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JPH01144690A - Laminated piezoelectric actuator - Google Patents

Laminated piezoelectric actuator

Info

Publication number
JPH01144690A
JPH01144690A JP62304239A JP30423987A JPH01144690A JP H01144690 A JPH01144690 A JP H01144690A JP 62304239 A JP62304239 A JP 62304239A JP 30423987 A JP30423987 A JP 30423987A JP H01144690 A JPH01144690 A JP H01144690A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
sealing
laminated piezoelectric
sealing element
piezoelectric element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP62304239A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0519391B2 (en
Inventor
Akira Wachi
和地 昭
Minehisa Hayashi
林 峯久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ohkura Electric Co Ltd
Original Assignee
Ohkura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ohkura Electric Co Ltd filed Critical Ohkura Electric Co Ltd
Priority to JP62304239A priority Critical patent/JPH01144690A/en
Publication of JPH01144690A publication Critical patent/JPH01144690A/en
Publication of JPH0519391B2 publication Critical patent/JPH0519391B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To increase the stroke of a piezoelectric element while preventing a drift due to a temperature by installing a first sealing element at the other end of the columnar laminated piezoelectric element, one end of which is fixed, disposing a second sealing element adjacent to the sealing element and sealing a sealing liquid in liquid- seal space between both sealing elements. CONSTITUTION:A first sealing element (a diaphragm) having an effective area A1 is mounted at the other end of columnar laminated piezoelectric elements 101-103, one end of which is fastened, while a second sealing element (a bellows) 5 having an effective area A2 is arranged adjacent to the sealing element 10. A sealing liquid (such as silicone oil) 14 is sealed into liquid-seal space having volume V constituted between the sealing element 10 and the sealing element 5, and the elongation of the columnar laminated piezoelectric elements 101-103 is converted into the stroke of the sealing element 5 through the sealing liquid 14. It is preferable that A1>=A2 holds in the areas A1 and A2. When the linear expansion coefficient of the piezoelectric elements is represented by alpha, the linear expansion coefficient of a pipe by beta, the coefficient of cubic expansion of the sealing liquid by gamma, and the laminating length of the piezoelectric elements by L, it is preferable that the volume of the liquid-seal space having volume V satisfies Vgamma=LA/(beta-alpha).

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、積層圧電アクチュエータに関し、特に、圧電
素子の伸縮量を液体梃子の原理で拡大し、同時に温度変
化によるドリフトを封入液の体積を考慮することによっ
て軽減させた積層圧電アクチュエータに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a laminated piezoelectric actuator, and in particular, expands the amount of expansion and contraction of a piezoelectric element using the principle of liquid leverage, and at the same time takes into account drift due to temperature changes by taking into account the volume of the sealed liquid. The present invention relates to a laminated piezoelectric actuator that is reduced in weight.

従来の技術 最近開発された積層圧電アクチュエータ素子(以下圧電
素子と称す)の代表例として、日本電気株式会社製のA
EO505DIGがある。この圧電素子は外形寸法5 
(W) X 5 (D) X 20(H)miで、板厚
0 、 I 15mo+の圧電材料PZT(チタン酸ジ
ルコン酸鉛)に電極を挟んで、高さ20mmまで積重ね
たものであり、PZT板や電極は一体に焼結されている
BACKGROUND ART A representative example of a recently developed multilayer piezoelectric actuator element (hereinafter referred to as piezoelectric element) is A manufactured by NEC Corporation.
There is EO505DIG. This piezoelectric element has external dimensions of 5
(W) X 5 (D) The plates and electrodes are sintered together.

この圧電素子は150Vの最高駆動電圧をかけると約1
6μm伸びる。伸びられないように拘束して電圧をかけ
ると約85kgfの力を発生する。この圧電素子の耐電
圧は300vである。約16μmという微少な伸ひは、
IC製造用のマスク合わせ等には最適な伸びストローク
ではあるが、一般の用途には小さすぎる。例えばドツト
式プリンタのドツトワイヤを動かそうとすると、ストロ
ークは16μmの約100倍程度必要とする。偏位を拡
大するために、10倍×1倍程度の2段式の拡大梃子を
使用して、ドツトプリンタとして実用化している。
This piezoelectric element is approximately 1
Extends by 6μm. If you restrain it so that it cannot stretch and apply voltage, it will generate a force of approximately 85 kgf. The withstand voltage of this piezoelectric element is 300V. The slight elongation of approximately 16 μm is
Although the extension stroke is optimal for mask alignment for IC manufacturing, it is too small for general use. For example, when trying to move a dot wire in a dot type printer, a stroke of approximately 100 times 16 μm is required. In order to magnify the deviation, a two-stage magnification lever of approximately 10 times x 1 time is used, and this has been put into practical use as a dot printer.

又、不幸にも、圧電素子の線膨張係数αニー6PPM/
’Cである。普通の材料はほとんどがプラスの線膨張係
数を持っているので、温度の影響を受けないように設計
するのは非常に難しい。
Also, unfortunately, the linear expansion coefficient α of the piezoelectric element is 6 PPM/
'C. Most ordinary materials have a positive coefficient of linear expansion, so it is extremely difficult to design them so that they are not affected by temperature.

この温度特性を改善する代表的な方法として、パイプ2
2(第1B図参照)用にインバーのような低線膨張係数
β= 1.2PPM/ °Cの特殊材料を使用する場合
もあるが、それても圧電素子の線膨張係数αニー6PP
M/’Cが打消し切れないので、たとえば圧電素子■0
1(第1B図参照)を廃止して、その代用として、ステ
ンレススチール5US304を使用L、等価的に圧電素
子を3本積み重ねた長さしの圧電素子柱の見掛の線膨張
係数をインバーの線膨張係数β: 1.2PPM/ ℃
に合わせる方法が採用されている。その代り圧電素子部
の長さか短くなるので、最大偏位ΔLIlは当然減少す
る。
As a typical method to improve this temperature characteristic, pipe 2
2 (see Figure 1B), a special material such as Invar with a low linear expansion coefficient β = 1.2 PPM/°C may be used, but even then the linear expansion coefficient α of the piezoelectric element is 6PP.
Since M/'C cannot be canceled out, for example, piezoelectric element ■0
1 (see Figure 1B) and used stainless steel 5US304 instead. Linear expansion coefficient β: 1.2PPM/°C
A method adapted to this is adopted. Instead, since the length of the piezoelectric element is shortened, the maximum deviation ΔLI1 naturally decreases.

発明が解決しようとする問題点 前述したように、圧電素子を利用した積層圧電アクチュ
エータは圧電素子の伸びが小さいために、充分なストロ
ークを得ることができず、又圧電素子の線膨張係数が負
のために、温度の影響を受けて安定した積層圧電アクチ
ュエータを得ることができなかった。
Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, a laminated piezoelectric actuator using a piezoelectric element cannot obtain a sufficient stroke because the elongation of the piezoelectric element is small, and the coefficient of linear expansion of the piezoelectric element is negative. Therefore, it was not possible to obtain a stable laminated piezoelectric actuator that is affected by temperature.

本発明は従来の技術に内在する」1記欠点を解消するた
めになされたものであり、従って本発明の目的は、圧電
素子の微少な伸びを液体梃子によって拡大すると同時に
、線膨張係数の差による温度ドリフトを封入液の体積を
考慮することによって除去することを可能とした新規な
積層圧電アクチュエータを提供することにある。
The present invention has been made in order to eliminate the disadvantage described in item 1 inherent in the prior art.Therefore, an object of the present invention is to increase the minute elongation of a piezoelectric element by using a liquid lever, and at the same time reduce the difference in linear expansion coefficient. An object of the present invention is to provide a novel laminated piezoelectric actuator that makes it possible to eliminate the temperature drift due to temperature drift by considering the volume of the sealed liquid.

問題点を解決するための手段 」−述の従来技術の問題点を解決するために、本発明に
よる積層圧電アクチュエータは、第1図に示されるよう
に、一端が固定された柱状積層圧電素子(101,10
2,103)の他端にを効面積AIの第1のシール要素
(ダイヤフラム)を取付けると共に該第1のシール要素
IOに近接させて有効面積A2の第2のシール要素5を
配設し、上記シール要素IOと上記第2のシール要素(
ベローズ)5の間に構成される体積Vの液封空間に封入
液(シリコンオイル等)14を封入し、上記柱状積層圧
電素子(101,102,103)の伸びを上記封入液
14を介して上記第2のシール要素5のストロークに変
換した横成を用いる。
Means for Solving the Problems - In order to solve the problems of the prior art described above, a multilayer piezoelectric actuator according to the present invention has a columnar multilayer piezoelectric element (with one end fixed) as shown in FIG. 101,10
2, 103) attaching a first sealing element (diaphragm) with an effective area AI to the other end, and arranging a second sealing element 5 with an effective area A2 close to the first sealing element IO; The sealing element IO and the second sealing element (
A filling liquid (such as silicone oil) 14 is sealed in a liquid sealing space with a volume of V formed between bellows) 5, and the elongation of the columnar laminated piezoelectric elements (101, 102, 103) is controlled through the filling liquid 14. The horizontal formation converted into the stroke of the second sealing element 5 is used.

好ましくは、上記体積Vの液封空間の体積は後記(7)
式の関係を満足させる。
Preferably, the volume of the liquid seal space having the volume V is as described below (7)
Satisfies the relationship of Eq.

実施例 第1A図、第1B図は本発明による積層圧電アクチュエ
ータを流量制御用バルブに取り付けた場合の一実施例の
平面図と、第1A図のA−A’線に沿った断面図である
Embodiment FIGS. 1A and 1B are a plan view of an embodiment in which a laminated piezoelectric actuator according to the present invention is attached to a flow rate control valve, and a sectional view taken along line AA' in FIG. 1A. .

第1A図、第1B図を参照するに、参照番号1はブロッ
ク状のボディであり、中央に流量制御用メカニズムが入
る大きな穴があけられている。流量Qは流入孔2から入
り、流出口2′から流出する。3はノズルであり、ベロ
ーズ5の伸縮によりノズル3とフラッパ4間のギャップ
が変り、流量Qを調整する。カラー8とフランジ9とで
ダイヤフラム10を挟み、接合部11にて溶接され、カ
ラー8とフランジ9は一体化されている。カラー8の中
央部にベローズ5の上端が仕切板13と共に接合部+2
で溶接されている。図示しない封入口から、シリコンオ
イル等の封入液14がベローズ5とダイ−〇− ヤフラムIO間に形成される封入空間に封入される。
Referring to Figures 1A and 1B, reference numeral 1 is a block-shaped body with a large hole in the center for receiving a flow control mechanism. The flow rate Q enters through the inlet 2 and exits through the outlet 2'. 3 is a nozzle, and the gap between the nozzle 3 and the flapper 4 is changed by expansion and contraction of the bellows 5, and the flow rate Q is adjusted. A diaphragm 10 is sandwiched between the collar 8 and the flange 9 and welded at a joint 11, so that the collar 8 and the flange 9 are integrated. The upper end of the bellows 5 is in the center of the collar 8 with the partition plate 13 at the joint +2
It is welded with. A sealing liquid 14 such as silicone oil is sealed into a sealing space formed between the bellows 5 and the diaphragm IO from a sealing port (not shown).

キャップスクリュ15でフランジ9を締めつけると、0
リングIG、 17かつぶれて、流体のリークを防止す
る。
When the flange 9 is tightened with the cap screw 15, 0
Ring IG, 17 collapses to prevent fluid leakage.

ダイヤフラムlO上のキャップILI−に圧電素子10
1.102,103の3個が積み重ねられ、接着剤19
で接着されている。圧電素子103のコーテイング材2
0の一部をはがしたところを図示している。圧電素子内
には薄板状のPZT板と正負の電極板2Iが数百板積み
重ねられて焼結されている。正極同志と負極同志が圧電
素子内で接続されている。加えられた駆動電圧は一枚の
PZT板にそのままかかり、大きな電界強度となり、板
厚方向の圧電歪を発生する。
A piezoelectric element 10 is attached to the cap ILI- on the diaphragm lO.
1. Three pieces 102 and 103 are stacked and glue 19
It is glued with. Coating material 2 for piezoelectric element 103
0 is partially peeled off. Inside the piezoelectric element, several hundred thin PZT plates and positive and negative electrode plates 2I are stacked and sintered. Positive electrodes and negative electrodes are connected within the piezoelectric element. The applied driving voltage is directly applied to one PZT plate, resulting in a large electric field strength and generating piezoelectric strain in the thickness direction of the plate.

参照番号22はパイプであり、下端は接合部23でフラ
ンジ9に溶接されている。パイプ22の上端部にはねじ
が切られ、ヘッドキャップ24がねじ込まれて圧電素子
103の上端と接する。参照番号25はベンドキャップ
24用のロックナツトであり、参照番号26は圧電素子
+03の位置決めキャップである。
Reference number 22 is a pipe whose lower end is welded to the flange 9 at a joint 23. A thread is cut into the upper end of the pipe 22, and a head cap 24 is screwed into the pipe 22 so as to contact the upper end of the piezoelectric element 103. Reference number 25 is a lock nut for the bend cap 24, and reference number 26 is a positioning cap for the piezoelectric element +03.

参照番号27はシリコンゴム等で構成されたクツション
材である。このクツション材27はアクチュエータが机
上より落丁したような場合に、衝撃力で圧電素子101
−103か折損するのを防止すると同時に、圧電素子1
01−103が直列に接続されて長くなっているので、
長柱状の圧電素子の圧縮力による座屈を防止している。
Reference number 27 is a cushion material made of silicone rubber or the like. When the actuator falls off the desk, the cushion material 27 is used to prevent the piezoelectric element 101 from being damaged by the impact force.
- 103 and at the same time prevent piezoelectric element 1 from breaking.
Since 01-103 are connected in series and are longer,
This prevents the long columnar piezoelectric element from buckling due to compressive force.

クツション材27は必ずしも不可欠の要素ではない。Cushion material 27 is not necessarily an essential element.

フラッパ4を上へ押上げているスプリング6は封入液1
4の圧力を負圧にしないためのものである時には真空に
近い圧力でバルブが使用される場合かある。この場合ス
プリング6が無いと、封入液14内で気泡が発生し、誤
動作をする場合があるので、その防止用として入ってい
る。完全に真空脱ガスした封入液14を使用すれば、そ
の必要はない。
The spring 6 pushing up the flapper 4 is filled with liquid 1
When the pressure in step 4 is to prevent negative pressure, a valve may be used at a pressure close to vacuum. In this case, if the spring 6 is not provided, air bubbles may be generated in the sealed liquid 14 and malfunction may occur, so the spring 6 is included to prevent this from occurring. This is not necessary if a completely vacuum degassed fill liquid 14 is used.

次に作用を説明するに、長さ20mmの圧電素子を3本
積み重ねた長さをLとすれば、l、 = GOnonに
なる。最大駆動電圧150VDCをかけると最大伸びΔ
Lmは、 ΔLm=IGμo+X3=48μzoos(1)この最
大伸びΔLll+:48μmだけ、有効面積AIのダイ
ヤフラムlOが下方へ押される。封入液14の体積弾性
係数は非常に太きいから、封入液14の体積圧縮分は無
視できる。したがって、第2のシール要素であるベロー
ズ5の有効面積をA2とすれば、フラッパ4の下方への
偏位ΔLlは近似的に、Δ Ll  −モΔL鶏  (
AI  /A2  ) ・ ・ 拳 (2)第1B図の
場合には大体、ダイヤフラムlOの有効面積AIはベロ
ーズ5の有効面積A2の10倍になっているので、フラ
ッパ4の下方への偏位ΔLlは10倍されて ΔL1=ΔLo+ X1O=480m X1O=480
 urn: 0.48+++m・・# (3) 約0.5mmのフラッパ4の偏位が得られる。これだけ
のストロークがあれば、大部分の用途に使用できる。
Next, to explain the effect, if the length of three piezoelectric elements of 20 mm length stacked is L, then l, = GOnon. Maximum elongation Δ when applying maximum drive voltage 150VDC
Lm is: ΔLm=IGμo+X3=48μzoos (1) The diaphragm IO with the effective area AI is pushed downward by this maximum extension ΔLll+: 48μm. Since the bulk elastic modulus of the filled liquid 14 is very large, the volumetric compression of the filled liquid 14 can be ignored. Therefore, if the effective area of the bellows 5, which is the second sealing element, is A2, then the downward deflection ΔLl of the flapper 4 can be approximately expressed as ΔLl −MoΔL (
AI /A2 ) ・ ・ Fist (2) In the case of Fig. 1B, the effective area AI of the diaphragm lO is approximately 10 times the effective area A2 of the bellows 5, so the downward deviation of the flapper 4 ΔLl is multiplied by 10 and becomes ΔL1=ΔLo+ X1O=480m X1O=480
urn: 0.48+++m...# (3) A deflection of the flapper 4 of about 0.5 mm is obtained. With this much stroke, it can be used for most purposes.

一方、溶接の容易さ等の関係で、パイプ22はステンレ
ス材である5US304が使用されることが多い、ステ
ンレススチール5US304の線膨張係数β=18.4
PPm/℃である。圧電素子101 、102 、10
3の線膨張係数α=−6PP+++/’Cであるから、
圧電素子101゜102.103の駆動電圧が一定の条
件で温度をΔt℃上昇させると、圧電素子の下端の温度
による上昇偏位ΔL2は ΔL2=L(β−α)Δt・・・(4)Δt=10℃の
温度上昇で Δt−30°C程度になると、圧電素子の下端の温度に
よる−1−昇偏位ΔL2は、駆動電圧をかけた場合の最
大伸びΔLmと同じ程度になる。すなわち、150Vの
駆動電圧で圧電素子の下端か48μm下方に延びたが、
30°Cの温度」1昇により、上方への同程度の偏位を
生じ、駆動電圧による電圧素子の伸びΔLmは打消され
てしまう。この温度−上昇による圧電素子の下端の温度
による偏位ΔL2を封入液体14の体積膨張により吸収
する。
On the other hand, due to ease of welding, etc., stainless steel 5US304 is often used for the pipe 22. The linear expansion coefficient β of stainless steel 5US304 is 18.4.
PPm/℃. Piezoelectric elements 101, 102, 10
Since the linear expansion coefficient α of 3 is -6PP+++/'C,
When the temperature of the piezoelectric elements 101, 102, and 103 is increased by Δt°C under a constant driving voltage, the increase deviation ΔL2 due to the temperature at the lower end of the piezoelectric element is ΔL2=L(β−α)Δt (4) When the temperature rises by Δt=10° C. to about Δt−30° C., the -1-increase deviation ΔL2 due to the temperature at the lower end of the piezoelectric element becomes about the same as the maximum elongation ΔLm when a driving voltage is applied. In other words, with a driving voltage of 150V, the lower end of the piezoelectric element extended 48μm downward,
An increase in temperature of 30° C. causes a similar upward deviation, and the elongation ΔLm of the voltage element due to the drive voltage is canceled out. The temperature-induced deviation ΔL2 at the lower end of the piezoelectric element due to this temperature rise is absorbed by the volumetric expansion of the sealed liquid 14.

説明を簡単にするために、圧電素子柱を取外したものと
仮定する。封入液の体積をVとし、体積膨張係数をγと
すると、Δt′Cの温度」−昇で体積かΔV=γVΔt
たけ増加する。フラッパ4を固−1〇− 定しておけば、ダイヤフラム10は有効面積かAIであ
るから、ダイヤフラムの偏位ΔLdはΔLd=γVΔt
/Al ・・・(5)式(4)、(,5)の圧電素子の
下端の偏位ΔL2とダイヤフラムの偏位ΔLdを等しく
なるように設計すると、次の関係を得る。
To simplify the explanation, it is assumed that the piezoelectric element pillar is removed. If the volume of the filled liquid is V and the coefficient of volumetric expansion is γ, then the volume is ΔV=γVΔt when the temperature of Δt'C increases - ΔV=γVΔt
increase in height. If the flapper 4 is fixed, the effective area of the diaphragm 10 is AI, so the deviation ΔLd of the diaphragm is ΔLd=γVΔt
/Al (5) If the deviation ΔL2 of the lower end of the piezoelectric element in equations (4) and (, 5) is designed to be equal to the deviation ΔLd of the diaphragm, the following relationship is obtained.

L(β−α)=γV/A+  ・・・(6)この関数関
係を守るように設計すれば、温度の影響を打消し合う。
L(β-α)=γV/A+ (6) If this functional relationship is maintained, the influence of temperature will be canceled out.

(6)式をVに関して解けば、LA / (β−α) V−□ ・・・(7) γ 実例として、ダイヤフラム10の有効直径1.50n+
とじ、封入液としてトーレ株式会社製シリコンオイル5
11200(100cs)を使用するものとすると、γ
:9[1l10PP/’Cになる。封入体積■は少し小
さすぎるが、デエッドスペーサ等を液中に入れて封入空
間を上記のようにするのは容易である。
If equation (6) is solved with respect to V, LA / (β-α) V-□ ... (7) γ As an example, the effective diameter of the diaphragm 10 is 1.50n+
Silicone oil 5 manufactured by Toray Co., Ltd. was used as the binding and sealing liquid.
11200 (100cs), γ
:9[1l10PP/'C. Although the enclosed volume (2) is a little too small, it is easy to put a dead spacer etc. into the liquid to make the enclosed space as described above.

尚、圧電素子側のシール要素として、ダイヤフラムlO
を使用したのは、スペースをとらす、廉価にするために
使用しただけであり、ベローズであってももちろんかま
わない。同じようなことが、ノズル側のベローズ5に関
しても言える。当然ベローズの代りにダイヤフラムても
かまわないか、この部分のストロークか大きいので、ベ
ローズの方が応力が低くなり設計しやすい。ダイヤフラ
ム■0とベローズ5のストロークは上下同一方向とした
が、ベローズ5を横向きにして、横方向向きの仕事をさ
せてもかまわない。
Note that a diaphragm lO is used as a sealing element on the piezoelectric element side.
The reason for using the bellows is to save space and reduce the cost, and of course it does not matter if it is a bellows. The same thing can be said about the bellows 5 on the nozzle side. Of course, a diaphragm could be used instead of the bellows, or since the stroke of this part is large, a bellows would have lower stress and be easier to design. Although the strokes of the diaphragm 0 and the bellows 5 were made in the same direction up and down, the bellows 5 may be turned sideways to perform work in the lateral direction.

第1B図のような構造のバルブはノーマルオープン形と
呼ばれている。電源OFF時にノズル3きフラッパ4が
開になるためである。構造を変更することにより、容易
にノーマルクローズ形に変更できる。
A valve with a structure as shown in FIG. 1B is called a normally open type. This is because the nozzle 3 and flapper 4 are opened when the power is turned off. By changing the structure, it can be easily changed to a normally closed type.

第1B図のようにノズル3からフラッパ4の方へ流れる
流し方は外向き流れと呼ばれる。逆方向に流した場合に
は内向き流れとなる。用途によりどちらの方向に流して
もよい。フラッパの代りにポペット弁等を動作させても
効果は同じである。
The flow from the nozzle 3 toward the flapper 4 as shown in FIG. 1B is called outward flow. If it flows in the opposite direction, it will flow inward. It may flow in either direction depending on the application. The effect is the same even if a poppet valve or the like is operated instead of the flapper.

第1A図、第1B図は本発明の一実施例として流量制御
バルブを説明したのに過ぎない。たとえば、ベローズ5
のストロークでドツトマトリックス式の印字用打点ワイ
ヤを動作させてもかまわない。
1A and 1B merely illustrate a flow control valve as one embodiment of the present invention. For example, bellows 5
The dot matrix printing dot wire may be operated with a stroke of .

ノズル3とフラッパ4のギャップを故意に小さく組立て
て、圧電素子に過大な駆動電圧を加えると、ますノズル
3とフラッパ4がつき当り、次に封入液圧が上昇して過
大圧力となり、ベローズやダイヤフラムを破損すること
がある。電気的に最大電圧を制限すると同時に、機械的
組立にも注意を要する。必要に応じて、過大な力を発生
しないような安全装置を追加することができる。
If the gap between the nozzle 3 and the flapper 4 is intentionally made small and an excessive driving voltage is applied to the piezoelectric element, the nozzle 3 and the flapper 4 will come into contact with each other, and the sealed liquid pressure will rise and become overpressure, causing the bellows and May damage the diaphragm. In addition to limiting the maximum voltage electrically, care must also be taken in mechanical assembly. If necessary, safety devices can be added to prevent excessive force from being generated.

発明の効果 本発明は以上の如(構成され、作用するものであり、本
発明によれば、容易に圧電素子のストロークを増大させ
ると共に、封入液の体積を加減することにより、温度に
よりドリフトを生ずることのないアクチュエータが得ら
れ、実用上の効果が非常に大きい。
Effects of the Invention The present invention is constructed and operates as described above.According to the present invention, the stroke of the piezoelectric element can be easily increased, and drift due to temperature can be reduced by adjusting the volume of the sealed liquid. It is possible to obtain an actuator that does not cause this phenomenon, and has a very large practical effect.

インバー等の特殊材料を使用しない点でも生産−L有利
である。電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効
率が50%近くもあり、発熱が少く、レスポンスの速い
点も従来の電磁式アクチュエータよりも優れている。
Production-L is also advantageous in that it does not use special materials such as Invar. It is superior to conventional electromagnetic actuators in that it has a conversion efficiency of nearly 50% from electrical energy to mechanical energy, generates less heat, and has a faster response.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1A図は本発明の一実施例を示す平面図、第1B図は
第1A図のAA’線に沿って切断し矢印の方向に見た断
面図である。 101.ボディ、2−、、’?a人孔、2’ 、、、流
出孔311.ノズル、4.、、フラッパ、5.、、ベロ
ーズ611.スプリング、8.、、カラー、900.フ
ランジ、10.、、ダイヤフラム、+1.12.、、接
合部、138.、仕切板、14.、、封入液、+5.、
、キャップスクリュ、l1li、1.7.、、 Oリン
グ、+8.、、キャップ、191.、接着剤、20.、
、コーテイング材、21.、、電極板、22.、、パイ
プ、23.、、溶接部、24.、、ヘッドキャップ、2
5.、、ロックナツト、2Ei、、、キャップ27、、
、クツション材、+01 、+02 、+031.、、
積層圧電素子、A1.、、第1のシール要素(ダイヤフ
ラム)の有効面積、A2 、、、第2のシール要素(ベ
ローズ)の有効面積、Q、、、流量、L、、、圧電素子
を積み重ねた長さ、ΔLm、、、最大の伸び、ΔL、1
.フランパ4の下方への偏位、ΔL2...圧電素子の
下端の偏位、V、、、封入液体積、ΔLd。 9.ダイヤフラムの偏位
FIG. 1A is a plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line AA' in FIG. 1A and viewed in the direction of the arrow. 101. Body, 2-,,'? a Person hole, 2',, outflow hole 311. nozzle, 4. ,, flapper, 5. ,, bellows 611. Spring, 8. ,,color,900. Flange, 10. , , diaphragm, +1.12. ,,joint,138. , partition plate, 14. , , fill liquid, +5. ,
, cap screw, l1li, 1.7. ,, O-ring, +8. ,, Cap, 191. , adhesive, 20. ,
, coating material, 21. ,, electrode plate, 22. ,, pipe, 23. ,, welded part, 24. ,, head cap, 2
5. ,,Lock nut, 2Ei,,,Cap 27,,
, cushion material, +01, +02, +031. ,,
Laminated piezoelectric element, A1. , , Effective area of the first sealing element (diaphragm), A2 , , Effective area of the second sealing element (bellows), Q, , Flow rate, L, , , Length of stacked piezoelectric elements, ΔLm, ,,maximum elongation,ΔL,1
.. Downward deflection of flamper 4, ΔL2. .. .. Deflection of the lower end of the piezoelectric element, V, , Filled liquid volume, ΔLd. 9. Diaphragm deflection

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1).一端が固定された柱状積層圧電素子の他端に有
効面積A1の第1のシール要素を取付けると共に該第1
のシール要素に近接して有効面積A2の第2のシール要
素を配設し、上記第1のシール要素と上記第2のシール
要素との間に構成される体積Vの液封空間に封入液を封
入し、上記柱状積層圧電要素の伸びを上記封入液を介し
て上記第2のシール要素のストロークに変換したことを
特徴とする積層圧電アクチュエータ。
(1). A first sealing element having an effective area A1 is attached to the other end of the columnar laminated piezoelectric element having one end fixed.
A second seal element having an effective area A2 is disposed adjacent to the seal element, and the sealed liquid is contained in a liquid seal space having a volume V formed between the first seal element and the second seal element. A laminated piezoelectric actuator characterized in that the elongation of the columnar laminated piezoelectric element is converted into the stroke of the second sealing element via the sealed liquid.
(2).特許請求の範囲第(1)項に記載の積層圧電ア
クチュエータにおいて、上記圧電素子の線膨張係数をα
、パイプの線膨張係数をβ、上記封入液の体積膨張係数
をγ、上記柱状積層圧電素子の積層長さをLとした場合
に、上記体積Vの液封空間の体積が次式 V={LA/(β−α)}/γ の関係を満足させたことを更に特徴とする積層圧電アク
チュエータ。
(2). In the multilayer piezoelectric actuator according to claim (1), the linear expansion coefficient of the piezoelectric element is α
, the linear expansion coefficient of the pipe is β, the volumetric expansion coefficient of the sealed liquid is γ, and the stacking length of the columnar laminated piezoelectric element is L, the volume of the liquid seal space with the volume V is expressed by the following formula V = { A laminated piezoelectric actuator further characterized in that it satisfies the following relationship: LA/(β-α)}/γ.
(3).特許請求の範囲第(1)項または第(2)項に
記載の積層圧電アクチュエータにおいて、上記有効面積
A1≧有効面積A2としたことを更に特徴とする積層圧
電アクチュエータ。
(3). The laminated piezoelectric actuator according to claim (1) or (2), further characterized in that the effective area A1≧effective area A2.
(4).特許請求の範囲第(1)項、第(2)項または
第(3)項に記載の積層圧電アクチュエータにおいて、
上記第2のシール要素のストロークでフラッパおよびノ
ズルを動作させて流量制御したことを更に特徴とする積
層圧電アクチュエータ。
(4). In the laminated piezoelectric actuator according to claim (1), (2) or (3),
A laminated piezoelectric actuator further characterized in that the flow rate is controlled by operating a flapper and a nozzle with the stroke of the second sealing element.
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