JPH01222673A - 逆圧電効果型セラミックアクチュエータのための制御方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は逆圧電効果型セラミックアクチュエータに採用
するに適した制御方法に関する。

（従来技術） 従来、この種の逆圧電効果型セラミックアクチュエータ
のための制御方法においては、セラミックアクチュエー
タの充放電電圧をフィードバンクすることにより、同セ
ラミックアクチュエータの伸縮の変化を制御するように
したものがある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような構成においては、セラミック
アクチュエータの充放電電圧の変化に伴う同セラミック
アクチュエータの伸縮の変化にヒステリシスが生じるた
め、このヒステリシスを適正に補正しなければ、セラミ
ックアクチュエータとしての制御精度を高く維持し得な
い。また、上述したヒステリシスに対する補正が実現し
たとしても、セラミックアクチュエータの伸縮が周囲温
度等の影響により変動するため、この変動をも適正に補
正しなければセラ＜７クアクチユエータとしての制御精
度を高く維持し得ない。これに対しては、適宜な補正回
路を採用することも考えられるが、セラミックアクチュ
エータの高精度制御確保のためには、高精度、高速応答
可能な位置センザを必要とする等の高コスト化或いは補
正回路の回路構成の複雑化を招き現実的でない。

そこで、本発明は、このようなことに対処すべ（、逆圧
電型セラミックアクチュエータの伸縮を、そのヒステリ
シス特性及び温度特性等の物理量特性をも考慮して適正
に制御するようにした制御方法を提供しようとするもの
である。

（課題を解決するための手段） かかる課題の解決にあたり、本発明の構成上の特徴は、
逆圧電効果型セラミックアクチュエータの伸縮度合を電
荷量に応じて制御する制御方法において、前記セラミッ
クアクチュエータの誘電率に関連する物理量の変化に応
じ前記誘電率が変化した止き、前記物理量の変化前後に
おける前記誘電率の各値に応じて、同誘電率の変化前の
値に対応する前記セラミックアクチュエータの伸縮度合
を維持するように前記電荷量を制御するようにしたこと
にある。

（作用効果） このように本発明を構成したことにより、前記セラミン
クアクチュエータの誘電率が前記物理量の変化に応じ変
化しても、前記誘電率の変化前における前記セラミック
アクチュエータの伸縮度合を維持するように前記誘電率
の変化前後の各僅に応し前記電荷量が制御されるので、
前記セラミ’　７クアクチユエータの伸縮度合を常に精
度よく所望の値に維持できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図は、逆圧電効果型セラミックアクチュエータ１０に本
発明が通用された例を示しており、セラミックアクチュ
エータ１０は、第２図に示すごとく、多数枚の電極板１
１．・・・、１１と、セラミックからなる多数枚の逆圧
電効果型圧電素子１２．・・・、１２とを、互いに一枚
ずつ交互に重合積層して構成されている。かかる場合、
各圧電素子１２をそれぞれ挾む各一対の電極板１１゜１
１毎にコンデンサが形成されるとともにこれら各コンデ
ンサが互いに並列接続されている。しかして、セラミッ
クアクチュエータ１０は、その各コンデンサへの印加電
圧の増減に応じて積層方向に伸縮するようになっている
。但し、本実施例において、セラミックアクチュエータ
１０の各圧電素子１２の誘電率εは、周囲温度Ｔの変化
に応じ、第３図に示す特性曲線ε−Ｔに従い変化する。

コンデンサ２０は、第１図に示すごとく、セラミックア
クチュエータ１０に直列接続されており、このコンデン
サ２０は、その負側端子にて接地され、一方、その正側
端子にてセラミックアクチュエータ１０の各コンデンサ
の各負側電極板（以下、セラミックアクチュエータ１０
の負側端子という）に接続されている。しかして、セラ
ミックアクチュエータ１０への充電電流或いは同セラミ
ックアクチュエータ１０からの放電電流がコンデンサ２
０を流れると、コンデンサ２０は、その正側端子にて、
その流入電流に応じた端子電圧Ｖｃを生じる。但し、コ
ンデンサ２０の静電容量Ｃは、セラミックアクチュエー
タ１０の各コンデンサの合成静電容量に比べてかなり大
きく選定されている。

また、本実施例においては、コンデンサ２０の静電容量
Ｃは、周囲温度Ｔの変化に応じ、第４図に示す特性曲線
Ｃ−Ｔに従い変化する。

また、温度センサＳはセラミックアクチュエータ１０及
びコンデンサ２０の双方の周囲温度Ｔを検出し温度検出
信号として発生する。但し、本実施例においては、セラ
ミックアクチュエータ１０及びコンデンサ２０の双方の
周囲温度Ｔを同一条件下で検出するために、温度センサ
Ｓは、セラミックアクチュエータ１０及びコンデンサ２
０と共に、第１図にて二点鎖線ｐにより示すごとく、適
宜なケーシングに内蔵されている。

制御回路Ｅは、コンデンサ２０及び温度センサＳに接続
したＡ−Ｄ変換器３０ａと、このＡ−Ｄ変換器３０ａに
接続したマイクロコンピュータ３０を有しており、Ａ−
Ｄ変換器３０ａはコンデンサ２０からの端子電圧Ｖｃ及
び温度センサＳからの温度検出信号をそれぞれディジタ
ル電圧及びディジタル温度信号にディジタル変換する。

マイクロコンピュータ３０は、第５図に示すフローチ中
−トに従いコンピュータプログラムの実行をＡ−■〕変
換器３０ａとの協働により行い、この実行中において、
Ｄ−Ａ変換器３０ｂ及び両トランジスタ３０ｃ、３０ｄ
の制御のための演算処理をする。

なお、上述のｆンピュータプログラムはマイクロコンピ
ュータ３０のＲＯＭに予め記憶されている。

１）−Ａ変換器３０ｂは、マイクロコンピュータ３０の
制御のちとに、アナログ変換作用を行い、後述のように
充放電制御信号を発生する。各トランジスタ３０ｃ、３
０ｄは、マイクロコンピュータ３０の制御のもとにそれ
ぞれ選択的に導通する。

コンパレータ４０は、コンデンサ２０からの端子電圧Ｖ
ｃがＤ−Ａ変換器３０ｂからの充放電制御信号のレベル
より低いとき、ハイレベルにて比較信号を発生する。ま
た、コンパレータ２０からの端子電圧ＶｃがＤ−Ａ変換
器３０ｂからの充放電制御信号のレベルより高いとき、
コンパレータ４０はローレベルにて比較信号を発生する
。但し、コンパレーク４０の出力端子は、トランジスタ
３０Ｃの導通により接地され、同トランジスタ３０Ｃの
非導通により非接地となる。インバータ４０ａはコンパ
レータ４０からの比較信号のレベルを反転し反転信号と
して発生する。また、このインバータ４’Ｏａはコンパ
レータ４０の出力端子の接地に応答してハイレベルにて
反転信号を発生する。インバータ４０ｂはコンパレータ
４０からの比較信号のレベルを反転し反転信号を発生す
る。インバータ４０Ｃはインバータ４０ｂからの反転信
号のレベルを反転し反転信号として発生する。また、こ
のインバータ４０ｃはトランジスタ３０ｄの導通に応答
してハイレベルにて反転信号を発生する。

ホトカプラ５０は、発光ダイオード５１と、ホトトラン
ジスタ５２とにより構成されており、発光ダイオード５
１は、インバータ４０ａからのハイレベルの反転信号に
応答して導通し発光する。

また、インバータ４０ａからの反転信号がローレベルの
とき発光ダイオード５１は非導通となり発光を停止する
。ホトトランジスタ５２は発光ダイオード５１からの光
を受けて導通する。また、このボｌ−トランジスタ５２
は、発光ダイオード５１の非発光時に非導通となる。一
方、ホトカプラ６０は、発光ダイオード６１と、ホトト
ランジスタ６２とにより構成されており、発光ダイオー
ド６１は、インバータ４０Ｃからのハイレベルの反転信
号に応答して導通し発光する。また、インバータ４０Ｃ
からの反転信号がローレベルのとき発光ダイオード６１
は非導通となり発光を停止する。

ホトトランジスタ６２ば発光ダイオード６１からの光を
受けて導通する。また、このホトトランジスタ６２は、
発光ダイオード６１の非発光時に非導通となる。

電界効果型トランジスタ７０　（以下、ＦＥＴ７０とい
う）は、そのゲート端子７１にて、ホトトランジスタ５
２のコレクタ、エミッタ、セラミックアクチュエータ１
０及びコンデンサ２０を介し接地されており、ＦＥＴ７
０のドレン端子７２は直流電源Ｂの正側端子に接続され
、一方、ＦＥＴ７０のソース端子７３は検出抵抗８０、
セラミックアクチュエータ１０及びコンデンサ２０を通
し接地されている。しかして、ＦＥ’Ｉ’７０は、ゲー
ト端子７１への印加電圧に応じて導通し直流電源Ｂから
の直流電流を充電電流として検出抵抗８０、セラミック
アクチュエータ１０及びコンデンサ２０に順次流入させ
る。かかる場合、上述した充電電流は、ＦＥＴ７０にお
けるゲート・ソース間電圧−ドレン電流特性に基きＦＥ
Ｔ７０のゲート端子７１への印加電圧の増大（又は減少
）に応じ増大（又は減少）する。検出抵抗８０は、その
流入充電電流に比例する端子電圧Ｖａを、ＦＥＴ７０の
ソース端子７３との共通端子（以下、検出端子８１とい
う）から発生する。

電界効果型トランジスタ９０　（以下、ＦＥＴ９０とい
う）は、そのゲート端子９１にて、ボトトランジスタ６
０のコレクタ及びエミッタを介し接地されており、ＦＥ
Ｔ９０のドレン端子９２はセラミックアクチュエータ１
０及びコンデンサ２０を通し接地され、一方、ＦＥＴ９
０のソース端子９３は検出抵抗１００を通し接地されて
いる。しかして、ＦＥＴ９０は、ゲート端子９１への印
加電圧に応じて導通しセラミックアクチュエータ１０か
らの放電電流を検出抵抗１００に流入させる。

かかる場合、上述した放電電流は、ＦＥＴ９０における
ゲート・ソース間電圧−ドレン電流特性に基きＦＥＴ９
０のゲート端子９１への印加電圧の増大（又は減少）に
応じて増大（又は減少）する。

検出抵抗１００は、その流入放電電流に比例する端子電
圧ｖｂを、ＦＥＴ９０のソース端子９３との共通端子（
以下、検出端子１０１という）から発生する。

充電増幅回路１１０ば、演算増幅器１１１を有しており
、この演算増幅器１１１は、その反転入力端子１１１ａ
にて入力抵抗１１２を介し検出抵抗８０の検出端子８１
に接続され、またその非反転入力端子１１１ｂにて入力
抵抗１１３を介し定電圧回路１１０ａの出力端子に接続
されている。

また、演算増幅器１１１の出力端子１１１Ｃは、帰還抵
抗１１４を介し同演算増幅器１１１の反転入力端子１１
１ａに接続されるとともに、出力抵抗１１５を介しＦＥ
Ｔ７０のゲート端子７１に接続されている。

しかして、検出抵抗８０の検出端子８１から端子電圧Ｖ
ａが入力抵抗１１２に印加されるとともに、定電圧回路
１１０ａの出力端子から生じる定電圧Ｖｒａが入力抵抗
１１３に印加されると、演算増幅器１１１が端子電圧Ｖ
ａと定電圧Ｖ　ｒ　ａとの差を増幅し増幅電圧Ｖｄ１ｆ
ａとして出力抵抗１１５から発生しＦＥＴ７０のゲート
端子７１に印加する。かかる場合、演算増幅器１１１の
差動増幅特性との関連において、Ｖａ＞　　Ｖｒａのと
き、Ｖｄ１ｆａが（Ｖａ　−Ｖｒａ）に反比例し、また
、Ｖｒａ＞Ｖａのとき、Ｖｄ　ｉ　ｆ　ａが（Ｖｒａ−
Ｖａ）に比例するようになっている。また、定電圧回路
１１０ａからの定電圧Ｖｒａは、セラミックアクチュエ
ータ１０への流入充電電流の基準値に対応する。

放電増幅回路１２０は、演算増幅器１２１を有しており
、この演算増幅器１２１は、その反転入力端子１２１ａ
にて入力抵抗１２２を介し検出抵抗１００の検出端子１
０１に接続され、またその非反転入力端子１２１ｂにて
入力抵抗１２３を介し定電圧回路１２０ａの出力端子に
接続されている。また、演算増幅器１２１の出力端子１
２１Ｃは、帰還抵抗１２４を介し同演算増幅器１２１の
反転入力端子１２１ａに接続されるとともに、出力抵抗
１２５を介しＦＥＴ９０のゲート端子９１に接続されて
いる。

しかして、検出抵抗１００の検出端子１０１から端子電
圧ｖｂが入力抵抗１２２に印加されるとともに、定電圧
回路１２０ａの出力端子から生じる定電圧Ｖｒｂが入力
抵抗１２３に印加されると、演算増幅器１２１が端子電
圧ｖｂと定電圧Ｖｒｂとの差を増幅し増幅電圧Ｖｄ　ｉ
　ｆ　ｂとして出力抵抗１２５から発生しＦＥＴ９０の
ゲート端子９１に印加する。かかる場合、演算増幅器１
２１の差動増幅特性との関連において、Ｖｂ＞Ｖｒｂの
とき、■ｄｉｆｂが（Ｖｂ−Ｖｒｂ）に反比例し、また
、Ｖｒｂ＞Ｖｂのとき、Ｖｄ１ｆｂが（Ｖｒｂ−ｖｂ）
に比例するようになっている。また、定電圧回路１２０
ａからの定電圧Ｖｒｂは、セラミックアクチュエータ１
０からの放電電流の基準値に対応する。

以上のように構成した本実施例において、セラミックア
クチュエータ１０及びコンデンサ２０に電荷が蓄えられ
ていない状態にあるとき、コンデン＋２０の端子電圧Ｖ
ｃが零の状態にある。かかる段階において、本発明にお
ける各素子を作動させれば、マイクロコンピュータ３０
が第５図のフローチャートに従いステップ２００にてコ
ンピュータプログラムの実行を開始し、ステップ２１０
において初期化する。ついで、マイクロコンピュータ３
０が、ステップ２２０にて、所定周囲温度Ｔａにおける
セラミックアクチュエータ１０の所定積層厚さＬａに対
応する所定電荷量Ｑａ、及びセラミックアクチュエータ
１０の現実の積層厚さＬの所定積層厚さＬａへの一致状
態を保持するためのホールドデータ１１を読出す。但し
、セラミックアクチュエータ１０の現実の積層厚さＬは
、セラミックアクチュエータ１０の積層方向両端にそれ
ぞれ位置する各電極間の現実の間隔をいう。また、所定
積層厚さＬａは、セラミノクアクチュエ−夕１０の積層
厚さの所定値をいう。なお、所定電荷ｉＱａ及びポール
１〜データＨはマイクロコンピュータ３０のＲＯＭに予
め記憶されている。

ステップ２２０における演算処理後、マイクロコンピュ
ータ３０が、ステップ２３０にて、Ａ−Ｄ変換器３０ａ
からのディジタル電圧及びディジタル温度信号を入力さ
れ、ステップ２４０にて、特性曲線ε−Ｔ（第３図参照
）を表わすデータ（以下、Ｃ−Ｔという）に基きステッ
プ２３０におけるディジタル温度信号の値（以下、ディ
ジタル温度１”　＝　”Ｔ’　１という）に応じセラミ
ックアクチュエータ１０の各圧電素子１２の誘電率εを
ε１として決定する。但し、ε−Ｔデータは、マイクロ
コンピュータ３０のＲＯＭに予め記憶されでいる。

ついで、マイクロコンピュータ３０が、ステップ２５０
にて、特性曲線ｃ’−ｒ＜第４図参照）を表゛　　わず
データ（以下、Ｃ−Ｔデータという）に基きステップ２
３′Ｏにおけるディジタル温度Ｔ１に応じコンデンサ２
０の静電容量Ｃを０１として決定する。但し、Ｃ−Ｔデ
ータは、マイクロコンピュータ３０のＲＯＭに予め記１
意されている。

しかして、コンピュータプログラムがステップ２６０に
進むと、マイクロコンピュータ３０が、次の関係式（１
）に基き、ステップ２２０における所定電荷量Ｑａ＝Ｑ
’ｘ、各ステップ２４０．’２５０における誘電率ε−
８１及び静電容量Ｃ＝ｃ’を並びに所定周囲温度Ｔａに
おける各圧電素子１２の誘電率（以下、所定誘電率εａ
という）＝εＸに応じ、充放電レベル■を■１として決
定し出力信号として発生する。

容を表わす。即ち、上述のように、例えば周囲温度がＴ
ａからＴＩに変化したとき誘電率がεＸから８１に変化
したとすれば、ＴａのときＱｘ＝Ｑａをセラミックアク
チュエータ１０に供給したときの同セラミックアクチュ
エータ１０の所定積層厚さＬａを、ＴＩ及びε１のとき
にも得るためには、第６図及び第７図に示すように、各
圧電搬子工２の分極値の周囲温度Ｔとの関係を示す関数
ｆ（Ｔ）、及び誘電率の周囲温度Ｔとの関係を示す関数
ｇ　（Ｔ）に基き、周囲温度Ｔの変化を考慮して得られ
る。

上体のようにマイクロコンピュータ３０かう出力信号が
生じると、Ｄ−Ａ変換器３０ｂが、同出力信号をアナロ
グ変換し、これを、 主制御信号として発生する。すると、コンパレータ４０
が、制御回路３０からの充放電制御信号のレベルがコン
デンサ２０からの端子電圧Ｖｃよりも高いため、ハイレ
ベルにて比較信号を発生し、インバータ４０ａがローレ
ベルにて反転信号を発生し、インバータ４０ｃがインバ
ータ４０ｂの反転作用のもとにハイレベルにて反転信号
を生じる。

すると、ホ１〜カプラ５０のホトトランジスタ５２がイ
ンバータ４０ａからの反転信号に応答する発光ダイオー
ド５１の非発光作用に基き非導通となる一方、ホトカプ
ラ６０のホトトランジスタ６２が、インバータ４０　”
ｃからの反転信号に応答して生じる発光ダイオード６１
からの光を受けて導通する。しかして、ＦＥ’ｌ’９０
が、ゲート端子９１のホトトランジスタ６２の導通に伴
う接地により非導通となり、充電増幅回路１１０の演算
増幅器１１１が定電圧回路１１０ａからの定電圧Ｖｒａ
と検出抵抗８０からの端子電圧Ｖａ　　（現段階ではＶ
ａ”＝Ｏ）との差を増幅電圧Ｖｄ　ｉ　ｆ　ａとして出
力抵抗１１５を通して発生しホトトランジスタ５２の非
導通下にてＦＥＴ７０のゲート端子７１に付与する。

このように充電増幅回路１１０からの増幅電圧Ｖｄ　ｉ
　ｆ　ａｆＪ（ＦＥＴ７０に付与されると、ＦＥＴ７０
が導通し直流電源Ｂからの直流電流を充電電流として検
出抵抗８０を通しセラミックアクチュエータ１０及びコ
ンデンサ２０に流入させる。すると、セラミックアクチ
ュエータ１０がその流入充電電流に応じた電荷量でもっ
て充電されて積層厚さを増大させるとともに、コンデン
サ２０がその流入充電電流に応じた電荷量でもって充電
されて端子電圧Ｖｃを増大させる。このとき、検出抵抗
８０からの端子電圧Ｖａも同検出抵抗８０への流入充電
電流に応じて増大する。

しかして、上述のような状態において、コンパレーク４
０からの比較信号がハイレベルに維持され続ければ、ホ
トカプラ５０のホトトランジスタ５２の非導通状態、ホ
トカプラ６０のホトトランジスタ６２の導通状態及びＦ
ＥＴ９０の非導通状態がそのまま維持される。従って、
かかる状態にあっては、Ｖｒａ＞Ｖａのもとに（Ｖｒａ
−Ｖａ）に応じてＶｄ　ｉ　ｆ　ａが増大し、ＦＥＴ７
０による直流電源Ｂからセラミックアクチュエータ１０
及びコンデンサ２０への充電電流が増大する。このよう
な状態において、ＶａシＶｒａになると、■ｄｉｆａが
（■ａ−Ｖｒａ）に応して減少し、ＦＥＴ７０による直
流電源Ｂからセラミックアクチュエータ１０及びコンデ
ンサ２０への充電電流が減少する。

換言すれば、セラミックアクチュエータ１０の積層厚さ
をＤ−Ａ変換器３０ｂからの充放電制御信号のレベルに
対応する値まで増大させるにあたり、セラミックアクチ
ュエータ１０への充電電流がＶｒａ＞Ｖａでは増大しＶ
ａ＞Ｖｒａでは減少して常に一定となるように充電増幅
回路１１０により制御される。かかる場合、上述のよう
にセラミックアクチュエータ１０への充電電流に対する
いるので、セラミックアクチュエータ１０の現実の積層
厚さは、ヒステリシスを伴うことな（、周囲温度変化に
もかかわらず、第８図に示すように、所定積層厚さＬａ
に向け、同セラミックアクチュエータ１０の充電電荷量
に応じ応答性よく高精度にて直線的に増大する。

ステップ２６０における演算処理後、マイクロコンピュ
ータ３０が、ステップ２７０にて、ステップ２２０にお
けるホールドデータＨに基き「ＹＥＳＪと判別する。現
段階において、コンデンサ２０からの端子電圧Ｖｃがス
テップ２６０における出力信号の値■１に一致しておれ
ば、マイクロコンピュータ３０がステップ２８０にてｒ
ＹＥＳＪと判別し、かつステップ２８０ａにて、ハイレ
ベルのボールド信号を発生し、これに応答して両トラン
ジスタ３０Ｃ，３０ｄが共に導通する。すると、両イン
バータ４０ａ、４’Ｏｃが共にハイレベルにて反転信号
を発生し、両ホトカプラ５０，６０の各ホトトランジス
タ５２．６２が共に導通して各ＦＥＴ７０．９０をそれ
ぞれ非導通にする。

このため、セラミ、クアクチュエータ１０がその充電の
停止により積層厚さをＬａに精度よく保持する。なお、
両ステップ２７０，２８０の一方で１ＮＯ」との判別が
なされたときは、マイクロコンピュータ３０がステップ
２８０ｂにてホールド信号を消滅させる。

一方、セラミックアクチュエータ１０の積層厚さを減少
させるべくコンピュータプログラムがステップ２２０に
進めば、マイクロコンピュータ３０が、所定周囲温度Ｔ
ａにおけるセラミックアクチュエータ１０の所定積層厚
さＬｂ　（＜Ｌａ）に対応する所定電荷量Ｑｂ　（＜Ｑ
ａ）及びホールドデータＨを読出す。但し、所定電荷量
Ｑｂはマイクロコンピュータ３０のＲＯＭに予め記憶さ
れている。ついで、マイクロコンピュータ３０が、ステ
ップ２３０にて、上述と同様にディジタル電圧及びディ
ジタル温度Ｔ＝Ｔ２をＡ−Ｄ変換器３０ａから入力され
、ステップ２４０にて、ε−Ｔデータに基き同ディジタ
ル温度Ｔ２に応じ各圧電素子１２の誘電率εをε２とし
て決定する。ついで、マイクロコンピュータ３０が、ス
テップ２５０にて、Ｃ−Ｔデータに基きステップ２３０
におけるディジタル温度Ｔ２に応じコンデンサ２０の静
電容量Ｃを０２として決定する。

しかして、コンピュータプログラムがステップ２６０に
進むと、マイクロコンピュータ３０が関係式（１）に基
き、ステップ２２０における所定電荷量Ｑ　ｂ　＝　Ｑ
　’ｘ　、各ステップ２４０，２５０における誘電率ε
−８２及び静電容量Ｃ＝Ｃ２、並びに所定誘電率εａ−
εＸに応じ、充放電レベル■を■２として決定し出力信
号として発生する。する当するレベルにて充放電制御信
号として発生する。

すると、コンパレータ４０が、Ｖ２＜Ｖｃに基き、ロー
レベルの比較信号を発生し、インバータ４０ａからの反
転信号をハイレベルにする一方、インバータ４０ｃから
の反転信号をローレベルにする。

すると、ボトカプラ５０のホトトランジスタ５２が、イ
ンバータ４０ａからのハイレベルの反転信号に応答して
生じる発光ダイオード５１からの光を受けて導通し、一
方、ホトカプラ６０のホトトランジスタ６２が、インバ
ータ４０Ｃからのローレベルの反転信号に応答する発光
ダイオード６１の発光停止に基き非導通となる。しかし
て、ＦＥＴ７０が、ゲート端子７１のホトトランジスタ
５２の導通に伴う接地により非導通となりセラミックア
クチュエータ１０−の充電電流の付与を停止し、放電増
幅回路１２０の演算増幅器１２１が定電圧回路１２０ａ
の定電圧Ｖｒｂと検出抵抗１００からの端子電圧Ｖｂ（
現段階では■ｂ！＝；０）との差を増幅電圧Ｖｄ　ｉ　
ｆ　ｂとして出力抵抗１２５を通して発生しホトトラン
ジスタ６２の非導通下にてＦ　Ｅ　Ｔ　９’　０のゲー
ト端子９１に付与する。

このように放電増幅回路１２０からの増幅電圧Ｖｄ１ｆ
ｂがＦＥＴ９０に付与されると、ＦＥＴ９０が導通しセ
ラミックアクチュエータ１０及びコンデンサ２０からの
放電電流を検出抵抗１００に流入させる。すると、セラ
ミックアクチュエータ１０が、その放電電流に応じた電
荷量の減少に伴い積層厚さを減少させるとともに、コン
デンサ２０がその放電電流に応じた電荷量の減少に伴い
端子電圧Ｖｃを減少させる。このとき、検出抵抗１００
からの端子電圧ｖｂは同検出抵抗１００への流入放電電
流に応じて増大する。

しかして、上述のような状態において、コンパ１、−夕
４０からの比較信号のレベルがハイレベルに維持され続
ければ、ホトカプラ６０のホトトランジスタ６２の非導
通状態、ホトカプラ５０のホトトランジスタ５２の導通
状態及びＦＥＴ７０の非導通状態がそのまま維持される
。従って、かかる状態においては、Ｖｒ’ｂ＞Ｖｂのも
とに（Ｖｒｂ−’ｖｂ）に応じ７Ｖｄｉｆｂが増大し、
ＦＥＴ９０によるセラミックアクチュエータ１０及びコ
ンデンサ２０から検出抵抗１００への放電電流が増大す
る。このような状態において、Ｖｂ＞Ｖｒｂになると、
Ｖｄ　ｉ　ｆ　ｂが（Ｖｂ’−Ｖｒｂ）に応じて減少し
、ＦＥＴ９０によるセラミックアクチュエータ１０及び
コンデンサ２０からの放電電流が減少する。

換言すれば、セラミックアクチュエータ１０の積層厚さ
をＤ−Ａ変換器３０ｂからの充放電制御信号のレベルに
対応する値まで減少させるにあたり、セラミックアクチ
ュエータ１０への放電電流がＶｒｂ＞Ｖｂでは増大しＶ
ｂ’＞Ｖｒｂでは減少して常に一定となるように放電増
幅回路１２０により制御される。かかる場合、上述のよ
うにセラミックアクチュエータ１０からの放電電流に対
すされているので、セラミックアクチュエータ１０の現
実の積層厚さは、ヒステリシスを伴うことなく、周囲温
度変化にもかかわらず、第８図に示すように、所定積層
厚さＬｂに向け、同セラミック、アクチュエータ１０の
放電電荷量に応じ応答性よく高精度にて直線的に減少す
る。なお、ステップ２８０にてＶｃ＝Ｖ２に基きｒＹＥ
ｓｊとの判別がなされれば、上述と同様にして、セラミ
ックアクチュエータ１０が、その放電の停止により積層
厚さをＬｂに精度よく保持する。

なお、本発明の実施にあたっては、第４図のＣ−Ｔ特性
に代えて、第９図に示すような（”／Ｃ）　−Ｔ特性を
採用して実施してもよい。かかる場合には、ステップ２
６０における演算は、（■／Ｃ）−Ｔ特性で決まる（ｆ
′１０）にＱｘ／εＸを乗するようにすればよい。

次に、前記実施例の変形例を第１０図を参照して説明す
ると、この変形例においては、前記実施例にて述べた温
度センサＳに代えて、互いに直列接続したセラミックア
クチュエータ１０Ａ１定電圧電源１０Ｂ及びコンデンサ
２０Ａを採用したことにその構成上の特徴がある。セラ
ミックアクチュエータＩＯＡは、前記実施例におけるセ
ラミックアクチュエータ１０と同等の構成及び機能を有
するもので、このセラミックアクチュエータ１０Ａは、
定電圧電源１０Ｂから生じる定電圧を付与されている。

コンデンサ２ＯＡは、セラミックアクチュエータＩＯＡ
からの定電圧を受けて、このセラミックアクチュエータ
ＩＯＡとの接続端子から端子電圧ＶＴを生しる。

かかる場合、コンデンサ２０．Ａはコンデンサ２０と同
等の構成及び機能を有する。また、定電圧電源１０Ｂは
周囲温度の変動を殆ど受けないようになっている。従っ
て、セラミックアクチュエータＩＯＡの誘電率εとコン
デンサ２ＯＡからの端子電圧■エ　との間には、第１１
図に示すようなε−Ｖ丁特性が成立する。また、コンデ
ンサ２ＯＡの静電容量ＣとセラミックアクチュエータＩ
ＱＡの誘電率εとの間には第１２図に示すようなＣ−ε
特性が成立する。なお、Ａ−Ｄ変換器３０ａは、コンデ
ンサ２０からの端子電圧Ｖｃをディジタル電圧（以下、
第１デイジクル電圧という）に変換するとともに、コン
デンサ２０Ａからの端子電圧■□を第２デイジタル電圧
に変換する。また、セラミックアクチュエータＩＱＡは
、温度センサＳに代えて前記実施例にいうケーシング内
に内蔵されている。

以上のように構成した本変形例において、マイクロコン
ピュータ３０が第５図のフローチャー１・に従い、コン
ピュータプログラムを実行するにあたっては、同マイク
ロコンピュータ３０が、ステーツブ２３０にて、Ａ−Ｄ
変換器３０ａからの第１及び第２のディジタル電圧を入
力され、ステップ２４０にて、ε−ＶＴ特性を表すデー
タ（以下、ε−７丁データという）に基きステップ２３
０における第２デイジタル電圧（以下、ディジタル電圧
Ｖ丁　という）に応じセラミックアクチュエータ１０Ａ
の誘電率εを８１或いはＣ２として決定し、ステップ２
５０にて、Ｃ−ε特性を表すデータ（以下、Ｃ−εデー
タという）に基き、ステップ２５０における誘電率ε１
或いはＣ２に応じコンデンサ２ＯＡの静電容量ＣをＣＩ
或いはＣ２として決定する。但し、ε−７丁データ及び
Ｃ−ε、データは前記実施例におけるε−Ｔデータ及び
Ｃ−Ｔデータに代えてそれぞれマイクロコンピュータ３
０のＲＯＭに予め記憶されている。

しかして、上述のようにε、Ｃが決定されれば、マイク
ロコンピュータ３０がこれらε、Ｃに基き、Ｖ−Ｖ１或
いは■２を前記実施例と同様にステップ２６０にて決定
し、前記実施例と同様の作用効果を達成する。なお、そ
の他の構成及び作用効果は前記実施例と同様である。

以上説明したように、本発明においては、セラミックア
クチュエータの積層厚さを、直流電源からの充電電流に
応じ伸長するように制御し１．放電電流の流出に応じ短
縮するように制御する制御方法において、セラミックア
クチュエータへの前記充電電流に応じコンデンサから充
電電圧を発生させ、セラミックアクチュエータからの放
電電流の流出に応じ前記充電電圧を減少させ、前記充電
電流或いは放電電流を第１検出信号として検出し、セラ
ミックアクチュエータの誘電率及びコンデンサの静電容
量の双方に共通に関連する物理量を第２検出信号として
検出し、セラミックアクチュエータの誘電率を前記第２
検出信号に応じ決定し、コンデンサの静電容量を前記第
２検出信号に応じ決定し、前記物理量が所定値のときの
セラミックアクチュエータの伸縮目標値を維持するよう
に前記決定誘電率及び決定静電容量に応じ制御レベルを
決定し制御信号として発生し、前記第１検出信号と定電
圧との差に応じて前記充電電流を前記制御信号のレベル
に対応する値に制御し、前記第１検出信号と前記制御信
号との差に応じて前記放電電流を前１記制御信号のレベ
ルに対応する値に制御し、前記制御信号のレベルが前記
充電電圧より高いとき前記充電電流に対する制御作用を
許容するとともに放電電流に対する制御作用を禁止し、
前記制御信号のレベルが前記充電電圧より低いとき充電
電流に対する制御作用を禁止するとともに前記放電電流
に対する制御作用を許容するようにしく３０） たことにその構成上の特徴がある。

これにより、前記制御信号のレベルがコンデンサの充電
電圧より高いときには、前記第１検出信号と前記定電圧
との差に応じ、直流電源からセラミックアクチュエータ
への充電電流が、゛前記制御信号のレベルに対応する値
になるように制御される。一方、前記制御信号のレベル
が前記充電電圧より低いときには、前記第１検出信号と
前記定電圧との差に応し、セラミックアクチュエータか
らの充電電流が、前記制御信号のレベルに対応する値と
なるように制御される。また、上述のような制御にあた
り、前記制御信号のレベルが、前記第２検出信号に応じ
決定される誘電率及び静電容量に基き、前記物理量の所
定値におけるセラミックアクチュエータの伸縮目標値を
維持するように決定される。

従って、セラミックアクチュエータへの充電電流による
充電電荷量の増大割合及び同セラミックアクチュエータ
からの充電電流による電荷量の残存割合が、セラミック
アクチュエータのヒステリシス及び前記物理量の変動に
よる影響を確実に応答性よく解消しつつセラミックアク
チュエータの伸縮目標値を維持するように制御される。

その結果、セラミックアクチュエータの伸縮制御を常に
精度よく迅速になし得る。

なお、本発明の実施にあたっては、前記実施例における
（ｉ／ｃ）−Ｔデータ（第９図参照）に代えて、第１３
図に示す（ｆ／ｃ）　−ｖ１特性を表わすデータを採用
して実施してもよい。

また、前記実施例及び変形例においてば、ステップ２２
０における入力電荷量をＱ’ａ或いはＱｂとして固定し
たが、これに限らず、Ｑａ或いはＱｂを可変とした場合
にも前記実施例及び変形例と実質的に同様の作用効果を
達成し得る。

また、本発明の実施にあたっては、各ＦＥＴ７０．９０
に限ることなく各種のトランジスタを採用して実施して
もよい。また、各ホトカプラ５０゜６０に限ることなく
通常の半導体スイッチング素子をフローティングして採
用して実施してもよい。

また、前記実施例及び変形例においては、セラミンクア
クチュエータ１０への充電電流及び同セラミックアクチ
ュエータ１０からの放電電流を充電増幅回路１１０及び
放電増幅回路１２０によりそれぞれ制御するようにした
が、これに代えて、例工ば一対のコンパレータを採用し
、一方のコンパレータにより検出抵抗８０からの端子電
圧Ｖａと定電圧回路１１０ａからの定電圧Ｖｒａとを比
較してＦＥＴ７０の導通・非導通を制御し、かつ他方の
コンパレータにより検出抵抗１００からの端子電圧ｖｂ
と定電圧１２０ａからの定電圧Ｖｒｂとを比較してＦＥ
Ｔ９０の導通・非導通を制御するようにして、セラミッ
クアクチュエータ１０への充放電電流を一定にするよう
にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電子回路図、第２図は
第１図におけるセラミックアクチュエータの部分分解図
、第３図はセラミックアクチュエータの誘電率の周囲温
度との関係を示すグラフ、第４図はコンデンサの静電容
量の周囲温度との関係を示すグラフ、第５図は第１図の
マイクロコンピユータの作用を示すフローチャー１−１
第６図及び第７図はセラミックアクチュエータの圧電素
子の特性図、第８図は本発明の特性説明グラフ、第９図
は第４図の変形例を示すグラフ、第１０図は前記実施例
の変形例を示す電子回路図、第１１図は、前記変形例で
採用したセラミックアクチュエータの誘電率とコンデン
サの端子電圧との関係を示すグラフ、第１２図は同コン
デンザの静電容量と同セラミックアクチュエータの誘電
率との関係を示すグラフ、並びに第１３図は第１１図の
グラフの変形例を示すグラフである。 符号の説明 １０、ＩＯＡ・・・セラミックアクチュエータ、１０Ｂ
・・・定電圧電源、２０．２０Ａ・・・コンデンサ、３
０・・・マイクロコンピュータ、４０−　・・、：１ｌ
１７パレーク、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・インバー
タ、５０．６０・・・ホトカプラ７０．９０・−・ＦＥ
Ｔ、８０，１００・・・検抵抗、１１０・・・充電増幅
回路、１２０・・・放電増幅回路、Ｓ・・・温度センサ
。 第３図 Ｏｒ　−一→ 第２図 第４図 ・　第６図 第８図 Ｖ−一→ 第７図 Ｏｒ−＋ 第９図 ０　　　　　７−一十

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 逆圧電効果型セラミックアクチュエータの伸縮度合を電
   荷量に応じて制御する制御方法において、前記セラミッ
   クアクチュエータの誘電率に関連する物理量の変化に応
   じ前記誘電率が変化したとき、前記物理量の変化前後に
   おける前記誘電率の各値に応じて、同誘電率の変化前の
   値に対応する前記セラミックアクチュエータの伸縮度合
   を維持するように前記電荷量を制御するようにしたこと
   を特徴とする逆圧電効果型セラミックアクチュエータの
   ための制御方法。