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- JPH0744858B2 JPH0744858B2 JP58220285A JP22028583A JPH0744858B2 JP H0744858 B2 JPH0744858 B2 JP H0744858B2 JP 58220285 A JP58220285 A JP 58220285A JP 22028583 A JP22028583 A JP 22028583A JP H0744858 B2 JPH0744858 B2 JP H0744858B2
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 15
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 8
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 7
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
-
- 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
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、圧電素子を用いたアクチュエータに関し、一
層詳細には電圧を加えることによって伸長収縮する圧電
素子群を３つ以上組み合わせることにより機械的変位を
増幅し、しかも曲げモーメントの発生を回避するように
構成した圧電素子を用いたアクチュエータに関する。
層詳細には電圧を加えることによって伸長収縮する圧電
素子群を３つ以上組み合わせることにより機械的変位を
増幅し、しかも曲げモーメントの発生を回避するように
構成した圧電素子を用いたアクチュエータに関する。
油圧または空気圧等の流体エネルギを用いて機械的な仕
事をする機器、すなわちアクチュエータとして油圧シリ
ンダ、空気圧シリンダが広汎に採用されている。この場
合、流体の制御を図るために電磁弁が一般的に組み込ま
れている。然しながら、このように電磁作用によって弁
の開閉を行うためには常時電流を流しておく必要があ
る。さらに、付勢しようとする際も所望のパワーが得ら
れず、しかも周波数応答性が良くない等の不都合があっ
た。特に近年、各工場内等で多く採用され始めた多関節
ロボット等の無人化システムでは迅速且つ確実に作業を
行うために周波数特性のよいアクチュエータの出現が切
望されている。
事をする機器、すなわちアクチュエータとして油圧シリ
ンダ、空気圧シリンダが広汎に採用されている。この場
合、流体の制御を図るために電磁弁が一般的に組み込ま
れている。然しながら、このように電磁作用によって弁
の開閉を行うためには常時電流を流しておく必要があ
る。さらに、付勢しようとする際も所望のパワーが得ら
れず、しかも周波数応答性が良くない等の不都合があっ
た。特に近年、各工場内等で多く採用され始めた多関節
ロボット等の無人化システムでは迅速且つ確実に作業を
行うために周波数特性のよいアクチュエータの出現が切
望されている。
そこで、本発明者等は、鋭意考究並びに工夫を重ねた結
果、電圧を加えることによって伸長または収縮する圧電
素子に着目し、この種の圧電素子を多層形成して、一方
において電圧の印加により収縮する圧電素子群と他方に
おいて前記電圧の印加により伸長する圧電素子群とを組
み合わせ、最初の圧電素子群と最後の圧電素子群の伸長
収縮作用線を同一線上にあるように設定配置すれば、所
定電圧の印加極性によりある圧電素子群は伸長し他の圧
電素子群は収縮するために、１つの方向に対して変位量
が強力で多大なしかも小型化に適し且つ曲げモーメント
も抑制されると共に、周波数応答性が極めて良好なアク
チュエータが得られ、前記の不都合が一掃されることが
判った。
果、電圧を加えることによって伸長または収縮する圧電
素子に着目し、この種の圧電素子を多層形成して、一方
において電圧の印加により収縮する圧電素子群と他方に
おいて前記電圧の印加により伸長する圧電素子群とを組
み合わせ、最初の圧電素子群と最後の圧電素子群の伸長
収縮作用線を同一線上にあるように設定配置すれば、所
定電圧の印加極性によりある圧電素子群は伸長し他の圧
電素子群は収縮するために、１つの方向に対して変位量
が強力で多大なしかも小型化に適し且つ曲げモーメント
も抑制されると共に、周波数応答性が極めて良好なアク
チュエータが得られ、前記の不都合が一掃されることが
判った。
従って、本発明の目的は、変位量が強力且つ多大であ
り、周波数応答性のよい、動作が確実で強力な、しかも
取付スペースも小さく小型化に適し、伸長収縮の際の曲
げモーメントも抑制され、さらに廉価に製造できると共
に保管管理も容易な圧電素子を用いたアクチュエータを
提供することにある。
り、周波数応答性のよい、動作が確実で強力な、しかも
取付スペースも小さく小型化に適し、伸長収縮の際の曲
げモーメントも抑制され、さらに廉価に製造できると共
に保管管理も容易な圧電素子を用いたアクチュエータを
提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、圧電素子を積
層して構成される伸長収縮可能な複数組の圧電素子群と
作用子とからなり、固定される最初の圧電素子群に対し
て変位する最後の圧電素子群をその伸長収縮作用線が同
一線上にあるように互いに離間して配置し、前記最初の
圧電素子群と最後の圧電素子群の間に連結部材を介して
中間の圧電素子群を少なくとも１つ伸長収縮作用線が前
記同一線上から外れるように連結配置し、さらに前記最
後の圧電素子群に前記作用子を連結し、所定の極性で電
圧を印加して前記最初の圧電素子群と最後の圧電素子群
を伸長収縮せしめると共に前記中間の圧電素子群を伸長
収縮せしめて前記作用子を進退動作させることを特徴と
する。
層して構成される伸長収縮可能な複数組の圧電素子群と
作用子とからなり、固定される最初の圧電素子群に対し
て変位する最後の圧電素子群をその伸長収縮作用線が同
一線上にあるように互いに離間して配置し、前記最初の
圧電素子群と最後の圧電素子群の間に連結部材を介して
中間の圧電素子群を少なくとも１つ伸長収縮作用線が前
記同一線上から外れるように連結配置し、さらに前記最
後の圧電素子群に前記作用子を連結し、所定の極性で電
圧を印加して前記最初の圧電素子群と最後の圧電素子群
を伸長収縮せしめると共に前記中間の圧電素子群を伸長
収縮せしめて前記作用子を進退動作させることを特徴と
する。
次に、本発明に係る圧電素子を用いたアクチュエータを
流体制御弁に組み込んだ好適な実施例を挙げ、添付の図
面を参照しながら以下詳細に説明する。
流体制御弁に組み込んだ好適な実施例を挙げ、添付の図
面を参照しながら以下詳細に説明する。
第１図並びに第２図に示す実施例では、ポペット型流体
制御弁100の内部に空間102を画成すると共にその一部が
膨出して形成された固定部104に支持部材106を固着し、
この支持部材106に直方体状の第１圧電素子群108を係着
する。さらに前記第１圧電素子群108の一端部に第１連
結部材110を介して第２圧電素子群112が並行に係着さ
れ、以下、図示するように直方体状の第２圧電素子群11
2に対して第２連結部材114−第３圧電素子群116−第３
連結部材118−第４圧電素子群120−第４連結部材122−
第５圧電素子群124−角柱状の第５連結部材126−第６圧
電素子群128−第６連結部材130−第７圧電素子群132−
第７連結部材134−第８圧電素子群136−第８連結部材13
8−第９圧電素子群140−第９連結部材142−第10圧電素
子群144−ロッド係着部材146と直列的に接続構成してい
る。第１図から諒解されるように、前記の配列では第１
圧電素子群108と第10圧電素子群144は同一線上に配置さ
れている。そこで、前記ロッド係着部材146の先端部分
にはロッド148を連結し、さらに前記ロッド148の先端部
に作用子としてのポペット型の弁体150を係着する。弁
体150は、変位することにより弁座152に着座可能であ
る。その際、第２図から容易に諒解される通り、第１圧
電素子群108と第10圧電素子群144とはその伸縮作用が同
一直線で行われる。従って、弁体150の変位量によって
制御室154に矢印Ａ方向から流入して矢印Ｂ方向へ排出
される流体の流量を制御することが可能である。
制御弁100の内部に空間102を画成すると共にその一部が
膨出して形成された固定部104に支持部材106を固着し、
この支持部材106に直方体状の第１圧電素子群108を係着
する。さらに前記第１圧電素子群108の一端部に第１連
結部材110を介して第２圧電素子群112が並行に係着さ
れ、以下、図示するように直方体状の第２圧電素子群11
2に対して第２連結部材114−第３圧電素子群116−第３
連結部材118−第４圧電素子群120−第４連結部材122−
第５圧電素子群124−角柱状の第５連結部材126−第６圧
電素子群128−第６連結部材130−第７圧電素子群132−
第７連結部材134−第８圧電素子群136−第８連結部材13
8−第９圧電素子群140−第９連結部材142−第10圧電素
子群144−ロッド係着部材146と直列的に接続構成してい
る。第１図から諒解されるように、前記の配列では第１
圧電素子群108と第10圧電素子群144は同一線上に配置さ
れている。そこで、前記ロッド係着部材146の先端部分
にはロッド148を連結し、さらに前記ロッド148の先端部
に作用子としてのポペット型の弁体150を係着する。弁
体150は、変位することにより弁座152に着座可能であ
る。その際、第２図から容易に諒解される通り、第１圧
電素子群108と第10圧電素子群144とはその伸縮作用が同
一直線で行われる。従って、弁体150の変位量によって
制御室154に矢印Ａ方向から流入して矢印Ｂ方向へ排出
される流体の流量を制御することが可能である。
以上のような構成で所定の電気的極性において電圧を印
加する時、この実施例では、圧電素子群108、116、12
4、128、136および144では伸長するようにそれを構成す
る圧電素子を配列し、一方、圧電素子群112、120、132
および140ではそれを構成する圧電素子が収縮するよう
に配列している。従って、夫々の圧電素子群が電圧の印
加によりΔＸの10倍の変位量としてロッド係着部材146
の先端部にもたらされることになる。なお、前記のよう
に、第１圧電素子群108と第10圧電素子群144とが同一直
線上にあるために、夫々の圧電素子群によって生起され
る曲げモーメントが相殺され、圧電素子群の破壊あるい
は装置の不具合の発生等が回避される。
加する時、この実施例では、圧電素子群108、116、12
4、128、136および144では伸長するようにそれを構成す
る圧電素子を配列し、一方、圧電素子群112、120、132
および140ではそれを構成する圧電素子が収縮するよう
に配列している。従って、夫々の圧電素子群が電圧の印
加によりΔＸの10倍の変位量としてロッド係着部材146
の先端部にもたらされることになる。なお、前記のよう
に、第１圧電素子群108と第10圧電素子群144とが同一直
線上にあるために、夫々の圧電素子群によって生起され
る曲げモーメントが相殺され、圧電素子群の破壊あるい
は装置の不具合の発生等が回避される。
この結果、ロッド148は弁体150を前記のようにΔＸ×10
の距離移動せしめ、弁座152に着座してポート156を閉塞
する。一方、前記圧電素子群に対する電圧の印加極性を
変換すれば、−ΔＸ×10倍の変位量が得られ、流体は、
ポート156からポート158へ導出されることになる。すな
わち、電圧の印加極性を制御することにより弁の開閉が
自在にできる流体制御弁が得られる。
の距離移動せしめ、弁座152に着座してポート156を閉塞
する。一方、前記圧電素子群に対する電圧の印加極性を
変換すれば、−ΔＸ×10倍の変位量が得られ、流体は、
ポート156からポート158へ導出されることになる。すな
わち、電圧の印加極性を制御することにより弁の開閉が
自在にできる流体制御弁が得られる。
第３図は、前記の流体制御弁100の変形例であい、図
中、前記実施例と同一の参照符号は、同一の構成要素を
示すものとする。
中、前記実施例と同一の参照符号は、同一の構成要素を
示すものとする。
すなわち、この実施例は、ポペット型に代えてスプール
・スリーブ型の流体制御弁に圧電素子群からなるアクチ
ュエータを組み込んでおり、従って、ロッド148の先端
部には作用子としてのスプール160が係着されている。
前記と同様に圧電素子群を付勢すれば、その圧電素子群
の数に対応した変位量がロッド148にもたらされ、これ
によってスプール160が変位するために第１乃至第５の
ポート162、164、166、168、170の開口部がその配設七
に応じて開閉制御されることになる。
・スリーブ型の流体制御弁に圧電素子群からなるアクチ
ュエータを組み込んでおり、従って、ロッド148の先端
部には作用子としてのスプール160が係着されている。
前記と同様に圧電素子群を付勢すれば、その圧電素子群
の数に対応した変位量がロッド148にもたらされ、これ
によってスプール160が変位するために第１乃至第５の
ポート162、164、166、168、170の開口部がその配設七
に応じて開閉制御されることになる。
第４図に、本発明に係るアクチュエータをノズルフラッ
パに応用した実施例を示す。この実施例においても前記
実施例と同一の参照符号は同一の構成要素を示すものと
する。この場合、第１圧電素子群108と第10圧電素子群1
44に連結されるフラッパ182とは同一直線上に配置され
ている。
パに応用した実施例を示す。この実施例においても前記
実施例と同一の参照符号は同一の構成要素を示すものと
する。この場合、第１圧電素子群108と第10圧電素子群1
44に連結されるフラッパ182とは同一直線上に配置され
ている。
そこで、圧電素子群の付勢によりロッド148を変位させ
れば、ノズル180は、作用子であるフラッパ182により開
閉され絞り弁184を解して介入される流体の制御を行う
ことができる。ここでも、圧電素子群の付勢によって生
ずる曲げモーメントを抑止できる。
れば、ノズル180は、作用子であるフラッパ182により開
閉され絞り弁184を解して介入される流体の制御を行う
ことができる。ここでも、圧電素子群の付勢によって生
ずる曲げモーメントを抑止できる。
また、第５図に、本発明に係るアクチュエータを光信号
の送信回路のスイッチングに利用する例を掲げる。
の送信回路のスイッチングに利用する例を掲げる。
この実施例では、ロッド148に送信用の光ケーブル190を
保持させ、一方、前記光ケーブル190の端面に複数本の
受信用の光ケーブル192、194を対峙させる。圧電素子群
の付勢により光ケーブル190は矢印方向に変位するため
に光ケーブル192、194のいずれか一方は光ケーブル190
からの信号を受信することができるようになる。すなわ
ち、圧電素子群に印加される電圧の極性如何で受信用光
ケーブルの選択が可能となる。圧電素子群による曲げモ
ーメントの発生が抑止できるのは前記の実施例と同じで
ある。
保持させ、一方、前記光ケーブル190の端面に複数本の
受信用の光ケーブル192、194を対峙させる。圧電素子群
の付勢により光ケーブル190は矢印方向に変位するため
に光ケーブル192、194のいずれか一方は光ケーブル190
からの信号を受信することができるようになる。すなわ
ち、圧電素子群に印加される電圧の極性如何で受信用光
ケーブルの選択が可能となる。圧電素子群による曲げモ
ーメントの発生が抑止できるのは前記の実施例と同じで
ある。
本発明によれば、以上のように印加される電圧の極性に
より伸長する圧電素子群と収縮する圧電素子群とにより
変位するアクチュエータを構成したために変位量も極め
て大きく、動作も電気的に行え、曲げモーメントも互い
に打ち消され、圧電素子群を破壊から回避でき、さらに
周波数応答性がよく動作が安定且つ静穏であり、しか
も、従来のアクチュエータに比べて慣性等を考慮する必
要がなく、さらにまた、前記流体制御弁の如くコンパク
トにしかも廉価に製造することができる等、種々の効果
を奏するものである。
より伸長する圧電素子群と収縮する圧電素子群とにより
変位するアクチュエータを構成したために変位量も極め
て大きく、動作も電気的に行え、曲げモーメントも互い
に打ち消され、圧電素子群を破壊から回避でき、さらに
周波数応答性がよく動作が安定且つ静穏であり、しか
も、従来のアクチュエータに比べて慣性等を考慮する必
要がなく、さらにまた、前記流体制御弁の如くコンパク
トにしかも廉価に製造することができる等、種々の効果
を奏するものである。
図は、本発明に係る実施例を示すものであって、 第１図は、３つ以上の圧電素子群を直列的に接続して変
位量を増すように構成したアクチュエータの斜視図、 第２図は、第１図に示すアクチュエータをポペット型流
体制御弁に組み込んだ状態の説明図、 第３図は、３つ以上の圧電素子群を直列的に接続してこ
れをスプール・スリーブ型流体制御弁に組み込んだ状態
の説明図、 第４図は、アクチュエータをノズルフラッパの駆動源と
した場合の説明図、 第５図は、アクチュエータを送信用光ファイバに付着し
て受信用光ファイバの選択動作をするように構成した状
態の説明図である。 100……流体制御弁、102……空間部 104……固定部、106……支持部材 108、112、116、120、124、128、132、136、140、144…
…圧電素子群 110、114、118、122、126、130、134、138、142……連
結部材 146……ロッド係着部材、148……ロッド 150……弁体、152……弁座 154……制御室 156、158、162、164、166、168、170……ポート 160……スプール、180……ノズル 182……フラッパ、184……絞り弁 190、192、194……光ケーブル
位量を増すように構成したアクチュエータの斜視図、 第２図は、第１図に示すアクチュエータをポペット型流
体制御弁に組み込んだ状態の説明図、 第３図は、３つ以上の圧電素子群を直列的に接続してこ
れをスプール・スリーブ型流体制御弁に組み込んだ状態
の説明図、 第４図は、アクチュエータをノズルフラッパの駆動源と
した場合の説明図、 第５図は、アクチュエータを送信用光ファイバに付着し
て受信用光ファイバの選択動作をするように構成した状
態の説明図である。 100……流体制御弁、102……空間部 104……固定部、106……支持部材 108、112、116、120、124、128、132、136、140、144…
…圧電素子群 110、114、118、122、126、130、134、138、142……連
結部材 146……ロッド係着部材、148……ロッド 150……弁体、152……弁座 154……制御室 156、158、162、164、166、168、170……ポート 160……スプール、180……ノズル 182……フラッパ、184……絞り弁 190、192、194……光ケーブル
Claims (4)
- 【請求項１】圧電素子を積層して構成される伸長収縮可
能な複数組の圧電素子群と作用子とからなり、固定され
る最初の圧電素子群に対して変位する最後の圧電素子群
をその伸長収縮作用線が同一線上にあるように互いに離
間して配置し、前記最初の圧電素子群と最後の圧電素子
群の間に連結部材を介して中間の圧電素子群を少なくと
も１つ伸長収縮作用線が前記同一線上から外れるように
連結配置し、さらに前記最後の圧電素子群に前記作用子
を連結し、所定の極性で電圧を印加して前記最初の圧電
素子群と最後の圧電素子群を伸長収縮せしめると共に前
記中間の圧電素子群を伸長収縮せしめて前記作用子を進
退動作させることを特徴とする圧電素子を用いたアクチ
ュエータ。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のアクチュエー
タにおいて、客体は流体制御弁からなる圧電素子を用い
たアクチュエータ。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載のアクチュエー
タにおいて、客体はノズルフラッパからなる圧電素子を
用いたアクチュエータ。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載のアクチュエー
タにおいて、客体は少なくとも二本の受信用光ファイバ
に臨む一本の送信用光ファイバからなる圧電素子を用い
たアクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58220285A JPH0744858B2 (ja) | 1983-11-23 | 1983-11-23 | 圧電素子を用いたアクチュエ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58220285A JPH0744858B2 (ja) | 1983-11-23 | 1983-11-23 | 圧電素子を用いたアクチュエ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60113673A JPS60113673A (ja) | 1985-06-20 |
| JPH0744858B2 true JPH0744858B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=16748773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58220285A Expired - Lifetime JPH0744858B2 (ja) | 1983-11-23 | 1983-11-23 | 圧電素子を用いたアクチュエ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0744858B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2542154B2 (ja) * | 1992-11-26 | 1996-10-09 | 山一電機株式会社 | 圧電アクチェ―タ― |
| KR100453993B1 (ko) * | 2001-10-09 | 2004-10-20 | 경원훼라이트공업 주식회사 | 압전밸브 |
| KR101159281B1 (ko) | 2009-04-17 | 2012-06-22 | 그린산업 주식회사 | 공조기용 방향제어밸브 |
| JP7412747B2 (ja) * | 2020-01-30 | 2024-01-15 | 株式会社フジキン | 圧電素子駆動式バルブ、圧力式流量制御装置及び気化供給装置 |
| JP6937417B1 (ja) * | 2020-10-07 | 2021-09-22 | 株式会社Taiyo | 流体制御弁 |
Family Cites Families (1)
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| DE3037078C2 (de) * | 1980-10-01 | 1982-08-12 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Elektrisch angesteuertes Stellglied |
-
1983
- 1983-11-23 JP JP58220285A patent/JPH0744858B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60113673A (ja) | 1985-06-20 |
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