JPH04125079A - 圧電アクチュエータの駆動装置 - 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、圧電アクチュエータの駆動装置に関する。

（従来技術） 圧電アクチュエータ（以下ＰＡと呼ぶ）は、誘電体であ
る圧電素子とこれを挟む２つの電極から構成された、一
種のコンデンサである。従来、圧電アクチュエータは流
体の圧力、流量等の物理量を制御するための制御弁の駆
動手段として用いられてきた。ところで、圧電アクチュ
エータの軸線方向変形は圧電アクチュエータに蓄積され
た電荷に比例し、従って、圧電アクチュエータの出力変
位は圧電アクチュエータを充放電することにより行われ
る。圧電アクチュエータの充放電を行う圧電アクチュエ
ータの駆動装置として、第３図に示すように、昇圧用コ
イルを備えた昇圧回路Ａ′と、ダイオードを備えた充電
回路Ｂ′と、放電回路Ｃ′とによって構成され、昇圧回
路Ａ′と充電回路Ｂ′とに実線矢印方向に電流を流して
ＰＡを充電し、充電の停止によって放電回路Ｃ′を介し
て破線矢印方向にＰＡを放電させるように作動する装置
が従来知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、放電の際に圧電アクチュエータは極く短時間で
放電を完了してしまうので、第３図に示す如き従来の駆
動装置では、第３図の圧電アクチュエータを流体の流量
調節用バルブの駆動手段として使用し、該バルブを圧電
アクチュエータの放電に伴う変形によって閉じるように
構成した場合に、圧電アクチュエータの極く短時間内の
放電完了に伴って極く短時間内に前記バルブが閉じ、流
量の急激な変化、ひいてはウォータハンマーを惹起して
バルブの損傷を引き起こすおそれがあるという問題があ
った。

したがって、本発明の目的は、所定物理量を制御する弁
の駆動手段としての圧電アクチュエータを駆動する装置
であって、前記物理量の急激な変化を防止できる圧電ア
クチュエータの駆動装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するために、本発明においては、所定
物理量を制御する弁の駆動手段としての圧電アクチュエ
ータを駆動する装置であって、昇圧回路と、充電回路と
、放電回路とから成る圧電アクチュエータの駆動装置に
おいて、前記所定物理量を検知する手段と、圧電アクチ
ュエータの放電量を操作して前記所定物理量をフィード
バック制御するための手段とが配設された圧電アクチュ
エータの駆動装置を提供する。

（作用） 本発明においては、圧電アクチュエータの放電量を操作
して所定物理量をフィードバック制御することにより、
前記物理量の急激な変化を防止する。

（実施例） 以下添付の図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

第１図において、１は本発明の実施例に係る圧電アクチ
ュエータＰＡの駆動装置である。本実施例では、圧電ア
クチュエータＰＡは水道管４の流量調節バルブ５の駆動
手段として用いられている。

圧電アクチュエータＰＡの駆動装置１は、昇圧用コイル
１ａとトランジスタ２ａとその他の抵抗、ダイオード、
コンデンサ等で構成された公知のフライバック方式の昇
圧回路Ａと、ダイオードｌｂを備えた充電回路Ｂと、抵
抗１ｃとトランジスタ２Ｃとが直列に接続された放電回
路Ｃと、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとからなる制御ユニッ
トＤとを備えている。充電回路Ｂと放電回路Ｃとは圧電
アクチュエータＰＡに対して並列に接続されており、放
電回路Ｃはアースされている。トランジスタ２ａ、２ｃ
のベースには充電トリが信号、放電トリガ信号を印加す
るための制御ユニットＤの出力が接続されており、また
、水道管４のバルブ５下流側に配設された圧力センサ６
からの圧力信号が制御ユニットＤに入力されている。

このように構成された、本実施例に係る圧電アクチュエ
ータの駆動装置１の作動を第１図と第２図とに基づいて
以下に説明する。

■充電 制御ユニットＤからの指令に基づきトランジスタ２ａの
ベースに充電トリガー信号を所定時間印加し、トランジ
スタ２ａを導通させ、昇圧回路Ａの一次コイル側に第１
図中細実線方向に低圧の電流を流し、二次コイル側に第
１図中太実線方向の高圧の誘導電流を惹起せしめ、これ
により、ＰＡを所定の電荷量だけ充電する。充電トリガ
ー信号を繰り返し印加することにより、ＰＡを所定電圧
Ｖ、まで階段状に充電する。かかる階段状の充電に伴っ
てＰＡが軸方向に階段状に変形し、ＰＡによって駆動さ
れるバルブ５が階段状に所定開度まで開き、水道管４の
バルブ５下流側の水圧（以下単に水圧と呼ぶ）は階段状
に所定圧Ｖｗまで上昇する。

■電荷の保持 制御ユニットＤからの指令に基づいてトランジスタ２ａ
のベースへの充電トリガ信号の印加を停止する。これに
より、ＰＡの充電は終了し、ＰＡは所定電圧Ｖ、に保持
され、ＰＡの変形も所定値に保持される。したがって、
バルブ５の開度は前記所定値に保持され、これにより、
水圧も前記所定圧Ｖｗに保持される。

■放電 放電に際しては、トランジスタ２Ｃのベースに放電トリ
ガ信号が印加され、トランジスタ２Ｃが導通状態となる
。これにより、放電回路Ｃの抵抗ｌｃ、ｈランジスタ２
ｃを介して破線方向に電流が流れ、圧電アクチュエータ
ＰＡは放電する。制御ユニットＤのＲＯＭには水圧を前
記所定値ＶＷから零圧まで所定時間で連続的に低減させ
る水圧制御マツプが蓄えられており、制御ユニットＤは
前記制御マツプの水圧〜時間曲線を実現すべく、乙く圧
センサ６からの水圧信号に基づいて、トランジスタ２ｃ
のベースに印加する放電トリガ信号の長さ、間隔を操作
してＰＡの電圧を前記所定値Ｖ、から零電圧まで段階的
に低減させ、もって、水圧をフィードバック制御する。

これにより、水圧は制御ユニットＤのＲＯＭに蓄えられ
た前記制御マツプと近似の水圧〜時間曲線を描いて、前
記所定値Ｖｗから零圧まで低減する。このように、本実
施例に係る装置にあっては、所定の水圧〜時間曲線に近
似させて水圧を低減させるので、水圧、ひいては流量の
急激な変化は生じない。したがって、ウォータハンマー
を惹起してバルブの損傷を引き起こすおそれもない。

また、水圧をフィードバック制御すれば、結果的に流量
をフィードバック制御することになるので、流量調節バ
ルブ５を水洗便器の流量調節バルブとして用いることに
より、便器の封水量を正確に制御できる。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明は上記の実施
例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載し
た発明の範囲内で種々改変が可能なことは言うまでもな
い。例えば、上記実施例では、水圧をフィードバック制
御したが、水圧センサ６の代わりに流量センサを水道管
４に取付け、流量をフィードバック制御してもよい。

（効果） 以上説明したように、本発明にあっては、所定物理量を
制御する弁の駆動手段としての圧電アクチュエータを駆
動する装置であって、昇圧回路と、充電回路と、放電回
路とから成る圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記所定物理量を検知する手段と、圧電アクチュエータ
の放電量を操作して前記所定物理量をフィードバック制
御するための手段とを配設したので、前期所定物理量の
急激な変化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る圧電アクチュエータの
駆動装置の回路図である。 第２図は、第１図の駆動装置の作動のタイムチャートで
ある。 第３図は、従来の圧電アクチュエータの駆動装置の回路
図である。 １・・・圧電アクチュエータの駆動装置、Ａ・・・昇圧
回路、 Ｂ・・・充電回路、 Ｃ・・・放電回路、 Ｄ・・・制御ユニット、 ・・抵抗、 ・・トランジスタ、 ・制御バルブ、 ・水圧センサ。 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定物理量を制御する弁の駆動手段としての圧電
   アクチュエータを駆動する装置であって、昇圧回路と、
   充電回路と、放電回路とから成る圧電アクチュエータの
   駆動装置において、前記所定物理量を検知する手段と、
   圧電アクチュエータの放電量を操作して前記所定物理量
   をフィードバック制御するための手段とが配設されて成
   ることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
2. （２）前期所定物理量を検知する手段は圧力センサであ
   ることを特徴とする請求項第（１）に記載の圧電アクチ
   ュエータの駆動装置。
3. （３）前期所定物理量を検知する手段は流量センサであ
   ることを特徴とする請求項第（１）に記載の圧電アクチ
   ュエータの駆動装置。