JPH06245552A - 圧電アクチュエータの特性回復方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温下での使用により劣化した特性を回復し
得る圧電アクチュエータの特性回復方法を提供する。 【構成】 圧電アクチュエータ１に取り付けられたセン
サ２により圧電アクチュエータ１の温度を検知し、この
温度信号を検知回路３へ入力する。検知回路３は、圧電
アクチュエータ１の温度下降中における前記温度信号が
キュリー温度の45〜55％に相当する範囲の温度であると
きは検知信号としてコントロールプリアンプ４へオン信
号を出力し、この範囲外であるときはオフ信号を出力す
る。コントロールプリアンプ４では前記オン信号を受け
ると定格電圧の 1.1〜 1.4倍の電圧をアンプ５が出力す
るような信号をアンプ５へ与え、前記オフ信号を受ける
とフィードバック信号をアンプ５へ与え、アンプ５によ
り圧電アクチュエータ１は前記信号に応じた電圧が印加
される。これにより再分極が起こり、初期特性を回復さ
せることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温下での使用により
劣化した圧電特性を回復し得る圧電アクチュエータの特
性回復方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電アクチュエータは、電圧を印加する
ことによって圧電体が変位することを利用したものであ
り、新しい変位素子として光学，精密機械，小型モータ
等の分野におけるニーズが急増している。なかでもセラ
ミックスを使用した圧電アクチュエータは、機械的な傷
害が少なく、応答速度が高い等の効果を実現することが
可能である。そして、より優れた機能を得るためには、
より大きな変位量を得る必要がある。そこで図２に示す
如く圧電体１と内部電極２とを交互に積層し、１つおき
の内部電極２に＋の外部電極３と−の外部電極３とを接
続した構造が採用されている。

【０００３】一般に圧電アクチュエータの使用温度範囲
は、圧電セラミックスの特性からキュリー温度の約半分
以下が適当であるとされている。これは、この範囲を越
えて繰り返し使用すると分極が消失して圧電体の圧電性
が徐々に劣化し、初期の性能を維持することが困難とな
るからである。例えばキュリー温度が 210℃の圧電アク
チュエータであれば80℃を上限温度とするなど、キュリ
ー温度の 1/3〜1/2 以下で使用することが通常であっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】雰囲気温度が高い部分
には、キュリー温度が高い圧電アクチュエータを使用す
ればよいが、キュリー温度が高い圧電アクチュエータは
キュリー温度が低い圧電アクチュエータに比べて機械的
変位量が少ないので、感度が悪くほとんど使用していな
いのが現状である。

【０００５】本発明者は鋭意研究の結果、キュリー温度
の1/2 以上（キュリー温度以下）の温度で圧電アクチュ
エータを使用しても、その後の降温中においてキュリー
温度の45〜55％に相当する温度範囲で、圧電磁器の定格
電圧の 1.1〜 1.4倍の電圧を印加すれば、再分極が起こ
り初期状態とかわらない良好な圧電特性を回復し得るこ
とを発見した。本発明は、斯かる知見に基づいてなされ
たものであり、降温中におけるキュリー温度の45〜55％
に相当する温度範囲で、圧電磁器の定格電圧の 1.1〜
1.4倍の電圧を印加することにより、従来よりも高温域
での使用を可能とする圧電アクチュエータの特性回復方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電アクチ
ュエータの特性回復方法は、圧電磁器を使用した圧電ア
クチュエータを、前記圧電磁器のキュリー温度の略1/2
以上、キュリー温度以下の温度で使用することにより劣
化した特性を回復させる方法であって、使用温度からの
降温中、キュリー温度の45〜55％に相当する温度範囲で
あるときに、前記圧電磁器の定格電圧の 1.1〜 1.4倍の
電圧を印加することを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明にあっては、キュリー温度の略1/2 以上
（キュリー温度以下）の温度で圧電アクチュエータを使
用しても、その後の降温中においてキュリー温度の45〜
55％に相当する温度範囲で、圧電磁器の定格電圧の 1.1
〜 1.4倍の電圧を印加することにより、再分極が起こり
初期状態とかわらない良好な圧電特性を回復し得る。従
って従来より高温域での使用が可能となる。前記定格電
圧とは、圧電アクチュエータ使用上の規格により定めら
れた定格電圧である。

【０００８】印加電圧を 1.4倍より高くすると、電源
等、圧電アクチュエータの電圧耐性に負担がかかり、そ
の負担を低減するには、余分なコスト上昇，短寿命化
等、新たな問題が生じてくる。また 1.1倍より低くする
と、初期特性の回復は困難である。さらに上述のキュリ
ー温度の45〜55％という温度範囲は、最も初期特性に近
い特性を回復し得る温度範囲である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図１は本発明に係る圧電アクチュ
エータの特性回復方法を実施するために使用する装置構
成を示すブロック図である。図中１は、本発明方法が適
用される、キュリー温度が 210℃の圧電アクチュエータ
であり、本出願人の製造によるPSA-15C-5AT である。こ
の圧電アクチュエータ１には温度を検知するためのセン
サ２が取り付けてあり、センサ２が検知した温度信号は
検知回路３へ入力するようになしてある。検知回路３で
は、圧電アクチュエータ１の温度下降中における前記温
度信号がキュリー温度の45〜55％ (95〜 115℃) に相当
する温度範囲内であるときは検知信号としてオン信号を
コントロールプリアンプ４へ出力し、この範囲外である
ときはオフ信号を出力するようになしてある。

【００１０】コントロールプリアンプ４は、オン信号が
入力されると定格電圧の 1.1〜 1.4倍の電圧をアンプ５
が出力するような信号をアンプ５へ出力し、またオフ信
号が入力されるとフィードバック信号をアンプ５へ出力
するようになっている。アンプ５はコントロールプリア
ンプ４から入力される信号に応じた電圧を圧電アクチュ
エータ１に印加するものである。コントロールプリアン
プ４の入力端子６へは、定格電圧の何倍の電圧を圧電ア
クチュエータ１に印加するかを決定するための制御信号
を図示しない回路より入力するようになしてある。

【００１１】以上の如き構成の回路を使用して、常温と
150℃とにおける30分間の駆動を交互に行い、圧電アク
チュエータ１の温度下降中、キュリー温度の45〜55％
(95〜115℃) に相当する温度範囲内であるときに定格電
圧（ 150Ｖ）の 1.1倍（ 165Ｖ）の電圧を印加した。そ
してこのサイクルを10回実施した後の圧電アクチュエー
タ１の圧電特性を測定した。また、本発明方法を使用し
ない場合も同様、 150℃と常温とにおける駆動を10サイ
クル行った後、圧電特性を測定した。これらの結果を、
夫々の初期特性と共に表１に示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１より明らかな如く、本発明方法を使用
した場合と使用しない場合とでは変位，容量の変化に明
確な差が見られ、しかも本発明方法では初期特性と同等
の値が得られ本発明方法の有効性が示された。なお、上
述のような温度変化のサイクルを実施し、最後のサイク
ルが終了する時点で本発明方法を適用しても、良好な結
果が得られた。

【００１４】また他の実施例として 150℃で１時間駆動
した後、本発明方法を適用した場合の結果を表２に示
す。表２より明らかな如く、この場合も初期特性と略同
等の値を示し、良好な結果が得られた。

【００１５】

【表２】

【００１６】

【発明の効果】以上のように本発明に係る圧電アクチュ
エータの特性回復方法では、キュリー温度の略1/2 以上
（キュリー温度以下）の温度で圧電アクチュエータを使
用しても、その後の降温中においてキュリー温度の45〜
55％に相当する温度範囲で、圧電磁器の定格電圧の 1.1
〜 1.4倍の電圧を印加することにより、再分極が起こり
初期状態とかわらない良好な圧電特性を回復し得る。従
って従来より高温域での使用が可能となるので、真空の
ベーキング装置，自動車のエンジン周辺等，温度上昇が
予想される部分への適用が可能となる等、本発明は優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧電アクチュエータの特性回復方
法の実施に使用する装置構成を示すブロック図である。

【図２】積層型圧電アクチュエータを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧電アクチュエータ ２ センサ ３ 検知回路 ４ コントロールプリアンプ ５ アンプ ６ 入力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電磁器を使用した圧電アクチュエータ
   を、前記圧電磁器のキュリー温度の略1/2 以上、キュリ
   ー温度以下の温度で使用することにより劣化した特性を
   回復させる方法であって、使用温度からの降温中、キュ
   リー温度の45〜55％に相当する温度範囲であるときに、
   前記圧電磁器の定格電圧の 1.1〜 1.4倍の電圧を印加す
   ることを特徴とする圧電アクチュエータの特性回復方
   法。