JPS6184401A - 圧電素子アクチユエ−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】 〈産業」二の利用分野“〉 本発明はＰＺＴなどの圧電素子をＦｌｌ用しまたリニア
アク４−ユエータに関するものて油圧装置″における流
用調整弁とかクーシサ・イクルのｌＩ’＋５１１１ｉチ
１として好ｊａに使用さ：１１：　’？＞。　　　　　
　　　　　゛〈従来技術〉 近年Ｐ　７．　Ｔｆ、’ｃどの圧電素子を用用し、て、
これに電圧を加えた際の体積の微小変化をパスカルの原
理による流体式拡大機構を用いて増巾するリニアアクチ
ュエータが流体管路中の流量制御手段として多く用いら
れている。この型のアクチュエータとしてはたとえば第
２閏に示すようなものがあり、チューブ状をなすケーシ
ング２の中空部内に積層型圧電素子１を収納しその底部
と頂部を夫々ボトムプレート８とピストン３で挾持し、
且つ該ピストン３はケーシング２の内側に形成されたシ
リンダ２ａと液密状態で摺動し得るようになされている
。シリンダ２ａの上端部とピストン３の間には若干の間
隙があり、圧電素子ｌが伸長変位し得る余地が残されて
いる。シリンダ２ａの上方にはこれに連通したメイン油
室ａからなる作動空間が設けられ、ハウジング２の側壁
を貫通してこれに横方向から小径のスプール４の先端が
摺動自在に突出している。酸スプール４はたとえばスプ
リング５等により左向きの付勢力が与えられており、こ
の付勢力が作動空間内のシリコン油等の作動油の圧力と
バランスしてスプール４の突出長さが決定されろ、６，
７は０リンクであり夫、を作％ｊｌ油が作動空間から漏
洩し、ないようにシールしている。

この構造において圧電素子１の端Ｐ９に電圧が加えられ
るとその電圧１１ｒ１に応じて圧電ｆ’ｉｉ　Ｐ　ｌは
軸方向に伸長し、ビスＩ・ン３を上昇せしめて作動空間
の容積を減少せしめる。これによって作動空間内の液圧
が高まり、スプール４にも圧力を及ぼしこれを右方へ変
位せしめる。スプール４の右方変位はスプリング５の圧
縮をもたらし、これによって増加したスプリング５の付
勢力が作動空間内の液圧の増加とバランスした点てスプ
ール４の突出長さが決定−される。圧電素子１の変位は
僅かであってもシリンダ２ａの断面とスプール４の断面
との比を大きくとることによってスプール４の変位を大
きくすることが可能であり、このスプール４をバルブ機
構に連結することによって該バルブ機構を通過する流体
を制御することができる。

−〈発明が解決しようとする問題点〉 このタイプのリニアアクチュエータにおいては如何にシ
ールを完全に行なったとしても僅かではあるがメイン油
室ａ内からの作動油の漏洩は避けられず、長期間の使用
時には当初に設定した規準位置が徐々に変化し出力に誤
差を生ずる欠点があった・ 本発明はこの欠点を克服し、メイン油室内から多少の作
動油の漏洩があっても直ちにこれを補給し當にや初の設
定位置に変位を生ずることがない圧電素子アクチュエー
タを提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 叙上の本発明の目的は、中空のケーシング、該ケーシン
グの中空部に形成されたシリンダ、該シリンダ内に軸方
向に摺動自在に嵌挿されたピストンの三者によってメイ
ン油室が形成され、該メイン油室内には作動油が封入さ
れると共にケーシング雫側壁に設けられた貫通孔に外部
から摺動自７Ｅに挿通されたスプールの先端が突出し、
前記メイン油室と反対側の前記ピストンの面には該ピス
トンに軸方向の変位を付与するための圧電素子が係合し
、又前記スプールば付勢手段によって當に前記メイン油
室を指向する方向にイ；１勢され、前記圧電素子が微小
変位することによって生ずるメイン油室内の油圧変化を
前記スプールのメイン油室内への突出長さの変化に変換
して増１１する圧電素子アクチュエータにおいて、１）
１１記メイン油室と連通ずるサブ油室を具え、且つ該サ
ブ油室内の作動油に一定の油圧を付与するための手段を
具え、史に前記メイン油室からサブ油室・＼向う作動油
の流れを阻上するチェック弁機構を具えた、ことを特徴
とする圧電素子アク、チュエータによって達成される。

本発明の１１・１成を詳述する前ρに、本発明の原理に
ついて説明する。第２図に示すメイン油室ａ内の圧力変
化とスプールの位置との関係の一例を第３図に示す。オ
；子に電圧を印加していない’ｄＢ　ｊ！Ｊｌ状態にお
いてはメイン油室内の圧力番上たとえば２０Ｍ＊／ｅ、
ｍ２に保たれ、そのｎ、７スブールは硯Ｃ１１（装置０
に静１にしているう次に不予に電１１−を印加するとそ
の電圧１直に応し２ζ素了は伸Ｆし、シリンダを押１げ
るのでメイン油″：・内の圧力は増力ｌ以７、スプール
を右方へ変（−γせしめる。この内圧と変（ｑとの関係
ばたとえば第３図の実線ΔＢの如−に変化する。因みに
Ｂ点は素子に８００■の電圧を印加したときの状態であ
る。即ち圧力は当初の設定値２０にｇ／ｃｍ２から２４
ＫＢ／ｃｍ２に増加するがこの４Ｋｇ／ｃｍ２の圧力上
昇はスプール４をイー１勢するスプリング５の圧縮によ
る荷重の増加に相当する。前述の通り長期間の使用によ
ってメイン油室ａ内から若干の作動油が漏洩した場合に
は作動油を補充しない限りこの油量の減少を補なうよう
にスプール４はメイン油室ａ内に更に深く進入し第３図
のＡ′点に相当する位置まで変位する。この例において
は初期値において０．５　ａｒｍ変位している。これに
伴ってスプリング５も伸長し、その（λＪ”ｐＤ力が減
少するので内圧は当初設定された２０にＢ／ｃｍ”以下
に低下する。従って素子に電圧を印加すると圧力と変位
の関係は点線で示すＡ’Ｂ’の如く当初の設定に対し延
長線にずれ、アクチュエータの出力に誤差が生ずる。本
発明はこの現象に着目してなされたもので、漏洩した作
動油を直ちに補充してメイン油室内を常に当初の設定圧
力に保持するようになすことによって４Ｘ　ｔ−の詳貝
６をＭン肖するものである。

次にその尺体的構成について第１図に基いて説明する。

第１図は本発明のアクチェエータの一実施態様を示すが
そのアクチュエータとしての作動部分は第２図において
既に述べた従来型のアクチュエータと同じ構造であり対
応する部品には同し符号が付されているので詳ｉホは省
略し、本発明に特有な部分についてのみ説明する。

第１図におい°（本発明のアクチュエータはメイン油室
ａの上方のケーシング２内にサブシリンダ２ｂを形成し
、これに摺動自在に嵌挿されたサブピストンｌＯと該サ
ブシリンダ２ｂの底部２ｃとの間にサブ油室すを形成し
ている。サブピストン１０はサブシリンダ２ｂの頂部開
口に取付けられたトッププレート１１との間に介装され
た圧縮スプリング１４によって下向きに付勢され、前記
サブ油室す内に封入された補充用作動油に所定の圧力を
付加している。このサブ油室すの、底部は下方に向って
末広がりのテーパ部１２を有する一゛連通孔１３によっ
てメイン油室ａの頂部と連通している。

該連通孔１３内には圧縮スプリング１６によって前記テ
ーパ部１２に圧接されるように付勢された鋼球１５が収
容されてメイン油室ａとサブ油室すとの間にチェック弁
機構１７を構成している。このチェック弁機構１７によ
って作動油はサブ油室すからメイン油室ａへの一方向の
みの移動が保証される。

両油室ａ、ｂ内の圧力はたとえばメイン油室内の初期圧
力を２０Ｋｇに設定した場合にはサブ油室す内の圧力は
２１　Ｋ（Ｈ／ｃｍ”となるようにスプリング１４の力
を設定し且つチェック弁ａｔＭ１７の作動圧をｌｈ／ｃ
ｍ”に設定しておくことが好ましく、これによってもし
メイン油室ａ内の油量が減少し第３図に示すように２０
Ｖ、６／ｃｍ２以下の圧力にな−た時にはチェック弁機
構１７が商きサブ油室すから補充用の作動油がメイン油
室ａ内に流入して酸室の圧ノコを再び２０にＢ／ｃｍ２
に回復するまで補充される。このためメイン油室内の油
量は常に一定に保たれ、従って２その初、朋圧力並びに
スプールの初！ＩＩＩ設定位置は常にニ定植に制御され
る。なおメイン油室内の切間圧力を２０にｇ／　ｃ　ｍ
　ｌ　と云う比較的大きい値に設定している理由はｌ″
ＺＴなどの積層型圧電素子は初１！Ｊまたわみが不安定
であるので常に高圧を加えた状態にしてこの不安定領域
を殺し、動作の安定性をはかるためてよ）ろ。　　　　
・サブ油室す内に予力を付与するだめの７、プリングＩ
　、１としてハネ定教の小さいものを（土用ずれ、は、
サブ油室すが収容している作動浦倍メイン油室、ｌ内に
補充して容１１゛；か；戊少し′す゛）７ノリ／りｌＯ
が下方に変位しても、スプリング１４によって付与され
る押圧力に：、Ｌ冶ん止′！！う化はなく、ｉ追っ−Ｃ
す“フ浦室す内の圧力Ｊ）実質的に不変てｒ＝　；ｕｔ
間の安定した１乍Φ力力・１用ＩＩｒで・Σろ。

゛第１図に示′ジ実栴態様におしゾこりより・ブ油室す
をり゛ブシリン；＋’　２　）、とサブビス１−ン１０
とで＋１′５成したか第４図に示すようにリーブシリン
ダ２ｂとその中に収容された公知のへＬｌ−又又はダイ
アフラム２０等で＋７￥成することもてきる。

〈実Ｊｊ軸１列〉 本発明のアクチェエータを組１八んだ１１ｒ脹弁３０を
クーラシステムに使用した例を第５図に示す。

膨張弁３０は蒸発器３１、圧縮ａ３２、凝縮器３３、受
液器３４を含む冷媒回路の蒸発器３Ｉと受液器３４の間
に設けられ、蒸発器３１の出口での冷媒の温度Ｔｅと圧
力Ｐｅをフィードバック制御するようにコントローラ３
５がらの出力電圧によって作動せしめられる。

この膨張弁３０は第６図に示す構造を有し、第１図で説
明した実施態様のアクチュエータ４ｏのスプール４の後
方に冷媒導入口４１を有するハウジング４２を設置し、
該導入口４１にスプール４の端部に固着した鋼球４３を
対面せしめ、該鋼球４３と４人口４１のテーパ部分４４
との間で絞り弁が構成されている。

このクーラシステムにおいては膨張弁３ｏは蒸発器３１
の出口での冷媒の温度Ｔｅと圧力Ｐｅを入力されたコン
トローラ３５が常時一定のスーパーヒートを確保できる
ように圧電素子に印加する電圧を制御する。印加電圧が
高くなるとスプール４が右方へ押され、鋼球４３が導入
口４１の方へ接近し、導入口Ｐｌを通過する冷媒の量を
減少させてスーパーヒートを大きくし、逆に電圧が低く
なると鋼球４３と導入口４１との間の距乱が増加して冷
媒通過量を増やしスーパーヒートを小さくする。

〈発明の効果〉 以上詳述した如く、本発明によれば長間間の使用によっ
てメイン油室内の作動油が漏洩して油量が減少した場合
にはサブ油室から直らに減早分の油が自動的に補充され
るのでメイン油室内の圧力並びにこれに挿入されたスプ
ールの位置は常に一定に保たれ、予め設定された初期値
が変動することはない。又メイン油室とサブ油室とをチ
ェック弁機構を介して連通したのでメイン油室内の圧力
が高（な□っても作動油がサブ油室内に逆流することば
なく安定した作動が保証される。

本発明のアクチュエータはクーラシステム内の冷媒の流
量制御に好適に用いられるがこれに限定されるものζは
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアクチュエータの一実施態様の側断面
図、 第２図は従来のアクチュエータの側断面図、第３図はメ
イン油室内圧力とスプール位置との関係を示すグラフ、 第４図は本発明にかかるサブ油室の別の実施例の部分断
面図、 第５図は本発明のアクチュエータを利用したクーラシス
テムの回路図、及び 第６図は第５図のクーラシステムに使用される膨張弁の
側断面図である。 ｌ−・−圧電素子、　　　２−ケーシング、３−シリン
ダ、　　　４−・スプール、・５−・−スプリング、　
　　ａ　−メイン油室、ｂ−・サブ油室、　　　９−一
端子、 ２ｂ−サブシリンダ、　ｌＯ−サブピストン、１３一連
通孔、　　　　１４−スプリング、１５−鋼球、　　　
　　１６−スプリング、１７−　チェック弁接ｔ、＋、
７゜ 第３図 一１Ｑ　　　　　１　　　２ スプール位置　（ｍｍ　） 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．中空のケーシング、該ケーシングの中空部に形成さ
   れたシリンダ、該シリンダ内に軸方向に摺動自在に嵌挿
   されたピストンの三者によってメイン油室が形成され、
   該メイン油室内には作動油が封入されると共にケーシン
   グの側壁に設けられた貫通孔に外部から摺動自在に挿通
   されたスプールの先端が突出し、前記メイン油室と反対
   側の前記ピストンの面には該ピストンに軸方向の変位を
   付与するための圧電素子が係合し、又前記スプールは付
   勢手段によって常に前記メイン油室を指向する方向に付
   勢され、前記圧電素子が微小変位することによって生ず
   るメイン油室内の油圧変化を前記スプールのメイン油室
   内への突出長さの変化に変換して増巾する圧電素子アク
   チュエータにおいて、前記メイン油室と連通するサブ油
   室を具え、且つ該サブ油室内の作動油に一定の油圧を付
   与するための手段を具え、更に前記メイン油室からサブ
   油室へ向う作動油の流れを阻上するチェック弁機構を具
   えたことを特徴とする圧電素子アクチュエータ。
2. ２．圧電素子がＰＺＴである特許請求の範囲第１項に記
   載されたアクチュエータ。
3. ３．油圧付与手段がスプリングである特許請求の範囲第
   １項又は第２項に記載されたアクチュエータ。
4. ４．油圧付与手段がダイアフラム弁である特許請求の範
   囲第１項又は第２項に記載されたアクチュエータ。