JP3641470B2

JP3641470B2 - アクチュエータの荷重検出方法

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Publication number: JP3641470B2
Application number: JP2002204391A
Authority: JP
Inventors: 秀登田中; 敏幸中村; 龍夫深海
Original assignee: Suzuki Co Ltd
Current assignee: Suzuki Co Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP2004045277A

Description

【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、アクチュエータの荷重検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば圧力調整器などには、図１２に示すような減圧弁５１が用いられている。この減圧弁５１は、一次室５２から二次室５３へ流入する流体（液体、ガスなど）の流体圧を減圧調整するために設けられている。一次室５２には、シート５４がスプリング５５に付勢されて弁（ノズル）５６を閉止している。二次室５３には弁５６を通過した流体の二次圧力を受けるダイヤフラム５７が設けられている。このダイヤフラム５７には、その動きをシート５４に伝達するステム５８及び該ステム５８を変位させるアクチュエータ５９が設けられている。
【０００３】
上記アクチュエータ５９としては、ソレノイド、モータ又は圧電素子を用いた圧電アクチュエータが用いられる。圧電アクチュエータは、ソレノイド、モータよりも応答が早いため、圧力変動に高速対応する圧力調整器に使用されている。またアクチュエータ５９に作用する圧力変動を圧力センサ６１により監視ながら、制御部６０はアクチュエータ５９を変位させる設定圧力信号を制御している。圧力センサ６１としては、機械式センサ（例えばブルドン管タイプ、ベローズタイプ、ダイヤフラムタイプなど）、電子式センサ（ピエゾ抵抗式タイプ、薄膜式タイプ、容量タイプなど）の目的に応じて様々な方式のセンサが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
圧力センサ６１は、電極用メタライズペーストが印刷されたグリーンシートが圧電材料層の両側に積層されて熱間プレスにより焼成されている。このグリーンシートより引き出される信号線は、圧電材料に蓄積された電荷量を電圧値として直接検出するため、圧力センサ６１の電極部に接続される電線を通じて、検出電圧のレベルがノイズに対して感度良く取り出せるか否かが問われる。センシングの感度、即ちＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させるためには、信号線の長さや形状（ツイストされているか）、或いはシールドの有無などの工夫が要求される。
【０００５】
また、圧電材料は、分極処理されている場合或いは分極処理されていない場合のいずれの場合にも温度依存性が高く、キュリー温度近傍では駆動電圧−変位特性が不安定になる。このため、荷重検出精度を高めるためには何らかの温度補償をすることが必要となる。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、アクチュエータ部の応力変動をセンサ部の静電容量の変化を発振周波数の変化として検出し、センサ部の検出感度がノイズや温度条件に影響され難く、信号処理がし易いアクチュエータの荷重検出方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
第１の手段は、電極が形成された圧電材料層を有するアクチュエータ部とセンサ部とが絶縁材料層を介して積層されてなるアクチュエータの荷重検出方法において、前記アクチュエータ部に作用した応力変動を発振回路の一部を構成する前記センサ部の静電容量変化として検出し、該センサ部の静電容量で定まる時定数で発振する発振周波数をカウントし、サンプルホールドされたカウント値からカウンタ変化分の累積値を求めて荷重に換算することにより検出荷重を検出することを特徴とする。
【０００８】
また第２の手段は、電極が形成された圧電材料層を有するアクチュエータ部とセンサ部とが絶縁材料層を介して積層されてなるアクチュエータの荷重検出方法において、前記アクチュエータ部に作用した応力変動を第１の発振回路の一部を構成する検出センサ部の静電容量変化として検出し、温度変化のみに基づく圧電材料層の応力変動を第２の発振回路の一部を構成する補償センサ部の静電容量変化として検出し、各センサ部の静電容量で定まる時定数で発振する発振周波数を各々カウントしたカウント値どうしの差分とって得られたカウント値を荷重に換算することにより検出荷重を検出することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。本実施例では、アクチュエータ部及びセンサ部に圧電材料を用いた圧電アクチュエータの荷重検出方法について説明する。
［第１実施例］
図１は第１実施例に係るアクチュエータの荷重検出回路の構成を示すブロック図、図２はセンサー部に接続された発振回路の説明図、図３は圧電アクチュエータの説明図、図４（ａ）（ｂ）は駆動系及びアクチュエータ単体の荷重−変位特性のグラフ図及び駆動電圧波形のグラフ図、図５はアクチュエータの荷重検出回路を備えた圧力調整器の説明図である。
【００１０】
先ず、圧電アクチュエータの構成について図３を参照して説明する。
図３において、１は圧電アクチュエータであり、電極部が形成された圧電材料層を有するアクチュエータ部２とセンサ部３とが絶縁材料よりなる絶縁材料層４を介して積層されてなる。アクチュエータ部２及びセンサ部３には、圧電セラミックスが単層若しくは複数積層されてなる。アクチュエータ部２の電極部には、外部より電界を加えるための電線５が接続されている。また、センサ部３は、圧電セラミックス（センサ用セラミックス）６が金属層３ａに挟まれて形成されている。金属層３ａは導電性を有する金属板若しくは金属箔などが好適に用いられる。金属層３ａには圧電セラミックス６の電圧変化（静電容量の変化）に基づく信号電圧を取り出す電線３ｂが接続されている。センサ部３の電線３ｂは後述するように、当該センサ部３の有する静電容量で定まる時定数で発振する発振回路７の一部として接続されている。
【００１１】
上述した圧電セラミックスには、例えばＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）系の圧電材料が好適に用いられ、分極処理されたものや分極処理されていないものの何れもが用いられる。これらのうち、分極処理された圧電セラミックスは、強誘電体性セラミックスが分極処理されたものであり、外部から電界を加えることにより自発分極の方向を揃える特性を有する。そして、圧電効果として機械的応力が加わると、応力に比例した電気分極を生じて電界が発生し、電界を加えられ電気分極を起こさせると電界に比例した歪みを生ずる。
【００１２】
圧電セラミックスは、熱的な条件が一定のとき圧電効果は電界及び応力により決定される。圧電定数はｄ，ｅ，ｇ、ｈの４つが知られているが、印加電圧に対する変位量に関するｄ定数、加えた力に対する出力電圧値に関するｇ定数が用いられる。圧電セラミックスは、外力を加えると電圧を発生し（圧電１次電圧）、電圧を印加すると変位を発生する（圧電２次効果）の両特性を有する。外力を加えると、当該外力に比例した電圧を発生するが、該発生電圧は一時的であり外力が印加され続けていても微分的に放電される。このとき圧電セラミックスに発生する電圧Ｖは前述したようにＶ＝ｇ₃₃（Ｌ／Ｓ）・Ｆで与えられる（ｇ₃₃；出力定数、Ｌ；電極間距離、Ｓ；電極面積、Ｆ；加える力）。
【００１３】
圧電セラミックス６の絶縁抵抗（内部抵抗含む）の値は有限なため、発生した電荷Ｑは次式にしたがって放電される。
ｑ＝Ｑｅ^-t/cdR
図４（ａ）に示すアクチュエータ単体の荷重−変位特性によれば、アクチュエータの変位Ｘは次式で表現される。
Ｘ＝−ａＦ＋ｃＶ …（１）
ａ、ｃ；比例定数、Ｆ；発生力（荷重）、Ｖ；駆動電圧
また、駆動系（負荷）の荷重−変位特性より駆動系の変位Ｘは、
Ｘ＝ｋＦ^2/3 …（２）
ｋ；比例係数、Ｆ^2/3；非線形特性による特性（球・平面接触）
このときアクチュエータと負荷は、力の平衡状態にあることから、（１）（２）式より
ｋＦ^2/3＋ａＦ−ｃＶ＝０ …（３）
ここで、図４（ｂ）に示すように、アクチュエータ部２に微小電圧を加え変位をΔｘ変化させた際の応力変化ΔＦは（３）式をＶについて微分することにより求められるので、
ｄＦ／ｄＶ＝ｃ／（２／３・ｋＦ^-1/3＋ａ）…（４）
従って、
ΔＦ＝ｃ／（２／３・−ｋＦ^-1/3＋ａ）ΔＶ …（５）
上記式（５）よりアクチュエータ部に加わった荷重を検出することが可能となる。
【００１４】
このように、圧電アクチュエータ１において、アクチュエータ部２の駆動電圧に所要の検出用電圧ΔＶを重畳して印加することにより（図４（ｂ）参照）、非線形特性を有する負荷の応力変位幅ΔＦを変化させて（図４（ａ）参照）、アクチュエータ部２の線形的変位特性だけでは検出できない範囲の応力変動をセンサ部３の電圧変動より検出できる。このとき、重畳する検出用電圧ΔＶを変化させてアクチュエータ部２に作用する応力変位の幅ΔＦを非線形に変化させることができるので、微細な応力変動をセンサ部３により検出可能となり、センシング感度を向上させることができる。
【００１５】
次に、アクチュエータの荷重検出回路の構成について図１及び図２を参照して説明する。図１において、センサ部３は当該センサ部３の有する静電容量で定まる時定数で発振する発振回路７の一部として接続されている。アクチュエータ部２に作用した応力変動を当該センサ部３の静電容量変化として検出し、発振回路７の発振周波数を周波数カウンタによりカウントし、累積カウント値の変化分を求めて荷重に換算することにより検出荷重を検出する。以下、この荷重検出方法に詳述する。
【００１６】
アクチュエータ１のセンサ部３（圧電セラミック（検出用セラミック）６が金属層３により挟み込まれたもの）は発振回路７に接続されている。この発振回路７は圧電セラミック６の静電容量Ｃ、外部抵抗ＲＡ，ＲＢ、ダイオードＤ１，Ｄ２及び発振専用ＩＣ８により構成される。
【００１７】
また、発振専用ＩＣ８は、図２に示すように、コンパレータ９、１０、フリップフロップ１１、分圧抵抗回路１２及びトランジスタＱ１で構成されている。発振回路７は、印加電圧が０Ｖ−５Ｖ間で発振するようになっている。発振回路７には、電源電圧Ｖｃｃ（５Ｖ）が印加され、外部抵抗ＲＡ及びダイオードＤ１を通じて圧電セラミック６に通電し、該圧電セラミック６に電気分極が発生（静電容量が発生）して機械的な歪みが発生する。また、圧電セラミック６に蓄積された静電電荷は、コンパレータ９及びコンパレータ１０が閾値電圧（１／３・Ｖｃｃ、２／３・Ｖｃｃ）を検出してフリップフロップ１１の出力がＯＮになったときトランジスタＱ１へゲートパルスが印加されて該トランジスタＱ１がＯＮすることにより、ダイオードＤ２、外部抵抗ＲＢを通じて放電されるようになっている。このとき、発振専用ＩＣ８の発振周波数ｆはＲＡ＝ＲＢ＝Ｒとすると、ｆ＝１．４４３／３ＲＣ（Ｈｚ）で与えられる。尚、発振回路７としては、ＣＲ発振回路のほかにも、ＬＣ発振回路やウイーンブリッジ発振回路などであっても良い。
【００１８】
図１において、発振専用ＩＣ８の発振信号は、制御部（マイクロコンピュータ）１３の周波数カウンタ１４によりカウントされ、前回カウント値（Ｚ^-1）との変化分（差分）が求められる。アクチュエータ部２へ作用する応力変動によりセンサ部３の圧電セラミックス６に発生する静電容量がＣ変化した場合には、発振する時定数（ＣＲの値）が変化するため周波数カウンタ１４のよるカウント値が変化する。そして、内部演算部２５（図５参照）でサンプルホールドされたカウント値の変化分の累積値が算出されて該累積値に荷重換算係数（実際の荷重値へ変換するための基準値）が乗算されて検出荷重が算出される。
【００１９】
図１に示すアクチュエータの荷重検出回路を圧力調整器１５に応用した例を図５に示す。本実施例は、圧力調整器１５の使用環境が指定されている場合（温度補償がない場合）の適用例である。圧力調整器１５は一次室１６から二次室１７へ流入する流体（液体、ガスなど）の流体圧を減圧調整する。一次室１６には、シート１８がスプリング１９に付勢されて弁２０を閉止している。二次室１７には弁２０を通過した流体の二次圧力を受けるダイヤフラム２１が設けられている。このダイヤフラム２１には、その動きをシート１８に伝達するステム２２及び該ステム２２を締結系２３を介して変位させる圧電アクチュエータ１が設けられている。締結系２３は、アクチュータ部２の応力変位特性が非線形特性となるように締結されている。締結系２３としては、球体の他に例えばコイルバネ、皿バネ等が用いられる。アクチュエータ部２の駆動電圧に所要の検出用電圧を重畳して印加することにより、センサ部３の応力検出範囲を非線形に変化させて微細な応力変動を検出するようになっている。
【００２０】
制御部（マイコン）１３は、設定入力部２４より応力（圧力）設定値が入力されると、内部演算部２５でセンサ部３の出力と合わせて駆動電圧値に変換し、電力増幅部２６で必要な駆動電圧値をアクチュエータ部２に印加する。これにより、アクチュエータ部２は厚さ方向に変位を生じさせ、ステム２２を押し下げるようになっている。このとき、アクチュエータ部２が厚さ方向に変位すると変位量に応じてセンサ部３の静電容量が変位し、センサ部３に接続する発振回路７の発振周波数変化が周波数カウンタ１４でカウントされる。このサンプルホールドされたカウント値の変化量は内部演算部２５へフィードバックされて変化分の累積値に加算処理される。そして、カウンタ変化分の累積値に荷重換算係数が乗算されて検出荷重が検出されるようになっている。尚、電力増幅部２６は電圧増幅を行う回路でも良いが、電圧を印加するパルス幅を制御するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路であっても良い。
【００２１】
また、本実施例では、アクチュエータ部２の駆動電圧に所要の検出用電圧を重畳して印加することにより締結系２３の応力検出範囲を変化させて、アクチュエータ部２に作用した応力変化をセンサ部３の電圧変動より検出するようになっている。この検出用電圧としては、検出対象とする応力範囲にもよるが１Ｖ〜５Ｖ程度の電圧（固定値）が用いられる。
【００２２】
以上のように、センサ部３が所定の時定数で発振する発振回路７に接続され、アクチュエータ部２に作用した応力変動を当該センサ部３の静電容量変化として検出し、発振回路７の発振周波数を周波数カウンタ１４によりカウントすることにより、累積カウント値の変化分を求めて荷重に換算して検出荷重を算出するので、センサ部３のセンシングの感度が外部のノイズに影響され難く、かつ制御部１３によるデジタル信号処理がし易い。また、荷重検出センサとして圧力調整器１５に組み込んだ際の制御部１３の構成や制御動作を簡略化することができる。
【００２３】
［第２実施例］
次にアクチュエータの荷重検出方法の他例について説明する。
図６は第２実施例にかかる温度補償を行うアクチュエータの荷重検出回路の構成を示すブロック図、図７は温度補償を行うアクチュエータの荷重検出回路を備えた圧力調整器の説明図、図８は分極処理された圧電材料の荷重−発振周波数特性の温度変化によるばらつきを示すグラフ図、図９は分極処理されていない圧電材料の荷重−発振周波数特性の温度変化によるばらつきを示すグラフ図、図１０は温度補償を行った分極処理された圧電材料の荷重−発振周波数の差分特性のグラフ図、図１１は温度補償を行った分極処理されていない圧電材料の荷重−発振周波数特性のグラフ図である。
【００２４】
圧電セラミックスの発振周波数は、異なる温度条件下では異なる荷重−発振周波数特性を示す。図８及び図９は分極処理された圧電セラミックスと分極処理されていない圧電セラミックスの荷重−発振周波数特性の温度条件（−２０℃、０℃、２５℃、５０℃、７０℃）によるばらつきを示す。これらのグラフ図より、圧電アクチュエータ１が使用環境（温度環境）を問われずにセンサ部３の検出精度を維持するためには温度補償する必要がある。
【００２５】
温度補償を行うアクチュエータの荷重検出回路の構成について図６を参照して説明する。具体的には、図１と同様にアクチュエータ部２に作用した応力変動を静電容量の変化として検出する検出センサ部３を備えるほかに、温度変化のみに基づく変動分を静電容量変化として検出する温度補償用の補償センサ部２７を備えている。各センサ部には金属層３ａに挟まれた圧電セラミックス（センサ用セラミックス）６が設けられている。検出センサ部３は当該検出センサ部３の静電容量で定まる時定数で発振する第１の発振回路２８の一部として接続され、補償センサ部２７は当該補償センサ部２７の静電容量で定まる時定数で発振する第２の発振回路２９の一部として接続されている。
【００２６】
アクチュエータ部２に作用した応力変動を検出センサ部３の静電容量変化とし、温度変化に基づく補償センサ部２７の静電容量変化として各々検出し、第１、第２の発振回路２８、２９の発振周波数を第１、第２の周波数カウンタ３０、３１により各々カウントする。第１の周波数カウンタ３０によりカウントされたカウント値から第２の周波数カウンタ３１によりカウントされたカウント値を減算することで荷重に対応するカウント値を算出する。制御部１３の内部演算部２５（図７参照）はこのサンプルホールドされた荷重に対応するカウント値に荷重換算係数を乗じて検出荷重を算出する。
【００２７】
また、第１、第２の発振回路２８、２９を構成する発振専用ＩＣ８は、図２と同様でコンパレータ９、１０、フリップフロップ１１、分圧抵抗回路１２及びトランジスタＱ１で構成されている。第１、第２の発振回路２８、２９は、印加電圧が０Ｖ−５Ｖ間で発振するようになっている。
【００２８】
次に、図６に示すアクチュエータの荷重検出回路を圧力調整器１５に応用した例を図７に示す。本実施例は、圧力調整器１５の使用環境を選ばない場合（温度補償がある場合）の適用例である。圧力調整器１５の基本構成は図５と同様であり、同一部材には同一番号を付して説明を援用する。圧力調整器１５は一次室１６から二次室１７へ流入する流体（液体、ガスなど）の流体圧を減圧調整する。二次室１７内に温度補償用の補償センサ部２７が設けられている点が異なっている。
【００２９】
制御部（マイコン）１３は、設定入力部２４より応力（圧力）設定値が入力されると、内部演算部２５でセンサ部３の出力と合わせて駆動電圧値に変換し、電力増幅部２６で必要な駆動電圧値をアクチュエータ部２に印加する。これにより、アクチュエータ部２は厚さ方向に変位を生じさせ、ステム２２を押し下げるようになっている。このとき、アクチュエータ部２が厚さ方向に変位すると変位量に応じて圧電セラミックス６を用いたセンサ部３の静電容量が変化し、第１の発振回路２８の発振周波数が変化して第１の周波数カウンタ３０でカウントされる。また、二次室１３の温度変化により生じた補償センサ部２７の静電容量の変化が第２の発振回路２９の発振周波数変化として第２の周波数カウンタ３１でカウントされる。これらのサンプルホールドされたカウント値が内部演算部２５へフィードバックされてサンプリングされた荷重検出用のカウント値と温度補償用のカウント値との差分をとって荷重に対応するカウント値を求める演算処理が行なわれる。そして、このカウント値と荷重換算係数が乗算されて温度補償された検出荷重が検出される。
【００３０】
温度補償された場合の分極処理された圧電セラミックスと分極処理されていない圧電セラミックスの荷重−発振周波数の差分特性を図１０及び図１１に示す。分極処理された圧電セラミックスは、荷重が大きくなるほど静電容量が減少し、発振周波数ｆの値が大きくなることが分かる。また、分極処理されていない圧電セラミックスは、荷重が大きくなるほど静電容量が増大し、発振周波数ｆの値が小さくなることが分かる。何れの場合にも、温度条件の変化にかかわらず荷重の変化が発振周波数の変化として検出可能であることが判明した。これらのグラフ図から分かるように、センサ部３の温度補償を行うことにより、温度条件の異なる環境下においても、荷重検出精度をほぼ一定に維持することができ、荷重検出センサとしての汎用性や検出精度を向上させることができる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施例について述べてきたが、本発明は上述した各実施例に限定されるのものではなく、センサ部３には圧電材料層が１層でも良いが、電圧レベルを上げたい場合には、圧電材料層を複数層設けても良い。アクチュエータ１は、アクチュエータ部２とセンサ部３とが積層されて熱間プレスにより焼成されて一体化されていても良く、或いは各々別個に作成されたアクチュエータ部２とセンサ部３とが積層されて接着剤により接合されて若しくはボルト止めされて一体化されていても良い。
【００３２】
また、アクチュエータの制御方法は圧力調整器に限らず、例えば半導体装置に接着剤塗布用のディスペンサや防振用の製品などの微細な圧力変動を検出することが要求される他の装置や製品などに応用しても良い等、法の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係るアクチュエータの荷重検出方法によれば、上述したように、アクチュエータ部に作用した応力変動を発振回路の一部を構成する前記センサ部の静電容量変化として検出し、該センサ部の静電容量で定まる時定数で発振する発振周波数をカウントし、サンプルホールドされたカウント値からカウンタ変化分の累積値を求めて荷重に換算することにより検出荷重を検出するようにしたので、センサ部のセンシングの感度が外部のノイズに影響され難く、かつ制御部によるデジタル信号処理がし易い。また、荷重検出センサとして圧力調整器などに組み込んだ際の制御部の構成や制御動作を簡略化することができる。
また、アクチュエータ部に作用した応力変動を第１の発振回路の一部を構成する検出センサ部の静電容量変化として検出し、温度変化のみに基づく圧電材料層の応力変動を第２の発振回路の一部を構成する補償センサ部の静電容量変化として検出し、各センサ部の静電容量で定まる時定数で発振する発振周波数を各々カウントしたカウント値どうしの差分とって得られた荷重に対応するカウント値を荷重に換算することにより検出荷重を検出する場合には、センサ部の温度補償を行うことにより温度条件の異なる環境下においても、荷重検出精度をほぼ一定に維持することができ、荷重検出センサとしての汎用性や検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係るアクチュエータの荷重検出回路の構成を示すブロック図である。
【図２】センサー部に接続された発振回路の説明図である。
【図３】圧電アクチュエータの説明図である。
【図４】駆動系及びアクチュエータ単体の荷重−変位特性のグラフ図及び駆動電圧波形のグラフ図である。
【図５】アクチュエータの荷重検出回路を備えた圧力調整器の説明図である。
【図６】第２実施例にかかる温度補償を行うアクチュエータの荷重検出回路の構成を示すブロック図である。
【図７】温度補償を行うアクチュエータの荷重検出回路を備えた圧力調整器の説明図である。
【図８】分極処理された圧電材料の荷重−発振周波数特性の温度変化によるばらつきを示すグラフ図である。
【図９】分極処理されていない圧電材料の荷重−発振周波数特性の温度変化によるばらつきを示すグラフ図である。
【図１０】温度補償を行った分極処理された圧電材料の荷重−発振周波数の差分特性のグラフ図である。
【図１１】温度補償を行った分極処理されていない圧電材料の荷重−発振周波数特性のグラフ図である。
【図１２】従来のアクチュエータを用いた圧力調整器の説明図である。
【符号の説明】
１圧電アクチュエータ
２アクチュエータ部
３センサ部
３ａ金属層
３ｂ、５電線
４絶縁材料層
６圧電セラミックス
７発振回路
８発振専用ＩＣ
９、１０コンパレータ
１１フリップフロップ
１２分圧抵抗回路
１３制御部
１４周波数カウンタ
１５圧力調整器
１６一次室
１７二次室
１８シート
１９スプリング
２０弁
２１ダイヤフラム
２２ステム
２３締結系
２４設定入力部
２５内部演算部
２６電力増幅部
２７補償センサ部
２８第１の発振回路
２９第２の発振回路
３０第１の周波数カウンタ
３１第２の周波数カウンタ

Claims

電極が形成された圧電材料層を有するアクチュエータ部とセンサ部とが絶縁材料層を介して積層されてなるアクチュエータの荷重検出方法において、
前記アクチュエータ部に作用した応力変動を発振回路の一部を構成する前記センサ部の静電容量変化として検出し、該センサ部の静電容量で定まる時定数で発振する発振周波数をカウントし、サンプルホールドされたカウント値からカウンタ変化分の累積値を求めて荷重に換算することにより検出荷重を検出することを特徴とするアクチュエータの荷重検出方法。
前記センサ部の静電容量で定まる時定数で発振する発振回路の発振周波数を周波数カウンタによりカウントし、当該カウント値と前回カウント値の差分を変化分の累積値に加算することをサンプルホールドされた範囲で繰り返してカウンタ変化分の累積値を求めることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータの荷重検出方法。
前記圧電材料層は予め分極処理されている圧電セラミック若しくは分極処理されていない圧電セラミックであることを特徴とする請求項１又は２記載のアクチュエータの荷重検出方法。
電極が形成された圧電材料層を有するアクチュエータ部とセンサ部とが絶縁材料層を介して積層されてなるアクチュエータの荷重検出方法において、
前記アクチュエータ部に作用した応力変動を第１の発振回路の一部を構成する検出センサ部の静電容量変化として検出し、温度変化のみに基づく圧電材料層の応力変動を第２の発振回路の一部を構成する補償センサ部の静電容量変化として検出し、各センサ部の静電容量で定まる時定数で発振する発振周波数を各々カウントしたカウント値どうしの差分とって得られたカウント値を荷重に換算することにより検出荷重を検出することを特徴とするアクチュエータの荷重検出方法。
前記検出センサ部の静電容量で定まる時定数で発振する第１の発振回路の発振周波数を第１の周波数カウンタでカウントし、前記補償センサ部の静電容量で定まる時定数で発振する第２の発振回路の発振周波数を第２の周波数カウンタによりカウントし、第１の周波数カウンタでカウントされた荷重検出用のカウント値から第２の周波数カウンタでカウントされた温度補償用のカウント値を減算したカウント値を求めて荷重に換算することを特徴とする請求項４記載のアクチュエータの荷重検出方法。
前記圧電材料層は予め分極処理されている圧電セラミック若しくは分極処理されていない圧電セラミックであることを特徴とする請求項４又は５記載のアクチュエータの荷重検出方法。