JPH0529676A - ピエゾアクチユエータ装置 - Google Patents
ピエゾアクチユエータ装置Info
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- JPH0529676A JPH0529676A JP3206315A JP20631591A JPH0529676A JP H0529676 A JPH0529676 A JP H0529676A JP 3206315 A JP3206315 A JP 3206315A JP 20631591 A JP20631591 A JP 20631591A JP H0529676 A JPH0529676 A JP H0529676A
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- JP
- Japan
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- piezo actuator
- piezo
- actuator
- applied voltage
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- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 比較的小型で，かつ低い印加電圧により，必
要性能を発揮できるピエゾアクチュエータ装置を提供す
ること。 【構成】 ピエゾアクチュエータ１と，これに電圧を印
加するための駆動回路２と，上記ピエゾアクチュエータ
１の温度を検出するための温度検出器３とよりなる。ま
た上記駆動回路２は温度検出器３からの信号により，上
記温度に対応した印加電圧をピエゾアクチュエータ１に
印加するための印加電圧制御手段２５を有する。温度検
出器３としては，熱電対等の温度センサ，ピエゾアクチ
ュエータ自身における静電容量測定センサなどがある。
要性能を発揮できるピエゾアクチュエータ装置を提供す
ること。 【構成】 ピエゾアクチュエータ１と，これに電圧を印
加するための駆動回路２と，上記ピエゾアクチュエータ
１の温度を検出するための温度検出器３とよりなる。ま
た上記駆動回路２は温度検出器３からの信号により，上
記温度に対応した印加電圧をピエゾアクチュエータ１に
印加するための印加電圧制御手段２５を有する。温度検
出器３としては，熱電対等の温度センサ，ピエゾアクチ
ュエータ自身における静電容量測定センサなどがある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，比較的小型で，かつ低
い印加電圧で作動するピエゾアクチュエータ装置に関す
る。
い印加電圧で作動するピエゾアクチュエータ装置に関す
る。
【０００２】
【従来技術】ピエゾアクチュエータ装置は，油圧切替用
バルブ，精密位置決め装置などにおけるアクチュエータ
として，広く用いられている。また，ピエゾアクチュエ
ータ装置は，板状のピエゾアクチュエータを多数枚積層
してなるものである（後述の図２参照）。そして，これ
に駆動回路により電圧を印加することにより，全体を伸
長させアクチュエータ機能を発揮させるものである。
バルブ，精密位置決め装置などにおけるアクチュエータ
として，広く用いられている。また，ピエゾアクチュエ
ータ装置は，板状のピエゾアクチュエータを多数枚積層
してなるものである（後述の図２参照）。そして，これ
に駆動回路により電圧を印加することにより，全体を伸
長させアクチュエータ機能を発揮させるものである。
【０００３】また，ピエゾアクチュエータ装置の駆動方
法としては，電圧制御方法，電荷制御方法が用いられて
いる。ところで，ピエゾアクチュエータは，図６に示す
ごとく，一定電圧を印加したとき，その変位（伸びμ
ｍ）が使用温度において異なる。即ち，伸びの温度特性
が，低温になるほど変位が小さくなり，高温になるほど
変位が大きくなる。そのため，あるアクチュエータ装置
を設計する場合，ピエゾアクチュエータの設計は，使用
温度範囲で最も低温（例えば−３０℃）においても，充
分な変位を保証する設計とする必要がある。それ故，低
温においても所定の変位を確保するためには，ピエゾア
クチュエータの積層枚数（電圧が同一であれば，ピエゾ
アクチュエータの伸びは積層枚数に比例する）を多くす
る必要がある。
法としては，電圧制御方法，電荷制御方法が用いられて
いる。ところで，ピエゾアクチュエータは，図６に示す
ごとく，一定電圧を印加したとき，その変位（伸びμ
ｍ）が使用温度において異なる。即ち，伸びの温度特性
が，低温になるほど変位が小さくなり，高温になるほど
変位が大きくなる。そのため，あるアクチュエータ装置
を設計する場合，ピエゾアクチュエータの設計は，使用
温度範囲で最も低温（例えば−３０℃）においても，充
分な変位を保証する設計とする必要がある。それ故，低
温においても所定の変位を確保するためには，ピエゾア
クチュエータの積層枚数（電圧が同一であれば，ピエゾ
アクチュエータの伸びは積層枚数に比例する）を多くす
る必要がある。
【０００４】
【解決しようとする課題】しかしながら，上記のごとく
積層枚数を多くすると，ピエゾアクチュエータの体格が
大きくなり，例えば小型化が要求されている自動車用部
品としては好ましくない。また，積層枚数の増大に代え
て，印加電圧を大きくして，変位を大きくする方法もあ
る。しかし，かかる手段は，印加電圧が増大すると電気
的絶縁破壊を起こすおそれがあり，ピエゾアクチュエー
タの信頼性の点から，限界がある。本発明はかかる従来
の問題点に鑑み，比較的小型で，かつ低印加電圧により
必要性能を発揮させることができるピエゾアクチュエー
タ装置を提供しようとするものである。
積層枚数を多くすると，ピエゾアクチュエータの体格が
大きくなり，例えば小型化が要求されている自動車用部
品としては好ましくない。また，積層枚数の増大に代え
て，印加電圧を大きくして，変位を大きくする方法もあ
る。しかし，かかる手段は，印加電圧が増大すると電気
的絶縁破壊を起こすおそれがあり，ピエゾアクチュエー
タの信頼性の点から，限界がある。本発明はかかる従来
の問題点に鑑み，比較的小型で，かつ低印加電圧により
必要性能を発揮させることができるピエゾアクチュエー
タ装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】本発明は，ピエゾアクチュエータ
と，これに電圧を印加するための駆動回路と，上記ピエ
ゾアクチュエータの温度を検出するための温度検出器と
よりなり，また上記駆動回路は該温度検出器からの信号
により上記温度に対応した印加電圧をピエゾアクチュエ
ータに印加するための印加電圧制御手段を有することを
特徴とするピエゾアクチュエータ装置にある。本発明に
おいて最も注目すべきことは，ピエゾアクチュエータの
温度を検出する温度検出器と，該温度に対応した印加電
圧をピエゾアクチュエータに印加するための印加電圧制
御手段とを設けたことにある。
と，これに電圧を印加するための駆動回路と，上記ピエ
ゾアクチュエータの温度を検出するための温度検出器と
よりなり，また上記駆動回路は該温度検出器からの信号
により上記温度に対応した印加電圧をピエゾアクチュエ
ータに印加するための印加電圧制御手段を有することを
特徴とするピエゾアクチュエータ装置にある。本発明に
おいて最も注目すべきことは，ピエゾアクチュエータの
温度を検出する温度検出器と，該温度に対応した印加電
圧をピエゾアクチュエータに印加するための印加電圧制
御手段とを設けたことにある。
【０００６】上記温度検出器は，ピエゾアクチュエータ
の温度を検出する手段である。かかる，手段としては，
熱電対，サーミスタなどの温度センサがある。また，他
の手段としては，ピエゾアクチュエータ自身における温
度依存特性を検出する温度依存特性センサがある。かか
る温度依存特性としては，ピエゾアクチュエータ自身の
静電容量，誘電体損失係数（ｔａｎδ）などがある。
の温度を検出する手段である。かかる，手段としては，
熱電対，サーミスタなどの温度センサがある。また，他
の手段としては，ピエゾアクチュエータ自身における温
度依存特性を検出する温度依存特性センサがある。かか
る温度依存特性としては，ピエゾアクチュエータ自身の
静電容量，誘電体損失係数（ｔａｎδ）などがある。
【０００７】また，上記印加電圧制御手段は，上記温度
検出器からの信号，即ちピエゾアクチュエータの温度に
応じて，ピエゾアクチュエータへの印加電圧を制御する
手段である。この印加電圧は，例えば１０℃を境界とし
て，それよりも高温では例えば０と５００Ｖ（ボル
ト），それ未満の低温では例えば−２００と５００Ｖと
いう具合に変化させる（図３参照）。つまり，例えば１
１℃であれば，５００Ｖの電圧をピエゾアクチュエータ
へ印加する（印加しない場合は０Ｖ）。また，例えば５
℃であれば，５００Ｖの電圧を印加し，ピエゾアクチュ
エータを駆動しない場合は，−２００Ｖの電圧を印加し
ておく。このため，この低温域ではΔＶは７００Ｖとな
る。これは，プラス電圧だけを大きくすると，ピエゾア
クチュエータの絶縁破壊が生じるため，マイナス電圧を
印加し，ΔＶを増加するのである。
検出器からの信号，即ちピエゾアクチュエータの温度に
応じて，ピエゾアクチュエータへの印加電圧を制御する
手段である。この印加電圧は，例えば１０℃を境界とし
て，それよりも高温では例えば０と５００Ｖ（ボル
ト），それ未満の低温では例えば−２００と５００Ｖと
いう具合に変化させる（図３参照）。つまり，例えば１
１℃であれば，５００Ｖの電圧をピエゾアクチュエータ
へ印加する（印加しない場合は０Ｖ）。また，例えば５
℃であれば，５００Ｖの電圧を印加し，ピエゾアクチュ
エータを駆動しない場合は，−２００Ｖの電圧を印加し
ておく。このため，この低温域ではΔＶは７００Ｖとな
る。これは，プラス電圧だけを大きくすると，ピエゾア
クチュエータの絶縁破壊が生じるため，マイナス電圧を
印加し，ΔＶを増加するのである。
【０００８】
【作用及び効果】本発明においては，上記温度検出器に
よりピエゾアクチュエータの温度を検出し，上記印加電
圧制御手段により駆動回路を通じてその温度に応じた電
圧を印加する。そのため，電圧印加時における，ピエゾ
アクチュエータの変位（伸び）量は，広い温度範囲にお
いて大きな変化を生じない。それ故，ピエゾアクチュエ
ータの使用温度範囲が広くても，アクチュエータ機能と
しての変位が比較的安定している。
よりピエゾアクチュエータの温度を検出し，上記印加電
圧制御手段により駆動回路を通じてその温度に応じた電
圧を印加する。そのため，電圧印加時における，ピエゾ
アクチュエータの変位（伸び）量は，広い温度範囲にお
いて大きな変化を生じない。それ故，ピエゾアクチュエ
ータの使用温度範囲が広くても，アクチュエータ機能と
しての変位が比較的安定している。
【０００９】また，そのため，従来のごとく，ピエゾア
クチュエータの積層枚数を増大してその体格が増大した
り，また印加電圧を高くすることによって信頼性が損な
われるということがない。したがって，本発明によれ
ば，比較的小型で，かつ低い印加電圧により必要性能を
発揮させることができる，ピエゾアクチュエータ装置を
提供することができる。
クチュエータの積層枚数を増大してその体格が増大した
り，また印加電圧を高くすることによって信頼性が損な
われるということがない。したがって，本発明によれ
ば，比較的小型で，かつ低い印加電圧により必要性能を
発揮させることができる，ピエゾアクチュエータ装置を
提供することができる。
【００１０】
【実施例】実施例１
本発明の実施例にかかるピエゾアクチュエータ装置につ
き，図１〜図３を用いて説明する。本例のピエゾアクチ
ュエータ装置は，図１に示すごとく，ピエゾアクチュエ
ータ１とこれに電圧を印加するための駆動回路２と，ピ
エゾアクチュエータ１の温度を検出するための温度検出
器３とよりなり，また上記駆動回路２は温度検出器３か
らの信号により上記温度に対応した印加電圧をピエゾア
クチュエータ１に印加するための印加電圧制御手段２５
を有する。
き，図１〜図３を用いて説明する。本例のピエゾアクチ
ュエータ装置は，図１に示すごとく，ピエゾアクチュエ
ータ１とこれに電圧を印加するための駆動回路２と，ピ
エゾアクチュエータ１の温度を検出するための温度検出
器３とよりなり，また上記駆動回路２は温度検出器３か
らの信号により上記温度に対応した印加電圧をピエゾア
クチュエータ１に印加するための印加電圧制御手段２５
を有する。
【００１１】本例において，上記温度検出器３として
は，熱電対を用いた。また，上記ピエゾアクチュエータ
１は，図２に示すごとく，ピエゾアクチュエータ板１１
を多数枚積層してなり，その中央表面に，温度検出器３
が挿入してある。また，ピエゾアクチュエータ１には，
電圧印加用の電極１２，１３が接続してある。上記印加
電圧制御手段２５は，ピエゾアクチュエータの温度に応
じた電圧に切替えるための，スイッチ機構を有する。
は，熱電対を用いた。また，上記ピエゾアクチュエータ
１は，図２に示すごとく，ピエゾアクチュエータ板１１
を多数枚積層してなり，その中央表面に，温度検出器３
が挿入してある。また，ピエゾアクチュエータ１には，
電圧印加用の電極１２，１３が接続してある。上記印加
電圧制御手段２５は，ピエゾアクチュエータの温度に応
じた電圧に切替えるための，スイッチ機構を有する。
【００１２】次に作用効果につき説明する。まず，上記
温度検出器３により，常時，ピエゾアクチュエータ１の
使用雰囲気温度が検出されている。そして，印加電圧制
御手段２５においては，該温度が，印加電圧の切替境界
温度（例えば１０℃）よりも上であるか，下であるかが
判断され，それに応じた印加電圧が発せられるように，
スイッチが制御される。そこで，ピエゾアクチュエータ
１を作用させるべく，駆動回路２を作動させると，上記
印加電圧制御手段２５によって予め定められている印加
電圧がピエゾアクチュエータ１に送られ，ピエゾアクチ
ュエータ１が該印加電圧に応じた伸びを示す。
温度検出器３により，常時，ピエゾアクチュエータ１の
使用雰囲気温度が検出されている。そして，印加電圧制
御手段２５においては，該温度が，印加電圧の切替境界
温度（例えば１０℃）よりも上であるか，下であるかが
判断され，それに応じた印加電圧が発せられるように，
スイッチが制御される。そこで，ピエゾアクチュエータ
１を作用させるべく，駆動回路２を作動させると，上記
印加電圧制御手段２５によって予め定められている印加
電圧がピエゾアクチュエータ１に送られ，ピエゾアクチ
ュエータ１が該印加電圧に応じた伸びを示す。
【００１３】図３は，この作動状況を示している。即
ち，同図は，印加電圧制御手段において，１０℃を印加
電圧切替の境界温度と設定し，ピエゾアクチュエータ１
の温度が，この境界温度よりも高い場合には０Ｖと５０
０Ｖの変化（電圧幅５００Ｖ）を，一方それより低い場
合には−２００Ｖと５００Ｖの変化（電圧幅７００Ｖ）
を印加した場合を例示している。同図より知られるごと
く，もしも従来のごとく，ピエゾアクチュエータ１の温
度に関係なく０Ｖと５００Ｖの電圧変化を印加した場合
には，曲線Ａに沿った伸びを生じ，例えば−２０℃では
約１５μｍ，一方５０℃では約４５μｍとなる。そのた
め，両温度では約３０μｍの伸びの差を生じてしまう。
このことは，全域に渡り−２００Ｖと５００Ｖの電圧変
化を印加した場合もほぼ同様である（曲線Ｂ）。
ち，同図は，印加電圧制御手段において，１０℃を印加
電圧切替の境界温度と設定し，ピエゾアクチュエータ１
の温度が，この境界温度よりも高い場合には０Ｖと５０
０Ｖの変化（電圧幅５００Ｖ）を，一方それより低い場
合には−２００Ｖと５００Ｖの変化（電圧幅７００Ｖ）
を印加した場合を例示している。同図より知られるごと
く，もしも従来のごとく，ピエゾアクチュエータ１の温
度に関係なく０Ｖと５００Ｖの電圧変化を印加した場合
には，曲線Ａに沿った伸びを生じ，例えば−２０℃では
約１５μｍ，一方５０℃では約４５μｍとなる。そのた
め，両温度では約３０μｍの伸びの差を生じてしまう。
このことは，全域に渡り−２００Ｖと５００Ｖの電圧変
化を印加した場合もほぼ同様である（曲線Ｂ）。
【００１４】これに比して，本発明では，１０℃以上で
は０Ｖと５００Ｖの電圧変化，１０℃未満では−２００
Ｖと５００Ｖの電圧変化を印加している。それ故，−２
０℃では約３７μｍ（実線Ｂ），５０℃では約４５μｍ
（実線Ａ）の伸びを示し，伸びを均一化することができ
る。なお，上例では，１０℃以上では０Ｖと５００Ｖの
電圧変化，１０℃未満では−２００Ｖと５００Ｖの電圧
変化の印加例を示したが，ピエゾアクチュエータ１の温
度依存性に応じて，印加電圧を選択することもできる。
は０Ｖと５００Ｖの電圧変化，１０℃未満では−２００
Ｖと５００Ｖの電圧変化を印加している。それ故，−２
０℃では約３７μｍ（実線Ｂ），５０℃では約４５μｍ
（実線Ａ）の伸びを示し，伸びを均一化することができ
る。なお，上例では，１０℃以上では０Ｖと５００Ｖの
電圧変化，１０℃未満では−２００Ｖと５００Ｖの電圧
変化の印加例を示したが，ピエゾアクチュエータ１の温
度依存性に応じて，印加電圧を選択することもできる。
【００１５】以上のごとく，本例によれば，ピエゾアク
チュエータの使用温度に応じて，印加電圧制御手段によ
り印加電圧を切替えているので，広い温度範囲におい
て，変位が安定している。そのため，ピエゾアクチュエ
ータの積層枚数を増大させる必要もなく，比較的小型な
ピエゾアクチュエータを提供できる。また，比較的低い
印加電圧により，必要なアクチュエータ性能を発揮させ
ることができる。
チュエータの使用温度に応じて，印加電圧制御手段によ
り印加電圧を切替えているので，広い温度範囲におい
て，変位が安定している。そのため，ピエゾアクチュエ
ータの積層枚数を増大させる必要もなく，比較的小型な
ピエゾアクチュエータを提供できる。また，比較的低い
印加電圧により，必要なアクチュエータ性能を発揮させ
ることができる。
【００１６】実施例２
本例は，図４，図５に示すごとく，温度検出器４とし
て，ピエゾアクチュエータ１自身の温度依存特性を検出
するものを用いた例を示す。その他は，実施例１と同様
である。上記温度検出器４としては，ピエゾアクチュエ
ータ１における静電容量を測定するための静電容量セン
サを用いている。また，ピエゾアクチュエータ１の温度
−静電容量（ｎＦ）特性は，図５の曲線に示すようであ
る。
て，ピエゾアクチュエータ１自身の温度依存特性を検出
するものを用いた例を示す。その他は，実施例１と同様
である。上記温度検出器４としては，ピエゾアクチュエ
ータ１における静電容量を測定するための静電容量セン
サを用いている。また，ピエゾアクチュエータ１の温度
−静電容量（ｎＦ）特性は，図５の曲線に示すようであ
る。
【００１７】そこで，本例においては，温度検出器４に
より，ピエゾアクチュエータ１の静電容量を検出するこ
とにより，ピエゾアクチュエータ１の温度を知ることが
できる（例えば，静電容量が３２０ｎＦであれば，１０
℃）。そこで，温度検出器４からの静電容量信号を印加
電圧制御手段２５に送信することにより，印加電圧制御
手段２５において上記境界温度の上下温度に応じた印加
電圧をピエゾアクチュエータ１に送る。したがって，本
例においても，実施例１と同様の効果を得ることができ
る。
より，ピエゾアクチュエータ１の静電容量を検出するこ
とにより，ピエゾアクチュエータ１の温度を知ることが
できる（例えば，静電容量が３２０ｎＦであれば，１０
℃）。そこで，温度検出器４からの静電容量信号を印加
電圧制御手段２５に送信することにより，印加電圧制御
手段２５において上記境界温度の上下温度に応じた印加
電圧をピエゾアクチュエータ１に送る。したがって，本
例においても，実施例１と同様の効果を得ることができ
る。
【図１】実施例１のピエゾアクチュエータ装置の説明
図。
図。
【図２】実施例１のピエゾアクチュエータの断面図。
【図３】実施例１のピエゾアクチュエータにおける，温
度と伸びとの関係線図。
度と伸びとの関係線図。
【図４】実施例２のピエゾアクチュエータ装置の説明
図。
図。
【図５】実施例２における，ピエゾアクチュエータの温
度と静電容量との関係線図。
度と静電容量との関係線図。
【図６】従来のピエゾアクチュエータにおける，温度と
伸びとの関係線図。
伸びとの関係線図。
１．．．ピエゾアクチュエータ，
２．．．駆動回路，
２５．．．印加電圧制御手段，
３，４．．．温度検出器，
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 織田 真郎
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電
装株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 ピエゾアクチュエータと，これに電圧を
印加するための駆動回路と，上記ピエゾアクチュエータ
の温度を検出するための温度検出器とよりなり，また上
記駆動回路は該温度検出器からの信号により上記温度に
対応した印加電圧をピエゾアクチュエータに印加するた
めの印加電圧制御手段を有することを特徴とするピエゾ
アクチュエータ装置。 - 【請求項２】 請求項１において，温度検出器は，熱電
対，サーミスタなどの温度センサであること。 - 【請求項３】 請求項１において，温度検出器は，ピエ
ゾアクチュエータ自身における静電容量，誘電体損失係
数などの温度依存特性を検出する温度依存特性センサで
あること。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3206315A JPH0529676A (ja) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | ピエゾアクチユエータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3206315A JPH0529676A (ja) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | ピエゾアクチユエータ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0529676A true JPH0529676A (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=16521266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3206315A Pending JPH0529676A (ja) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | ピエゾアクチユエータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0529676A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998055750A1 (de) * | 1997-06-06 | 1998-12-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum ansteuern wenigstens eines kapazitiven stellgliedes |
| JP2004208452A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Denso Corp | ピエゾアクチュエータ装置 |
| WO2005043098A1 (de) * | 2003-10-23 | 2005-05-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Aktor mit einem temperatursensor und dazugehöriges herstellungsverfahren |
| US7401596B2 (en) * | 2006-01-20 | 2008-07-22 | Delphi Technologies, Inc. | Piezo stack temperature estimator |
| US20210404981A1 (en) * | 2020-06-25 | 2021-12-30 | Seagate Technology Llc | Micro-actuator defect detection via temperature |
-
1991
- 1991-07-23 JP JP3206315A patent/JPH0529676A/ja active Pending
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